人造金刚石合成工艺基础

根据《人造金刚石合成工艺基础》编写提纲的要求,我们着重对石墨—金刚石转变过程中热力学条件的分析及其平衡曲线的讨论、石墨—金刚石转变过程中动力学条件的分析、石墨—金刚石转化过程的催化、试样加热方法的讨论和加温加压过程的分析。在分析上述问题的过程中,曾向北京大学化学系孙承谔教授和华东纺织工学院化学系染化教研组陈美华老师请教过有关理论问题。提出了关于《人造金刚石合成工艺基础》编写原则的几点考虑：1、为人造金刚石晶体生长第一阶段实验提供理论上的依据;2、通过对石墨—金刚石转变过程的热力学和动力学条件,以及触媒在这一转变过程中的作用的初步分析,来了解金刚石晶体生长的一般规律;3、有关金刚石晶体生长的细节问题,如活化能、反应速率的计算等问题在编写人造金刚石工艺基础（第一阶段）一文时暂不加考虑,但必须指出,这一理论工作是一定要做的。     

“超硬材料生长、烧结机理学术讨论会”论文摘要(续完)

论人造金刚石晶体生长过程中的若干问题文中进行了固体相变的一般热力学分析,进而引伸到石墨金刚石相变系统中自由能变化的规律,从而得出了相变系统自由能与晶粒半径变化的两条曲线,分别说明了在触媒存在的挣压法和无触媒存在的直接转变或动压法金刚石生长的热力学规律。在进行了结构转化热力学     

触媒参与下金刚石晶体生长机理的探讨

一、引言随着人造金刚石晶体生长技术的发展,各研究者对超高压高温下,特别是触媒参与下,由六方结构的石墨变立方结构的金刚石机理进行了广泛的探讨。提出了诸如溶剂、触媒、溶剂-触媒、固相转变和结构转变等不同的看法。值得指出的是结构转变观点,对有或无触媒参与下,石墨是如何向金刚石转变的微观过程做了清楚的论述。     

人造六方金刚石生成机理的探讨

人造六方金刚石是压力至少在12GPa以上，温度为500-2700K时，由石墨直接相变而得到的，一般认为，它是由ABA型石墨经滑移变成AAA型石墨之后，再经“椅形”转变而生成的，但石墨，六方金刚石，立方金刚石它们结晶位向关系的研究结果，却不完全支持这种椅形转变理论，为此，本特对石墨变六方金刚石的“船形”转变模式进行讨论。     

我国人造金刚石晶体生长机理研究概述

人造金刚石晶体生长机理是大家十分关注的理论问题。因为，弄清石墨是怎样变金刚石的，金刚石又是怎样长大的，以及过渡族金属或其合金在此过程中起到什么作用这些基本问题，对提高人造金刚石晶体生长技术水平是非常有益的。30多年来，我国从事人造金刚石晶体生长研究的科研、生产工作者，根据各自获得的实验结果和观察到的现象提出了多种模型，并借助这些模型来阐明人造金刚石晶体生长机理，概括起来有如下一些基本内容。文献[1]对固相直接转变机理提出了一个微观模型——高压高温下ABC型石墨的一种振动模型。从图1可以看出，原来处在平…     

生长金刚石用炭源材料与合成的研究进展

研究探讨石墨与金刚石晶体生长的关系，有助于促进金刚石合成用石墨材料品种的发展和质量的提高。叙述了石墨合成金刚石的实验结果。讨论了石墨转变成金刚石的行径和影响转变的因素。在对石墨性能进行多种测试与分析的基础上，指出了合成金刚石石墨的选择原则及其重要性和必要性。     

激光诱导合成金刚石的机理研究

本文对激光诱导合成金刚石的机理进行了多方面的较深入的探索。首次估算了石墨直接转化金刚石所必须越过的势垒值为8.565×104J.mol-1。说明了宏观高压并非是这一转化的必要条件。对于激光诱导合成金刚石,其激光源的功率密度不应低于2.534×105W.cm-2。提出并计算了有利于激光诱导合成金刚石的若干因素:靶前激光维持爆轰波的压力可达几个GPa数量级;粒径为4nm的石墨微粒,其晶体本身表面高压可达3.32GPa;石墨被加热后,其晶体自身的热压力可达几百MPa;晶体表面原子振幅远大于体内,其动能可达1.6×10-19J;被激光照射时,石墨原子的平均振幅大到常温时的8倍以上。用细微石墨颗粒作原料更易于合成金刚石。将宏观的热力学理论与微观的物质结构及相变的微观机理结合起来,能较好地阐明该相变机理。     

金刚石和立方氮化硼的形成与反转化

石墨到金刚石以及六方BN到立方BN的转化,都不是一般的物态变化过程,而是伴随着有关原子外层电子运动轨道发生变化的过程。对人造金刚石和立方BN晶体形成理论的研究和认识,虽然有许多结晶学方面的理论可以借鉴,但无论如何不能不说明原子的结构是怎样转变的这个要害问题。否则,要想达到对机理的正确认识是有困难的。因而,对已提出的种种关于合成金刚石和立方BN的形成理论进行更为深入地探讨是必要的,而对金刚石和立方BN在某些条件(温度、压力和介质等)下是如何被变成石墨与六方BN的问题,更应进行研究。     

金刚石铸铁中金刚石晶体形态的观察

将灰口铸铁进行爆炸冲击,其石墨可以转变为金刚石。凡组织中具有金刚石相的铸铁,我们称为金刚石铸铁。把金刚石铸铁通过化学提纯,可以得到人造金刚石。用这种方法得到金刚石,国内少见。对此,笔者作了较长时间的试验,研究。本文试就这类金刚石的晶体形态予以分析,并就石墨向金刚石转变的机制加以适当论述。     

激光照射石墨悬浮液制备纳米金刚石的研究

本文研究了一种用激光合成纳光金刚石的新方法。利用Nd：YAG脉冲激光照射循环流动的石墨悬浮液成功制备了纳米金刚石。与以往激光合成纳米金刚石方法相比，具有激光功率密度低（10^6W／cm^2）、效率高的特点。利用高分辨透射电子显微镜（HRTEM）分析了分别以炭黑、石墨为原料的不同实验产物的微观组织结构，在此基础上讨论了此方法的反应机理。研究结果表明：该方法制备的金刚石为立方结构，晶粒尺寸约为5nm，其相变路径为：由菱方石墨向立方金刚石的直接转变或六方石墨过渡到菱方石墨并最终形成立方金刚石的间接转变。     

高温高压石墨固相转变成金刚石的实验证明

高温高压实验表明，石墨转变金刚石的过程中，存在着固相转变现象。     

Co含量对金刚石–WC–Co复合材料耐磨性的影响

随着采矿和城市基建等行业的发展,对矿用WC–Co采掘工具的耐磨性提出了更高的要求。通过添加金刚石增强WC–Co矿用工具的耐磨性是一种可行的新思路。在烧结制备金刚石–WC–Co复合材料的过程中钴相作为催化剂会加速金刚石向石墨转变。为研究Co对复合材料中金刚石石墨化程度的影响,采用放电等离子体烧结技术(SPS)制备金刚石–WC–Co复合材料,分析了复合材料中金刚石石墨化程度并采用砂轮法研究了复合材料的磨损性能和磨损机理。结果表明：金刚石–WC–Co复合材料中金刚石可以起到增韧效果;Co含量增加会促进复合材料致密化进程,同时也会降低复合材料的硬度;随着Co含量增加,复合材料材料耐磨性变差。磨损过程中 WC–Co基体率先被磨损去除,金刚石后被磨损,金刚石会增强材料的耐磨性能。     

激光诱导固态转变合成金刚石研究进展

本文介绍了激光诱导固态转变合成金刚石的研究进展，讨论了金刚石各种合成方法的机理，并提出一种激光诱导液体介质中石墨颗粒固态转变合成金刚石的新方法。研究的目的是改变现有激光轰击石墨合成纳米金刚石产出率过低的状况。方法是把石墨微粉放入水中，将其进行分散后导入一个循环系统，采用Nd—YAG脉冲激光(最大功率密度10^6Wcm^-2)轰击与其同轴循环流动的石墨颗粒悬浮液。收集反应产物并提纯，高分辨透射电子显微镜(HREM)分析表明产物为立方结构的金刚石，其颗粒尺寸为5nm。该方法产率比以往激光合成方法有了较大提高。     

人造金刚石金属包膜的显微观察

在高温高压条件下，在金刚石晶体生长过程中，包络金刚石晶体的金属包膜的作用是重要的，本文利用ＳＥＭ和ＳＡＭ等技术，研究晶体表面和包膜的形态，组织，成分及其碳的溶解和相变本质，进一步探讨了在合金触媒的作用下，石墨向金刚石转变的演经过程，结果是通过包膜对碳的输运和迁移，使石墨的电子结构发生变化，电子轨道成为接近于金刚石的ＳＰ＾３杂化状态。     

CVD金刚石涂层刀具高速铣削加工石墨模具研究进展

介绍了模具石墨的性能特点和切削加工机理,指出了复杂结构电火花石墨模具铣削加工中的困难,提出了CVD金刚石涂层刀具的解决方案。在此基础上介绍了国内外CVD金刚石涂层刀具在石墨模具高速铣削加工的工艺特点以及加工中CVD金刚石涂层刀具的磨损机制和破损失效形式,并列举了CVD金刚石涂层刀具在石墨模具高速铣削加工的应用,指出CVD金刚石涂层刀具高速铣削加工可解决石墨模具难以加工这一难题,若能进一步解决CVD金刚石涂层刀具的膜-基结合力和表面粗糙度问题,预期CVD金刚石涂层刀具高速铣削加工石墨模具可得以广泛推广应用。     

人造金刚石金属包膜的显微观察

在高温高压条件下，在金刚石晶体生长过程中，包络金刚石晶体的金属包膜的作用是重要的。本文利用ＳＥＭ和ＳＡＭ等技术，研究晶体表面和包膜的形态，组织，成分和对其碳的深解及相变本质。进一步探讨了在合金触媒的作用下，石墨向金刚石转变的演化过程。结果是通过包膜对碳的输运和迁移，使石墨的电子结构发生变化，轨道成为接近于金刚石的ＳＰ＾３杂化状态。     

关于人造金刚石晶体生长机理的研究

文中分类引述了国内外各研究者对人造金刚石生长机理的一些基本看法,认为:在短期内各种观点很难统一,应进一步深入研究,至少包括石墨向金刚石的相转变和金刚石晶体的长大这两个过程。     

立方氮化硼——加工黑色金属及其合金的最佳材料

<正> 在一定外界条件下(如高温高压),具有层状结构的石墨可以转变成金刚石已是一种普通常识。在这一转变过程中,C原子的化学键由SP~2杂化态转变为SP~3杂化态,使得金刚石成为单位体积内结合能最大的物质,因而成为硬度最高的材料。立方氮化硼也是由具有层状结构的六方氮化硼在一定外界条件下转变而成的。它具有与金刚石相似的结构。差     

CVD金刚石单品的生长过程

一、简介 千百年来，人类一直被金刚石的货币价值和其物理性能深深的吸引。在1792年，Antoine Lavoiser和Smithon Tennand发现了金刚石是由碳元素构成的。从开始研究合成金刚石的制造原理到成功的应用于科学领域经历了157年。1954年，H．Tracy Hall提出了在1700℃和95kbar高温高压下，用铁做催化剂将石墨转化为金刚石的可能性。在热力学稳定区域以外，生产金刚石单晶最常用方法还是高压高温工序。     

石墨砂型铸渗机理的研究

通过热力学、动力学分析计算，结合倾倒试验结果，对石墨砂型铸造渗碳过程的渗碳机理进行了研究，首次明确提出了石墨砂型铸渗机理。研究认为，石墨在钢液中的直接溶解及碳在钢中的扩散是产生石墨砂型铸渗效果的主要原因