Ti镀层—金刚石界面结合强度与界面产物显微结构的关系

本文了磁控溅射Ｔｉ镀层与金刚石界面反应形成ＴｉＣ层的厚度，镀层与金刚石界面结合强度随热处理时间的变化关系；用ＳＥＭ观察了界面的反应形成的ＴｉＣ在金刚石表面上的分布特征；讨论了镀层－金刚石界面结合强度与ＴｉＣ显微结构特征的相关性。结果表明，镀层与金刚石界面反应首先在金刚石表面外延生成点状ＴｉＣ，点状ＴｉＣ沿镀层与金刚石界面生长，最后形成连续的ＴｉＣ薄膜，从而达到Ｔｉ镀层与金刚石界面最大结合强度。     

铁基结合剂金刚石节块性能的优化

以性能较好的铁基结合剂为基体,加入表面未镀、镀Ni和纳米Al2O3/Ni复合镀层的金刚石,用热压烧结的方法得到铁基结合剂金刚石节块,测量了金刚石铁基结合剂节块的抗弯强度和耐磨性,采用SEM和EDS对复合镀层和金刚石表面的形貌和组分进行了表征.结果表明:在金刚石表面镀覆纳米Al2O3/Ni层后,复合镀层均匀致密,晶粒细小;在热压烧结中,复合镀层能阻止金刚石的石墨化,使金刚石和基体之间有强的化学结合,所以金刚石和铁基结合剂之间的界面结合紧密,结合剂对金刚石的把持力提高,节块的抗弯强度从468.9 MPa增加到563.8 MPa,磨耗比从349升高到700.     

金刚石与金属(或合金)的结合界面分析

本文从晶体结构方面说明了金刚石化学性质稳定的原因,介绍了提高金刚石工具性能所采用的三种常用方法:金刚石表面金属化、金属基体改性和工艺改变方法.这三种方法起作用的机理可解释为由于强碳化物元素的加入,使得内界面张力系数的降低和发生晶界反应.从而改善了界面结合.另外,本文还介绍了当前金刚石工具的研究主要集中于微量合金元素特别是稀土元素的加入,这可改善金刚石工具综合性能.     

玻璃料对铜基金属结合剂性能及结构的影响

采用粉末冶金法向铜基金属结合剂中引入玻璃料,结合材料电子万能试验机、洛氏硬度仪、SEM等检测方法,研究了玻璃料加入对铜基金属结合剂及金刚石磨具的影响.结果表明,随着玻璃料含量的增加,铜基结合剂的抗折强度和抗冲击强度呈下降的趋势,其硬度呈逐渐上升趋势,硬脆相的引入提高了铜基金属结合剂的自锐性;玻璃相和金属相之间结合紧密,两相之间化学元素在界面处发生相互扩散;玻璃料的加入使结合剂对磨料的包裹更加紧密,大大提高了结合剂对金刚石的把持力,有利于增加金刚石磨具寿命及加工效率.     

金刚石/金属触媒界面表征及金刚石生长的热力学分析

利用场发射扫描电子显微镜(FESEM)和X射线能谱仪(EDS)研究了高温高压触媒法合成金刚石后金刚石/触媒界面的物相组成,发现铁镍元素与碳元素的原子比为3.1: 1,并分析得出高温高压下界面中存在Fe3C、Ni3C物相结构.据此,利用热力学中经典的ΔG<0判定法,计算Me3C(Me:Fe,Ni)物相分解出金刚石的自由能变化.结果表明:在触媒法合成金刚石条件下(1500～1700 K、5～6 GPa),Me3CC(金刚石)+3Me比石墨金刚石的ΔG更负.因此,从热力学角度看,Me3C的形成,尤其是铁基触媒中Fe3C、Ni3C的形成,说明触媒法合成金刚石单晶是来自于Me3C型碳化物的分解,而并非石墨结构的直接转变.     

Ti中介的聚晶金刚石复合片（PDC）界面结构与性能研究

本文在高温、超高压条件下，制出了以Ｔｉ为中介物的金刚石聚晶与硬质合金衬底的复合片（Ｐｏｌｙｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ Ｄｉａｍｏｎｄ Ｃｏｍｐａｃｔ，ＰＤＣ）用剪切、压溃、淬火急冷等方法测定了ＰＤＣ的结合性能及抗热冲击性能，用ＸＲＤ、ＳＥＭ、ＥＰＭＡ等方法研究了复合界面处的结构，并分析了对ＰＤＣ复合性能的影响与Ｔｉ在界面的作用及存在形式。     

B对人造金刚石表面结构及性能的影响

研究了B对人造金刚石表面结构及性能的影响。结果表明,采用渗B石墨或渗B触媒合成的金刚石,表面存在有螺旋状和阶梯状生长台阶,树枝状和河流状结晶等。但对金刚石性能影响不大。含B金刚石的性能明显优于不含B金刚石。且渗B石墨对金刚石性能的影响比渗B触媒大。     

SiC中间层对金刚石涂层硬质合金刀具膜 基界面结合性能的影响

基于第一性原理分别计算了WC-Co/Graphite/Diamond、WC-Co/SiCC-Si/Diamond和WC-Co/SiCSi-C/Diamond界面模型的粘附功、断裂韧性,分析了电子结构和态密度.结果表明:Graphite/Diamond界面粘附功极小,金刚石在石墨基面上成核不良;WC-Co/Graphite界面处Co与C(Graphite)原子具有同种电荷而相斥,添加SiC中间层改变了界面处原子的电荷分配与成键方式,WC-Co/SiC界面Co与C(或Si)原子具有异种电荷而相吸,且Co-Si(SiC)键强于Co-C(SiC)键;SiC/Diamond界面C(SiC)-C(Diamond)键强于Si(SiC)-C(Diamond)键.因此,三种界面模型中各界面的粘附功SiCSi-C/Diamond>SiCC-Si/Diamond>WC-Co/SiCSi-C>WC-Co/SiCC-Si>WC-Co/Graphite>Graphite/Diamond.总之,添加SiC中间层提高了金刚石涂层硬质合金刀具膜基界面结合性能.     

纳米金刚石薄膜的掺杂、表/界面调控及性能研究

本文综述了近年来国内外研究者在纳米金刚石薄膜的掺杂、导电性能、场发射性能和电化学性能等方面的工作,涉及化学气相沉积法制备n型纳米金刚石薄膜,离子注入掺杂纳米金刚石晶粒提高薄膜的n型导电性能,金属离子注入制备场发射性能良好的纳米金刚石薄膜,低剂量离子注入和晶粒表面氧终止态获得高迁移率n型电导,纳米金刚石/石墨烯复合结构的调控对其电学及电化学性能的影响,以及硼掺杂金刚石薄膜电极的微结构和电化学性能研究等。综合分析发现,晶粒掺杂和表界面协同调控可以提升薄膜的电学性能、场发射性能及电化学性能,为纳米金刚石薄膜在纳米电子器件、电化学电极等领域的应用提供了理论基础。     

温度对陶瓷/铁基金属结合剂性能与结构的影响

采用粉末冶金法制备低温陶瓷/铁基金属结合剂.结合材料电子万能试验机、SEM、XRD等检测手段,研究了烧结温度对低温陶瓷/铁基金属结合剂性能与结构的影响.结果表明:当热压烧结温度为740 ℃时,低温陶瓷/铁基金属结合剂具有最佳的力学性能(抗折强度206 MPa,冲击强度6.4 kJ/m2);温度升高促进了低温陶瓷与铁基结合剂界面之间元素的相互渗透,铁基金属结合剂与低温陶瓷达到最佳的机械嵌合,提高结合剂强度.     

镍磷对陶瓷-金属结合剂性能与结构的影响

采用化学镀镍包覆陶瓷结合剂粉体的方法制备陶瓷-金属结合剂.结合强度测试仪、XRD、SEM等检测手段,研究了镍磷含量对陶瓷-金属结合剂性能与结构的影响.结果 表明:在镍磷含量20wt;的陶瓷-金属结合剂中,陶瓷熔融贯通一起成骨架,金属相与陶瓷相交错镶嵌紧密结合,陶瓷-金属结合剂具有较佳的力学性能,抗折强度和抗冲击强度分别为155.22 MPa和3.11 kJ/m2,相比陶瓷结合剂分别提高98.7;和87.3;;镍磷含量适当的陶瓷-金属结合剂磨具,既保留了陶瓷结合剂磨具的体系结构,又具有金属与陶瓷融合一体的结合剂性能,其各项性能得到改善.     

ZrO2 (Y2O3) 增韧SiC中介结合的金刚石聚晶烧结体的相结构与性能

本文采用恒沸腾水解法制备了颗粒度均一的亚微米晶ZrO2 (Y2O3)粉体,并以其为增韧相,在高温(1350℃)超高压(5GPa)条件下制备ZrO2 (Y2O3)+SiC+金刚石的聚晶烧结体(PCD).用XRD、SEM背散射分析、冲击韧性测定和磨耗比测定研究了不同含量Y2O3稳定的ZrO2粉体对SiC-金刚石聚晶烧结体结构及机械性能的影响,结果表明:ZrO2 (Y2O3)粉体中Y2O3含量＜2.2mol;时,ZrO2以四方t相+单斜m相的混合相形式存在于烧结体的结合剂基体上,t相量随Y2O3含量增加而增加,对SiC-金刚石聚晶烧结体的增韧来源于相变增韧和微裂纹增韧的叠加,当Y2O3含量＞2.2mol;时,ZrO2以100;t相存在,增韧机制为相变增韧.在2.0mol;～2.2mol;Y2O3含量范围内,PCD可获得较高的磨耗比和冲击韧性.     

MPCVD单晶金刚石初始及断续生长界面的表征与分析

采用微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)技术制备的大尺寸、高质量单晶金刚石材料具备卓越的物理化学性能,在珠宝、电子、核与射线探测等消费品、工业和国防科技领域极具应用前景。研究发现在化学气相沉积单晶金刚石生长过程中,在衬底与外延层之间,以及生长中途停止-继续生长的生长层之间出现明显的界面区。本文采用偏光显微镜、拉曼光谱、荧光光谱(PL)等手段对界面区域进行了测试分析,界面区在偏光显微镜下表现出因应力导致的亮区,且荧光光谱(PL)及其线扫描显示该区域的NV色心含量远高于衬底及其前后外延层,表明该界面区具有较高的缺陷和杂质含量。结果表明在生长高品质单晶金刚石初期就应当采取一定手段进行品质调控,并尽量在一个生长周期内完成制备。     

类金刚石Ⅰ2-Ⅱ-Ⅳ-Ⅵ4型红外非线性光学材料的结构与性能关系研究

硫属化合物由于高的非线性光学系数和宽的红外透过范围,广泛应用于军事和民用红外领域.其中类金刚石材料具有内在的非中心对称结构,能够满足作为非线性光学材料的先决条件,而且Ⅰ2-Ⅱ-Ⅳ-Ⅵ4化学式类型(Ⅰ=Li,Ag,Cu;Ⅱ=Zn,Cd,Hg,Mg,Co,Fe;Ⅳ=Si,Ge,Sn;Ⅵ=S,Se)成为目前研究的重要体系之一.调研发现已知的78个具有非中心对称结构的Ⅰ2-Ⅱ-Ⅳ-Ⅵ4类金刚石型硫属化合物,全部结晶于以下7个不同的空间群Pmn21,Pna21,Pn,I4,I42m,Cmc21,F222.本文系统概述了不同空间群下的类金刚石材料的结构特点和非线性光学性能,为未来设计性能优异的红外非线性光学晶体提供理论指导.