用铁基烧结助剂制备金刚石聚晶的研究

通过高温高压下金刚石再生长烧结方法，采用细粒度金刚石微粉作原料，铁基金属微粉作烧结助剂，在六面顶超高压设备上进行了金刚石聚晶的制备。研究了铁基金属和金刚石微粉体系再生长烧结的温度压力条件，并通过高倍光学显微镜、扫描电镜(SEM)、X—ray衍射、Raman光谱等测试手段对金刚石聚晶样品进行了内部成分和微观形貌分析。研究结果表明，在5．8GPa，1550℃条件下制备的PCD材料内部比较均匀致密。X—ray衍射和Raman光谱测试结果表明，在更高的温度条件下制备的样品内部有少量的石墨化。另外，样品内部还有部分碳化铁的存在。因此，我们认为，用Fe基烧结助剂制备的PCD材料内部除存在金刚石的自成键外，还有金刚石与金刚石之间通过铁碳键把金刚石烧结在一起的一种机制。     

含硼聚晶金刚石复合片(B-PDC)的研究

利用国产六面顶压机,在高温高压的条件下,采用黏结剂Co熔渗催化方法合成含硼聚晶金刚石复合片。对加入不同体积分数的含硼金刚石合成的样品进行性能测试,最后对样品的性能测试结果进行讨论分析,并对聚晶金刚石层微观结构做了扫描电镜观察和XRD物相分析。结果表明:样品的抗冲击韧性和耐热性比普通金刚石复合片有显著提高,当添加含硼金刚石微粉体积分数为2a%～3a%时综合性能最好。     

石墨类型对多晶金刚石微粉性能的影响

以不同类型的石墨粉为原料,通过铜吸收和传递热量,采用冲击波合成工艺,制备多晶金刚石微粉。测试了多晶金刚石微粉的得率和耐磨性能,研究了石墨微晶结构对其得率和耐磨性能的影响。实验结果表明:鳞片石墨合成多晶金刚石微粉的得率和耐磨性不如土状石墨合成的金刚石;微晶具有平行排列的焦炭基人造石墨合成的多晶金刚石微粉易石墨化,难得到金刚石;微晶具有杂乱排列的炭黑基人造石墨的得率比土状石墨高;一次焙烧的炭黑基人造石墨具有较多的微孔,其合成的金刚石的耐磨性能比土状石墨的差;经过二次焙烧后合成的多晶金刚石微粉的耐磨性能比土状石墨的好。     

用铁基烧结助剂制备PCD及其微观形貌和烧结机理分析

通过高温高压下金刚石再生长烧结方法，采用细粒度金刚石微粉作原料，铁基金属微粉作烧结助剂，在国产六面顶超高压设备上进行了金刚石聚晶(PCD)的制备。研究了铁基金属和金刚石微粉体系再生长烧结的温度压力条件，并通过X—ray衍射和扫描电镜、Raman光谱对制备的PCD样品进行了内部成分和微观形貌分析。     

提高煤田采掘用PCD截齿性能的研究

为了提高煤田采掘截齿的耐磨性与使用寿命,采用金刚石微粉（W40＋W20＋W5）与粘结剂（Co、Ni等）按一定的比例均匀混合后,与硬质合金基体装入模具,经真空处理后,装入叶蜡石块,在国产六面顶液压机高温高压条件下进行合成,然后用机械、电火花等方法进行加工,研制出金刚石强化柱齿截齿。采用90-94wt％细颗粒金刚石（400目以细）与6-10wt％粘结剂（B、Ti、Si、Co、Ni等）按一定的比例充分混合后,装入特制石墨模具,进行真空处理后,按一定方式组装成叶蜡石合成块,在国产六面顶液压机高温高压条件下进行合成,合成后对其进行球磨,研制出热稳定性金刚石聚晶截齿。切割试验结果表明,其在花岗岩中切割性能可达硬质合金截齿的150倍。预计在硬岩、中硬岩石中使用金刚石强化柱齿截齿、热稳定性金刚石聚晶截齿是最有前途的。     

硅钛结合剂聚晶金刚石的制备与性能

以Si-Ti-B粉末为结合剂,与金刚石微粉在高温高压条件下制备了硅钛基聚晶金刚石。通过X射线衍射仪、扫描电镜、磨耗比测定仪等方法研究了不同合成功率对聚晶金刚石物相成分、微观结构和性能的影响。研究发现:结合剂与金刚石之间相互反应形成的黏结相主要为SiC、TiC、TiB2和TiSi2等化合物,将金刚石颗粒牢固地结合在一起形成致密结构;随着合成功率的增加,PCD样品的磨耗比、显微硬度都先增高后降低,在合成功率为3.4kW时达到最高值;当合成功率过低,PCD样品中会存在未反应完全的结合剂,合成功率过高则会造成金刚石表面出现石墨化残留,均会降低材料的综合性能。     

新型组装方式烧结纯PcBN材料

为降低合成纯PcBN的温度和压力条件,改进合成腔体内的组装方式:使用横截面积更小的高导电型石墨管,采用双加热管设计和填充大尺寸的白云石.采用新型组装方式,在高温超高压条件下用粒度尺寸为10μm的cBN的微粉合成出纯聚晶立方氮化硼(PcBN)烧结体.利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)对烧结体的微观形貌和...     

球状石墨的粉压成型及以其为原料的金刚石生长

本文研究了球状石墨的粉压成型特性。在国产SPD6×1 200型六面顶高温高压设备上,分别以鳞片石墨和球状石墨（均为400目）为碳源,以铁基粉末触媒为原料,在压力5.5 GPa,温度1 400℃左右,合成时间300 s的条件下合成出了优质金刚石单晶。通过球状石墨与鳞片状石墨生长的金刚石的对比,说明了球状石墨—铁基触媒体系生长金刚石的特点。结果表明球状石墨也可以用来合成优质磨料级金刚石单晶,但合成温度要比用片状石墨时高100℃左右,合成的金刚石粒度较鳞片石墨合成的金刚石粒度稍粗。     

掺硼金刚石的高温高压合成

掺硼金刚石具有诸多优良的性质,因而成为当前金刚石掺杂中的研究热点。本文通过将一定比例的无定形硼粉均匀加入到粉末石墨——触媒体系中,在六面顶压机上利用高温高压方法合成了掺硼金刚石。考察了样品中不同的硼添加比例对合成金刚石最低压力点的影响,以及压力和温度对合成掺硼金刚石的影响。经过大量实验,总结出了合成金刚石的最低压力点与样品中硼添加比例的关系曲线。实验结果表明,合成温度是影响晶体中硼含量的主要因素。同时,实验还发现,硼在晶体中的分布情况存在着区域性,以及随着晶体内硼含量的增加,晶体晶形变差,而且容易生长聚晶。     

超硬高韧微米颗粒聚晶金刚石块材的超高压制备

以微米级金刚石微粉为初始材料,利用自主研发的二级6-8型超高压大腔体装置,不添加黏结剂,在15 GPa左右条件下制备了超硬、高韧的厘米级块体聚晶金刚石,聚晶块体由高压硬化所致的、具有纳米亚结构的微米级金刚石颗粒组成。该材料的维氏硬度与单晶金刚石的最高维氏硬度（~120 GPa）相当,断裂韧性（18.7 MPa·m1/2）可媲美高性能硬质合金。      

Surface coating by diamond particles on an aluminum substrate by underwater shock wave

A new method for surface coating of an aluminum plate by diamond particles is developed. Underwater shock wave derived from the detonation of an explosive acts to accelerate an aluminum flyer plate to a desired velocity, the flyer plate collides with diamond particles and an aluminum base plate. Diamond particles are penetrated into aluminum. A diamond rich layer which of about 200 μm in depth was generated and the volume fraction of diamond was observed to gradually decrease from top to bottom. A simplified numerical simulation for observation of aluminum deformation at the collision was performed using Ls-Dyna software.     

激光驱动飞片加载金属箔板成形及数值模拟

探讨了一种利用激光驱动飞片微塑性成形的新技术,介绍了激光驱动飞片代替激光冲击加载的原理和特点,设计并完成激光驱动飞片加载铝箔成形的实验,在体视显微镜下观察发现成形铝箔的表面质量优异,利用形貌仪测量发现成形深度与激光光斑能量分布一致,通过实验得到了激光能量与成形深度的关系。采用适合高压高应变率的Johnson-Cook模型,利用LS-DYNA软件模拟了激光驱动飞片加载铝箔微成形,模拟结果能够比较好地解释试验现象,证实了数值模型的合理。     

纳米多晶金刚石微结构及塑性形变机制的研究进展

纳米多晶金刚石是指晶粒尺寸小于100 nm的金刚石晶粒直接结合而形成的多晶材料。石墨经高温高压直接转变合成的纳米多晶金刚石的硬度达120~145 GPa,洋葱碳直接转变合成的金刚石晶粒内含高密度孪晶,此纳米孪晶金刚石硬度达200 GPa,远超单晶金刚石的硬度。材料优良的性能源于其微观结构,揭示其塑性形变机制将利于更高性能纳米超硬材料的设计与合成。本文概述了纳米多晶金刚石微观结构及其塑性形变机制的国内外研究现状,重点介绍和评价了纳米多晶金刚石塑性形变机制的实验及理论研究,为纳米多晶金刚石材料的进一步研究和应用提供参考。      

金刚石合成用W型叶蜡石传压介质的研究

本文采用W型叶蜡石作为超高压高温合成金刚石的传压介质,分析了其主要化学成分与矿物相组成。对W型叶蜡石粉压块的粒度效应与高压胶体的尺寸效应进行了较详细的研究,确定了该传压介质的粒度组成与几何尺寸。超高压高温合成金刚石试验表明,W型叶蜡石的传压性能相当理想,金刚石合成效果好。这一结果为超硬材料高压合成与多晶烧结体所用传压介质的政择开辟了新的徐径。     

合成温度对聚晶金刚石的影响

本文利用六面顶压机,在高温高压条件下进行了合成聚晶金刚石的实验。研究了合成温度对聚晶金刚石晶粒大小和黏结剂分布的影响。用扫描电子显微镜观察了相同压力、不同合成温度条件下合成出的聚晶金刚石的断口形貌。结果表明,合成温度高时(1 650℃),晶粒尺寸稍小,金属黏结剂分布均匀;合成温度低时(1 590℃),晶粒尺寸稍大,金属黏结剂分布不均匀。这可能是因为,当温度高时,金刚石生长驱动力小,生长速度稍慢,在相同时间条件下,晶粒尺寸稍小。同时温度稍高,黏结剂流动性增强,更有利于其均匀分布。     

聚晶金刚石复合体的主要性能研究状况

主要从衡量聚晶金刚石复合体PDC质量好坏的三大指标--耐磨性、耐热性、抗冲击韧性着手,在国内外学者对PDC性能较完整的测试和研究结果的基础上,综述了聚晶金刚石复合体的性能及其影响因素,着重对PDC表面石墨化、氧化现象、粘接剂的选择、界面形态的改进、粒度范围、组装程序、烧结工艺等作了概述,概括了几种典型聚晶金刚石复合体机械性能,为金刚石复合片的合成工艺及其工业应用提供一些参考.     

Nanosized polycrystalline diamond cladding for surface protection of zirconium nuclear fuel tubes

A 300 nm thick polycrystalline diamond layer has been used for protection of zirconium alloy nuclear fuel cladding against undesirable oxidation with no loss of chemical stability and preservation of its functionality. Deposition of polycrystalline diamond layer was carried out using microwave plasma enhanced chemical vapor deposition apparatus with linear antenna delivery (which enables deposition of PCD layers over large areas). Polycrystalline diamond coated zirconium alloy fuel tubes were subjected to corrosion tests to replicate nuclear reactor conditions, namely irradiation and hot steam oxidation. Stable radiation tolerance of the polycrystalline diamond layer and its protective capabilities against hot steam oxidation of the zirconium alloy were confirmed. Finally, the use of polycrystalline diamond layers as a sensor of specific conditions (temperature/pressure dependent phase transition) in nuclear reactors is suggested.     

Natural and synthetic polycrystalline diamond, with emphasis on ballas ‘Ballas’ — Radially grown, polycrystalline diamonds?

The successful synthesis of diamond by chemical vapor deposition (CVD) at low pressures has generated renewed interest in polycrystalline diamond. It is now possible to deposit on relatively large surfaces a metal-free ‘polycrystalline diamond ceramic’, which is nearly equivalent in optical, thermal and mechanical properties to single crystal diamond. Some microstructures found in CVD diamond are clearly related to those seen in natural ballas and the possibility of making an even better ‘polycrystalline CVD diamond’ and exploiting its capabilities is considered here.     

多孔含硼金刚石多晶体的制备与结构研究

本文介绍了一种多孔含硼金刚石多晶体的制备方法.以含硼金刚石微粉为原料,Co合金为粘结剂,高温高压烧结制备D-D键合的金刚石多晶烧结体.烧结体经强酸处理,蚀出残余的金属,得到多孔含硼金刚石多晶体.实验结果表明:温度在金刚石-钴共熔温度以上,压力在6.0GPa左右,粒度在W20～W28之间,金属含量在14～16vol%范周内,易于获得D-D键合的多孔金刚石烧结体.保温较短时,金刚石烧结不充分,晶粒结合松散,得到的多孔材料孔径较大,但烧结体强度很低.延长保温时间,烧结充分,致密性增加,但孔径减小.