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本研究是甘肃省科技支撑项目“粉末烧结金刚石复合材料研究及应用”(项目编号：090GKCA050)。针对金属基胎体金刚石工磨具产品对制备成本和工具性能的要求,开发了Cu基胎体和Fe基胎体金刚石复合材料,采用真空热压烧结技术制备了Cu基胎体和Fe基胎体金刚石工磨具。解决了电镀和钎焊金刚石工磨具生产效率低、适用范围小的问题。另外,现市场应用的金属基超硬工磨具基体材料多以Co基或Cu基富Co基体为主(Co含量一般在18%～30%、Ni含量一般在11%～17%),Co作为重要的战略资源贵金属,市场价格居高。为降低原材料成本,研究应用回归及混合试验方法确定低Co含量(Cu基)、无Co(Fe基)、与金刚石磨粒具有优良界面结合性能的最佳胎体成分。规划正交试验,研究烧结工艺及参数对金刚石工磨具材料机械性能和界面结合特性的影响,优化制备工艺。应用摩擦磨损试验研究及验证工磨具组织、机械性能与锯切性能的关系。实现了胎体成分、制备工艺参数、胎体与金刚石界面结合特性及金刚石工磨具复合材料锯切性能的一体化耦合优化设计。通过热力学计算预测和动力学反应分析,研究了一定组分及工艺条件下复合材料的界面反应和界面产物,明确了烧结工艺条件下金刚石石墨化程度及其对工磨具使用性能的影响,为提高金刚石利用率提供了理论分析依据。本研究的创新点与参数特征如下：混合试验方法分别设计了Co含量低于8%的Cu基胎体和无Co的Fe基胎体金刚石复合材料,真空热压烧结工艺技术制备了Cu基胎体和Fe基胎体金刚石工磨具。正交试验优化确定最优烧结工艺参数,烧结温度为700℃～740℃,烧结压力为17MPa～21MPa,保温时间为2min～4min。试验条件下热力学计算与动力学分析证明,740℃时金刚石石墨化不能自发进行,Cr、Ti为Cu基胎体金刚石碳化物形成促进元素,Cr与金刚石碳发生界面反应,界面强化碳化物Cr23C6,Cr7C3,Cr3C2自发形成,促进了金刚石与胎体组织的结合强度。制备的Cu基胎体金刚石工磨具复合材料相对密度大于***%,硬度大于***,抗弯强度大于305MPa,弹性模量大于***;Fe基胎体金刚石工磨具复合材料相对密度大于***%,硬度大于***,抗弯强度大于540MPa,弹性模量大于***。低Co含量的铜基及铁基金刚石复合材料可以用于制备石材、陶瓷、半导体、铁氧体、宝石等脆硬材料等石材切锯刀头、薄锯片等,其特点为金刚石出露高度大、利用率高。