多晶金刚石的烧结

目前国内外正在大力开展大颗粒多晶金刚石的研制工作,而且已广泛制成各种金刚石工具,如钻头、切削、磨削工具等。多晶金刚石的烧结,随压力的提高而更为有利,例如77千巴以上,甚至100千巴左右。这里介绍100千巴左右金刚石烧结的一些实验技术和结果。     

拉丝成品模用生长型多晶金刚石

人造多晶金刚石是研制大颗粒人造金刚石的一种重要途径,它制作方便,易于直接成型.目前在高温高压下有两种研制方法:一是由石墨合成金刚石,再由金刚石微粉烧结成多晶金刚石,即烧结型多晶金刚石(也称烧结型聚晶);另一就是由石墨直接一次生长成多晶金刚石,即生长型多晶金刚石(也称生长型聚晶). 人造多晶金刚石已在机械、地质、冶金、石油工业中广泛应用.近几年在电线、电缆行业中,也开始以人造金刚石拉丝模代替天然金刚石拉丝模和硬质合金模。天然金刚石模价格贵,资源少.硬质合金模耐磨性差,使用寿命短.所以,人造多晶金刚石拉丝模有着广阔的应…     

ZnO薄膜/金刚石在不同激励条件下声表面波特性的计算与分析

本文首先以刚度矩阵法为基础, 给出了ZnO薄膜/金刚石在四种不同激励条件下的有效介电常数计算公式. 然后以此为工具, 分别计算了多晶ZnO(002) 薄膜/多晶金刚石和单晶ZnO(002) 薄膜/多晶金刚石的声表面波特性, 并根据计算结果及设计制作声表面波器件的要求, 对ZnO膜厚的选择进行了详细地分析. 最后讨论了ZnO/金刚石/Si复合晶片可以忽略Si衬底对声表面特性影响时对金刚石膜厚的要求. 关键词： 声表面波 压电多层结构 有效介电常数 刚度矩阵法     

非晶金刚石膜的性能及其应用

非品金刚石薄膜具有超高硬度等一系列优异的特殊性能，为工程界孜孜追求的材料表面镀膜。用百纳科技公司研发制造的过滤阴极真空电弧离子镀膜机镀制的非晶金刚石薄膜，SP^3金刚石结构量≥80％，硬度高，膜／基结合力高，摩擦系数小，耐磨损，耐腐蚀，透光率高，在电子，机械，光学，生物医学上有广泛应用前景。我们已在视窗玻璃，丝锥，模具，硬质合金刀头等产品上成功应用。     

复合型多晶金刚石末级压砧的制备并标定六面顶压机6-8型压腔压力至35GPa

通过分析二级6-8型大腔体静高压装置八面体压腔的受力状况, 研制了一种使用成本低、尺寸大且易于加工的多晶金刚石-硬质合金复合二级(末级)顶锤(压砧). 采用原位电阻测量观测Zr在高压下相变(α-ω, 7.96 GPa; ω-β, 34.5 GPa)的方法, 标定了由多晶金刚石-硬质合金复合末级压砧构建的5.5/1.5(传压介质边长/二级顶锤锤面边长, 单位: mm)组装的腔体压力. 实验表明, 自行研制的多晶金刚石-硬质合金复合末级压砧可使基于国产六面顶压机构架的二级加压系统的压力产生上限从约20 GPa提高到35 GPa以上, 拓展了国内大腔体静高压技术的压力产生范围. 应用这一技术, 我们期望经过末级压砧材料与压腔设计的进一步优化, 在基于国产六面顶压机的二级6-8 型大腔体静高压装置压腔中产生超过50 GPa的高压. 关键词： 二级6-8型大腔体静高压装置 多晶金刚石-硬质合金复合末级压砧 压力标定     

金刚石表面金属化技术

一、问题的提出 金刚右依靠其无以伦比的高硬度以及优良的机械 性能,使得金刚石工具成为加工各种硬质材料所不可 缺少的工具.目前,我国金刚石工具制造业已迅速形成年耗数千万克拉金刚石、种类齐全的新型工业部门. 由于金刚石与一般金属合金之间的界面能很高, 金刚石颗粒不能为一般低熔点会金浸润,可焊性极差. 统观我国制造的各种金属基体的金刚石工具(如钻头、 锯片启轮、砂轮修正工具等),金刚石颗垃仅仅被机械 地镶嵌在金属基体之中,在使用时,金刚石极易脱落. 笔者从大量的实践中估测孕镶式金刚石工具中金刚石 利用率仅为 60%左右,这意味着…     

多晶金刚石对硅基氮化镓材料的影响

氮化镓(GaN)器件的自热问题是目前限制其性能的关键因素,在GaN材料上直接生长多晶金刚石改善器件的自热问题成为研究的热点,多晶金刚石距离GaN器件工作有源区近,散热效率高,但多晶金刚石和GaN材料热失配可能会导致GaN电特性衰退.本文采用微波等离子体化学气相沉积法,在2 in (1 in=2.54 cm)Si基GaN材料上生长多晶金刚石.测试结果显示,多晶金刚石整体均匀一致,生长金刚石厚度为9—81 μm,随着多晶金刚石厚度的增大, GaN (002)衍射峰半高宽增量和电性能衰退逐渐增大.通过激光切割和酸法腐蚀,将Si基GaN材料从多晶金刚石上完整地剥离下来.测试结果表明:金刚石高温生长过程中,氢原子对氮化硅外延层缺陷位置有刻蚀作用形成孔洞区域,刻蚀深度可达本征GaN层;在降温过程,孔洞周围形成裂纹区域.剥离下来的Si基GaN材料拉曼特征峰峰位, XRD的(002)衍射峰半高宽以及电性能均恢复到本征状态,说明多晶金刚石与Si基GaN热失配产生应力,引起GaN晶格畸变,导致GaN材料电特性衰退,这种变化具有可恢复性,而非破坏性.     

人造金刚石

金刚石具有超硬、耐高温、高热导、抗腐蚀、抗辐照、透红外和半导体等特性,是发展现代工业、现代国防和尖端科学技术等方面不可缺少的一种重要材料．人造金刚石是固体物理学中超高压、高温下物质相变和人造新材料等方面研究的一个重要对象．金刚石在工业上用途很广,可作优等磨料、磨具、切割片、孕镶钻头、表镶钻头、玻璃刀、砂轮修正笔、拉丝模、高精度的车刀、硬度计的压硬头、航行仪表用抗震支承轴等．用金刚石研磨和抛光?...     

金刚石/铝复合材料界面性质第一性原理计算及界面反应

采用第一性原理计算和实验相结合的方法,研究了金刚石/铝复合材料的界面性质及界面反应.计算结果表明:金刚石(100)/铝(111)界面粘附功更大,相比金刚石(111)/铝(111)的界面粘附功4.14 J/m~2提高了41%.同时,金刚石(100)/铝(111)界面处形成Al—C键合的趋势更强. Al—C键的引入能够促进金刚石(100)/铝(111)界面处C—C键的形成,提高界面粘附功.利用真空气压浸渗法制备金刚石/铝复合材料,并对金刚石/铝复合材料的界面结构进行多尺度表征.在金刚石{100}面观察到界面产物Al_4C_3,且界面脱粘多发生在金刚石{111}面,实验现象与计算结果相一致.湿热实验研究了界面反应对金刚石/铝复合材料的影响,进一步表明抑制Al_4C_3生成、改善界面选择性结合对于提高金刚石/铝复合材料性能及稳定性具有重要意义.本文的研究为第一性原理计算金刚石/金属的界面性质提供了新的思路,也对金刚石/金属复合材料的设计具有重要的指导意义.     

山东蒙阴金刚石多晶的显微红外光谱研究及其成因意义

山东蒙阴金刚石多晶可划分为多角刻面状和浑圆状金刚石多晶两大类,它们的显微红外光谱研究结果表明,金刚石多晶中的氮含量较低,介于16.69～72.81μg.g-1之间,且同一金刚石多晶的不同金刚石晶粒(或部位)中的氮含量不相同;刻面状金刚石多晶均为ⅠaAB型,且A心的浓度大于B心的浓度。浑圆状金刚石多晶也多为ⅠaAB型,但具有更高浓度的B心,且存在少数同时包含单替代氮、A心和B心的浑圆状金刚石多晶;金刚石多晶不是在金刚石颗粒的成核阶段所形成的,而是在金刚石长大期间或金刚石颗粒形成后的某个特殊条件下聚集而成;山东蒙阴金刚石多晶可能形成于氮浓度较低的较深部地幔。同时,多角刻面状金刚石多晶的形成时间稍晚于金刚石单晶体,浑圆状金刚石多晶的形成时间明显早于金刚石单晶体。     

Mo离子注入对金刚石涂层附着性能的影响

采用Mo离子注入工艺对YG6硬质合金基体表面进行处理,用微波等离子体CVD(MPCVD)法沉积金刚石涂层,研究了Mo离子注入工艺对金刚石涂层附着性能的影响.结果表明,Mo离子注入后,硬质合金基体表面的化学成分发生了明显变化;采用适当剂量的Mo离子注入基体,可使CVD金刚石涂层的附着性能显著提高. 关键词： 金刚石涂层 Mo离子注入 硬质合金基体 附着性能     

静压法烧结钻头用多晶大颗粒金刚石

在毛主席“开发矿业”伟大教导的鼓舞下,中国科学院物理研究所从事静态超高压高温下物质相变与人造新材料研究工作的同志们,多年来一直在探索优质大颗粒金刚石,并且烧结出一种质量较好的多晶大颗粒金刚石．经冶金部桂林冶金地质研究所勘探技术研究室和北京首都钢铁公司地质勘探队大力协同、共同努力,把这种金刚石用手锒法制成地质钻头,对九级中硬非均质、粗粒度、摩擦性大的岩石进行台架钻进试验,一个钻头获得了钻进３０?...     

国产六面顶压机多晶种法合成宝石级金刚石单晶

对国产六面顶压机平台下使用多晶种法合成宝石级金刚石单晶进行了系统的研究. 通过合理调整温度梯度法的合成腔体组装, 采用多晶种法, 探索多晶种法金刚石合成的压力和温度区间, 在单个合成腔体内放置3–5颗金刚石晶种, 成功合成出多颗(3–5)优质Ib型宝石级金刚石单晶. 多颗晶种的引入, 单次实验合成的多个金刚石晶体晶形及品质一致; 同时, 晶体的整体生长速度也有明显的增大. 多晶种法金刚石单晶合成的研究, 可以有效地利用腔体空间、提高单次金刚石单晶合成的效率, 解决压机大型化下高温高压资源利用率低的问题; 同时, 为宝石级金刚石单晶商业化生产提供重要的依据. 关键词： 金刚石 国产六面顶 多晶种 温度梯度法     

立方氮化硼的静压合成及多晶烧结

无产阶级文化大革命的伟大胜利和批林批孔运动的大好形势,推动着我国机械工业的迅速发展．各种新材料、新钢种不断涌现,原有各种高速钢、硬质合金甚至金刚石都已难于适应某些机械加工的要求,形势迫使我们去研制其它新型加工材料．立方氮化硼就是一种良好的新型机械加工工具材料．遵循毛主席关于“自力更生,奋发图强”的教导,国营新都机械厂人造金刚石小组、四川大学物理系固体物理专业超硬材料研制组、成都工具研究所立方?...     

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。     

合成腔体尺寸对Ib型六面体金刚石单晶生长的影响

利用液压缸直径为550 mm的大缸径六面顶压机, 在5.6 GPa, 1200-1400 ℃的高压高温条件下, 分别采用单晶种法和多晶种法, 开展了Ib型六面体宝石级金刚石单晶的生长研究, 系统考察了合成腔体尺寸对Ib型六面体金刚石大单晶生长的影响. 首先, 阐述了合成腔体尺寸对合成设备油压传递效率的影响, 研究得到了设备油压与腔体内实际压力的关系曲线; 其次, 选择尺寸为Φ 14 mm的合成腔体, 分别采用单晶种法和多晶种法(5颗晶种), 进行Ib型六面体金刚石大单晶的生长实验, 研究阐述了Φ 14 mm合成腔体的晶体生长实验规律; 再次, 为了解决液压缸直径与合成腔体尺寸不匹配的问题, 将合成腔体尺寸扩大到26 mm, 并开展了多晶种法六面体金刚石大单晶的生长研究, 最多单次生长出14 颗优质3 mm级Ib型六面体金刚石单晶, 研究得到了Φ 26 mm合成腔体生长3 mm级Ib型六面体金刚石单晶的实验规律, 并就两种腔体合成金刚石单晶的总体生长速度与生长时间的关系进行了讨论; 最后, 借助于拉曼光谱, 将合成的优质六面体金刚石单晶与天然金刚石单晶进行对比测试, 对所合成晶体的结构及品质进行了表征.     

电力线演示器

我们利用有机玻璃盒密封篦麻油和头发屑做成电力线演示器,这种演示器制作容易,演示方便,投影清晰,可长期保存反复使用。一、制作材料; 1.有机玻璃片,厚度1—3mm均可,面积为50×40(mm)~2共四块(也可以用废旧的三角板但需用棉花沾牙膏将发毛处抛光。再准备一些长50mm、宽4mm、厚4—5mm的有机玻璃条(也可以用有机玻璃片粘叠成)。 2.篦麻油30毫升。 3.剪碎的头发屑(越碎效果越好)。     

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。     

多晶金刚石薄膜硅空位色心形成机理及调控

金刚石硅空位色心在量子信息技术和生物标记领域有重要应用前景.本文对硅衬底上多晶金刚石生长过程中硅空位色心形成机理及调控方法进行研究.通过改变金刚石生长氛围中的氮气和氧气比例,实现了对硅空位色心发光强度的有效调控,所制备系列多晶金刚石样品的光致发光光谱显示,硅空位色心荧光峰与金刚石本征峰的比值最低为1.48,最高可达334.46,该比值与金刚石晶粒尺寸正相关.进一步用光致发光面扫描和拉曼面扫描分析样品可知,多晶金刚石中的硅应来自于硅衬底,在多晶金刚石生长过程中,衬底硅单质先扩散至金刚石晶粒处,随着金刚石晶粒生长,硅单质再扩散并入金刚石晶体结构中形成硅空位色心.不同样品硅空位发光强度的差异,是由于生长过程中氮气和氧气对金刚石硅空位色心的形成分别起到促进和抑制的作用.     

金刚石-碳化硅超硬复合材料的冲击强度

不同于延性介质,脆性介质的失效破坏严重制约着材料的强度.本文采用一种定量描述脆性介质力学性质的格点-弹簧模型,研究了金刚石-碳化硅超硬复合材料的冲击强度及其细观损伤机理,有助于避免灾变破坏、提高冲击强度.在模型中,通过构建不同体积分数比的金刚石和碳化硅两相复合材料,模拟获得了经受冲击波压缩形变后的宏观波剖面,显示出随着金刚石颗粒含量增加,冲击强度逐渐增大,而后减小;对应于这种变化,损伤演化分析揭示出存在三种细观损伤模式,当金刚石颗粒含量在10%—50%范围内增加时,长距离扩展滑移带占主导;当金刚石颗粒含量为70%时,滑移带已由长距离扩展演化为短细滑移带,损伤主要来自于碳化硅基体,多数金刚石颗粒未发生损伤;当金刚石颗粒含量超过70%的临界值后,短细滑移带也将被强烈限制,应力集中致使金刚石颗粒被严重损伤,冲击强度下降.研究结果为优化设计金刚石-碳化硅超硬复合材料以及制备新型抗冲击材料提供了物理认知.