人造金刚石与硬质合金复合材料的研制

 本实验选用TiH₂及其它微量元素做粘结剂，在DS-029B型六面顶压机上烧结人造金刚石与硬质合金复合材料。实验中，采取TiH₂脱氢与金刚石净化同时进行的工艺，在高真空和一定温度下脱氢，得到高活性的新鲜钛，使其具有更强的粘结作用，以获得高磨耗比的金刚石复合材料。实验中比较了不同净化温度对磨耗比的影响；同一种粘结剂不同含量与磨耗比之间的关系；同时还测试了其耐热性及时间极限。结果表明，这种复合材料在850 ℃下，加热3 min，磨耗比没有明显改变。     

碳纳米管/金刚石复合材料的场发射特性

采用微波烧结方法制备了碳纳米管/金刚石复合材料。将碳纳米管和纳米金刚石粉末混合后研磨压片,然后在微波等离子气相沉积系统中采用微波烧结。利用扫描电镜对复合材料的表面形貌和微观结构进行了分析,结果显示碳纳米管比较均匀地分散于复合材料中,并在表面形成了发射微尖。利用二极管结构在动态真空室中对复合材料的场发射特性进行了研究,复合材料有较好的场发射特性,电流密度接近15mA/cm2。     

多晶金刚石复合材料的某些质量问题

 本文报道了在研制多晶金刚石复合材料（PDC）时碰到的一些质量问题及其造成的原因和解决办法。     

金刚石膜/多孔硅复合材料的性能表征

提出了一种新颖的多孔硅表面钝化技术,即采用微波等离子体辅助的化学气相沉积（MPCVD）方法在多孔硅上沉积金刚石薄膜。采用原子力显微镜（AFM）、扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）、拉曼光 谱仪和荧光分光度计对多孔硅及金刚石膜的表面形貌、结构和发光特性进行了表征。结果表明采用微波等离子体化学气相沉积法可在多孔硅基片上形成均匀、致密、性能稳定且对可见光具有全透性的金刚石膜。金刚石膜与多孔硅的复合,大大稳定了多孔硅的发光波长和强度,同时增强了多孔硅的机械强度。     

比金刚石还要硬的锇（Osmium is Stiffer than Diamond）

金刚石一向被认为是最硬的金属 ,它给出的坚硬刻痕是众所周知的 ,因此它经常作为机械工具的端头被工业界所应用 .但理论科学家通过对材料的体积弹性模量进行计算去寻找更坚硬的材料 ,因为体积弹性模量要比坚硬度容易计算 .他们发现金属锇要比其他的材料更能经受压缩 .由于金属锇在一般情况下要比金刚石软得多 ,虽然它的体积弹性模量要高于金刚石 ,但是大多数人对理论学家们的预言并不以为然 .位于美国加州的Ｌｉｖｅｍｏｒｅ国家实验室的三位科学家ＨｙｕｎｃｈａｅＣｙｎｎ ,ＪｏｈｎＥＫｌｅｐｅｉｓ和Ｃｈｏｏｎｇ ＳｈｉｋＹｏｏ却开始…     

高导热金刚石/铝复合材料的高温高压制备

以纯铝为基体,使用体积分数为50%的200μm镀钛金刚石为填充材料,利用高温高压粉末冶金法在压力3 GPa、温度700℃条件下烧结10 min得到热导率为529 W/(m·K)的高导热金刚石/铝复合材料。通过光学显微镜和X射线衍射对镀钛金刚石的形貌和物性进行表征,并利用激光导热仪、扫描电镜和热膨胀仪对制备的金刚石/铝复合材料进行性能测试。研究发现,使用放电等离子体烧结制备的镀钛金刚石镀层成分主要是单质钛,并伴有少量碳化钛生成。通过对比在相同制备条件下没有经过镀覆处理的金刚石发现,使用镀钛金刚石能够有效提高金刚石/铝复合材料的热导率。同时,高温高压法能够制备全密度的金刚石/铝复合材料,有效提高铝基体与金刚石的界面结合,减少界面空隙,进而有效提高复合材料的热导率。相比真空热压、放电等离子体烧结、气压熔渗等常规方式,高温高压粉末冶金制备方式具有样品制备周期短(数分钟)的特点。此项研究有助于拓宽高导热复合材料的制备方式,同时能够扩大国内六面顶压机的产品种类,为其他金属基体导热复合材料的制备提供技术支持。     

超硬立方BC2N材料与金刚石的比较

摘要最近有实验称成功合成超硬立方BC2N材料，其硬度仅次于金刚石．文章采用第一性原理计算方法，研究立方BC2N晶体材料的理想强度．计算结果显示，虽然立方BC2N晶体具有很大的弹性系数，但材料中化学成分的各向异性和原子键特性随外加应力变化的非线性性质限制了立方BC2N晶体的强度．最硬的立方BC2N晶体结构的硬度应低于立方BN，后者为目前已知的第二硬材料．实验中观测到的立方BC2N材料的超硬特性应源自材料中的纳米颗粒效应．制备立方BC2N纳米复合材料将是合成新型超硬材料的新方法．     

金刚石材料的ESR研究

用ESR方法对照研究了中国出产的五颗天然金刚石单晶,四颗人造金刚石单晶和两个化学沉积金刚石膜(CVD)等固体材料.发现I_b型天然金刚石中有四种a_N各向异性的N-中心自由基和一种C-中心自由基;而I_aB3型的未配对电子定域在N3型杂质中心的π^*反键轨道上;I_b型人造金刚石含有少量Ni,Fe等顺磁元素造成ESR线增宽,仅可观察到二重或三重裂分;在不同金刚石膜中.c-中心自由基的浓度可以相差很大.而低浓度的N-中心自由基的浓度相对变化较小;所观察到的C-中心自由基的两个卫星峰(a_H=7.2×10^-4T)是金刚石膜中¹H存在的直接证据.结果表明ESR方法是金刚石及类金刚石材料的一种快捷而有效的表征方法.     

用表面生长CVD金刚石的石墨合成高压金刚石

 用热灯丝CVD方法在多晶石墨衬底表面制备CVD金刚石颗粒，并用这种石墨在高温高压条件下采用六面顶压机合成出高压金刚石。初步实验结果表明：采用其表面生长CVD金刚石颗粒的石墨合成高压金刚石，可以提高金刚石的转化率和降低合成压力。     

高压合成金刚石聚晶的耐磨性与其所含金刚石粒度的关系

 本文通过原料金刚石聚晶（PCD）耐磨性影响的实验研究，发现金刚石粒度的变化对PCD耐磨性有显著影响。同时，作者在对PCD的微观形貌的观察和分析的基础上，提出细粒金刚石PCD耐磨性提高的主要原因是其自身致密度的增加。     

合成金刚石超高压腔内的压力剃度

 用合成金刚石通用的石墨代替过去使用的氯化银作为测定压力的传压介质材料测得了腔内的压力梯度。石墨在压力腔内压力梯度随压力的升高而增大，在中心压力为5.5 GPa时，纵向压力梯度为21.8 MPa/mm，径向压力梯度为18.8 MPa/mm；而且在较低压力下，两个方向的压力梯度相差甚微，随着压力升高，差别则较为显著。但氯化银在压力腔内的压力梯度却随压力的升高而减小。研究了测压腔内的相对压力梯度，发现相对压力梯度随压力的升高而减小。在中心压力为5.5 GPa时，纵向相对压力梯度为0.003 96 mm^-1，径向相对压力梯度为0.003 48 mm^-1。因此，应根据相对压力梯度来合理地设计合成金刚石反应腔内的温度场。     

多次冲击石墨合成聚晶金刚石的实验研究

 利用高能炸药爆轰产物驱动金属飞片，碰撞“硬”回收包套以输入平面冲击波，在24~37 GPa的压力范围内，对纯石墨进行1~4次的冲击压缩实验，合成出了纯度很高、形貌良好的立方型聚晶金刚石。随着冲击次数的增加，金刚石的转化率和粒度有增大的趋势。但是，当金刚石粒度较大时（约100 μm以上），如果冲击温度较低（约1 000 K以下），同时冲击压力又较高（约20 GPa以上），金刚石颗粒就容易被冲击波破碎。     

铜/金刚石复合材料电磁轨道烧蚀特性的实验研究北大核心CSCD

通过对电磁轨道发射初期阶段,铜/金刚石复合材料轨道在预紧力0.4-2.0kN、电流100-300kA下的滑动电烧蚀实验分析发现：由于受到焦耳热及电弧热的双重作用,铜/金刚石复合材料的质量损失、烧蚀深度随电流的增大而呈现增加趋势,随预紧力的增加而呈下降趋势;在主烧蚀区域形成凹凸不平的形貌,由于部分金刚石的脱落形成一定数量的微孔,在强交变温度场作用下产生了热应力裂纹;在烧蚀区域的边缘,主要由于熔融液态金属受强电磁场涡流的作用而形成微凸及飞溅形貌;在滑动电接触区域则表现为电枢微凸体与轨道之间摩擦形成的划痕,其磨损机制为磨粒磨损;在铜/金刚石复合材料主烧蚀区的横截面,由于轨道材料的长高比过大而造成散热速率的不同,形成不同尺度的晶粒组织,表面硬度下降较大。     

类金刚石薄膜力学特性的分子动力学模拟

基于Brenner的REBO势函数,利用分子动力学方法模拟了含氢量不同的类金刚石薄膜的纳米压痕过程,依据得到的加载卸载曲线,计算了薄膜的刚度、硬度以及弹性模量.结果表明:类金刚石薄膜的硬度由氢含量和sp³键含量两个因素共同决定;当薄膜中氢含量小于39% 时,薄膜硬度主要取决于sp³键含量,sp³键越多,硬度越高;当薄膜中氢含量达到52%,薄膜硬度则显著下降,此时氢的作用占据主导地位. 关键词： 类金刚石薄膜 分子动力学模拟 纳米压痕 硬度     

掺硅类金刚石膜的制备与力学性能研究

用脉冲电弧离子镀技术,通过调整掺硅石墨靶和纯石墨靶的数量,制备了一系列不同硅含量的类金刚石薄膜样品.研究发现：当硅含量达6.7at.%时,类金刚石薄膜的应力从4.5GPa降低到3.1GPa,薄膜的硬度还保持在3600Hv,和没有掺杂的类金刚石薄膜的硬度相比,基本保持不变;当硅含量小于6.7at.％时薄膜的摩擦系数相对于未掺杂的类金刚石薄膜也保持不变,为0.15.当薄膜中硅含量继续增加时,薄膜中C—Si键的含量增多,导致薄膜硬度和应力都有较大幅度地减小、摩擦系数增大、磨损性能也变差了. 关键词： 类金刚石膜 掺硅 应力 硬度     

合成人造金刚石的高压腔内电阻率变化研究

 通过时人造金刚石合成腔内材料电阻率变化的某些宏观规律研究，分析了在不同高温高压条件下，合成腔内所发生的相变过程。本文采用的研究方法，表明了对封闭的高温高压腔内所发生的反应从外部进行动态连续观测的可能性与价值，为研究人造金刚石成核、生长的规律提供了较好的手段。     

合成大颗粒金刚石位错的同步辐射形貌研究

利用同步辐射白光貌相术研究了大颗粒合成金刚石晶体中的晶体缺陷.在晶体中观察到多束平直位错.计算了各位错束的空间走向.晶体中的5条主要位错束分别平行于<100>和<110>方向.分析了位错的Burgers矢量.第一束位错皆由数条Burgers矢量不同的位错所组成.晶体中出现了天然金刚石中从未出现的平行于<100>方向的位错,讨论了Burgers矢量的复杂性和亚稳态位错出现的原因.