纳米级金刚石的结构、性能与应用

纳米材料是纳米技术的重要组成部分,是新世纪里国际前沿的重大研究课题。近年来,我国对纳米金刚石的爆轰合成技术及其物性研究,形成机制和应用展开了实验研究,并取得初步成果。本文对纳米材料的通性,以及纳米金刚石的结构、性质与应用进行阐述。通过测试与应用研究,揭示了纳米金刚石具有金刚石和纳米材料的双重优异特性的因由和它在高效磨合、复合镀层、橡胶增强、生物抗体、研磨、抛光等应用时所显现出的优越性,提出,在取得     

纳米金刚石的开发与应用概述

集众优异性能于一身的金刚石是其它材料不可比拟的。而纳米金刚石（纳米金刚石粉和纳米金刚石膜）则是一种拥有金刚石优异性质和纳米材料特点的双重特性的新型工程材料和功能材料。这一双重奇异特性是它获得广泛应用的基础。从已开发的应用领域不难预言其潜在前景是美好的。不过，要将其美好前景变为现实还有许多工作需要科研人员去研究和开发。     

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。      

纳米金刚石聚晶的合成与性能综述

传统多晶金刚石聚晶（polycrystalline diamond，PCD）已在机械加工和矿物勘探等领域广泛应用，但其所使用的结合剂或烧结助剂严重弱化PCD性能，限制其应用。新型无黏结剂纳米金刚石聚晶（nano-polycrystalline diamond，NPD）具有细小的晶粒尺寸和高强度的金刚石晶粒界面，其性能已全面超越传统的PCD和金刚石单晶，在硬质材料高精加工等领域有巨大的优势和广阔的前景。本文概述NPD的合成和性能，并介绍使用不同的碳前驱物在高温高压下制备NPD的方法和技术，其中重点介绍石墨和碳纳米葱（carbon onions）在高温高压下直接转变成NPD的技术，为进一步研究及应用提供参考。      

纳米金刚石微粉作为静压法合成金刚石晶种的探讨

本文报道了添加纳米金刚石粉（ＮＤＰ）碳惩的静液压合成金刚石初步试验。结果表明,ＮＤＰ作为晶种可提高石墨相变为金刚石的得量,并提高产物中金刚石粗晶粒的比例。     

发展中的中国纳米金刚石应用技术

由于纳米金刚石具有金刚石和纳米材料的双重特性，而使纳米金刚石在许多非传统磨削领域中获得广泛应用。从所收集到的有限资料中不难看出，我国现已形成了一支高素质的研发群体，这是未来纳米金刚石能在广泛的技术领域中得到应用的重要力量。但是，我们也应充分注意到，目前我们虽然取得了不少的成果，但这些成果中的多数属阶段性成果，要使这些阶段性成果转化成规模化生产还有许多技术问题有待解决。     

粉碎法纳米金刚石的应用

中从分析粉碎法纳米金刚石的性质出发，讨论了粉碎法纳米金刚石的一些应用方向。     

纳米金刚石的应用

纳米金刚石不仅具有金刚石所固有优异特性，而且还具有纳米材料所拥有的奇异性能。正是这些综合技术特性，使得它在传统的和新的技术领域中得到应用，并初见成效，本文从超精抛光、润滑、复合镀、磁性录音系统和医疗等方面的应用做了扼要的叙述，指出，纳米金刚石颗粒具有球形和准球形的特点，使得摩擦表面形成滚珠轴承效应，而表现出良好的润滑性，从而避免于摩现象的发生，而对一些主要因接触疲劳或高温磨损而失效的工件，纳米金刚石金属的复合涂层，则具有明显的优越性。     

纳米金刚石应用中存在的几个问题

本文介绍了纳米金刚石的发展历史及目前的研究状况。提出了在纳米金刚石应用中存在地问题：纳米金刚石中的C元素含量及纳米金刚石相的含量；纳米金刚石的分散技术问题和纳米金刚石的分级技术问题，这些技术问题不但存在于纳米金刚石的研究中，而且也普遍存在于所有的纳米粉体材料中，这些急待解决的技术问题严重制约了纳米粉体材料的广泛应用。     

纳米金刚石悬浮液制备的研究进展

纳米金刚石兼具纳米颗粒和超硬材料的性质,是一种具有重要应用前景的新材料.但是纳米金刚石容易团聚,其悬浮液的分散稳定性差,这是纳米金刚石一直没有得到广泛应用的重要原因.本文将从纳米金刚石悬浮液的分散原理和制备方法两个方面进行综述介绍纳米金刚石悬浮液制备的研究进展.     

从情报价值分析纳米金刚石在表面工程中的应用

本文从情报价值分析了纳米金刚石在表面工程技术中的潜在重要作用，通过纳米金刚石在纳米复合镀技术、纳米粘接与粘涂技术与再制造工程技术以及在未来战争中克敌制胜的应用概述了纳米金刚石极为重要的战略地位、经济效益和技术价值。     

超硬材料刀具的特性及应用

本文主要介绍了单品金刚石刀具，高温高压合成的聚品金刚石（PCD）刀具，聚晶立方氮化硼（PCBN）刀具及化学气相沉积的金刚石膜（CVD）刀具的特性及应用。我们做了有关CVD刀具与PCD刀具耐磨性的切削试验：通过试验可以看出，CVD刀具确实有较好的耐磨性，但是在切削时间为17min时，由于CVD较PCD脆，在25倍显微镜下观察发现CVD金刚石刀具的刀口有明显的崩刃。另外发现，CVD金刚石刀具在制造及使用过程中也极易出现崩刃现象，所以目前大多数厂家仍以使用PCD刀具为主，CVD金刚石刀具的推广仍需要一个过程。     

CVD金刚石厚膜刀具及应用研究

热丝CVD法沉积金刚石厚膜为全晶质纯多晶金刚石材料,是制造切削刀具的理想材料。本文针对国内外CVD金刚石厚膜焊接刀具研究与应用中存在的关键技术问题,结合我所近期相关技术研究进展,重点介绍了其制造工艺及关键技术。     

Softening of ultra-nanocrystalline diamond at low grain sizes

Ultra-nanocrystalline diamond is a polycrystalline material with crystalline diamond grains in the nanometer size regime. We study the structure and mechanical properties of this material as a function of the average grain size, employing atomistic simulations. From the calculated elastic constants and the estimated hardness, we observe softening of the material as the size of its grains decreases. We attribute the observed softening to the enhanced fraction of interfacial atoms as the average grain size becomes smaller. We provide a fitting formula for the scaling of the cohesive energy and bulk modulus with respect to the average grain size. We find that both these properties scale as quadratic polynomials of the inverse grain size. Our formulas yield correct values for bulk diamond in the limit of large grain sizes.     

金刚石复合片机械性能的研究

本文主要介绍了金刚石复合片的结构，耐热性，机械性能，影响机械性能的主要因素及提高措施，检测其机械性能的方法，为金刚石复合片的工业应用提供一些参考。     

提高电镀金刚石钻头保径能力的几种方法

在我国，电镀方法生产金刚石钻头已有近40年的历史。电镀方法生产金刚石钻头是在室温下进行，对金刚石没有任何热损伤；镍基合金胎体性能优良，对岩石有较广泛的适应性。但是，电镀金刚石钻头的保径效果差，特别是钻进硬、脆、碎岩石和钻进强研磨性岩石时尤其明显。本文分析比较了提高电镀金刚石钻头保径效果的几种新工艺包括双锥形工作面钻头、螺旋形水槽和半底喷式结构、聚晶保径规保径钻头、内外径和底唇面分开电镀法钻头、跟模电镀法钻头、镍钴锰合金胎体金刚石钻头，并给出了电镀镍钴锰合金金刚石钻头的电镀液配方及工艺参数。通过试验得出采用方柱状聚晶保径或采用镍钴锰合金胎体，电镀金刚石钻头的保径效果好，钻头寿命可提高30％以上。     

金刚石热稳定性研究现状分析

通过对国内外研究现状分析,充分讨论了诸因素对人造单晶金刚石和聚晶金刚石热稳定性的影响,针对人造金刚石热稳定性的研究方法和概念存在的问题和不足,建议以“抗可逆转变”温度,即相变点,作为热稳定性的度量和标识,且采用能够体现出影响热稳定性因素之间关联度,并同时注重微观结构分析与性能改变测试相结合的方法。     

聚晶金刚石磨削加工的试验研究

本文对PCD磨削加工工艺进行了试验。结果表明:在进行PCD粗加工时,宜选用粗粒度、高强度金刚石磨料和采用较大的磨削压力。     

聚晶金刚石复合片的磨损规律

通过观察切削花岗岩过程中聚晶金刚石复合片(PDC)刀具的磨损过程和磨损形貌,研究PDC刀具的磨损规律。研究结果表明:切削花岗岩时,受切削力及其冲击的作用,PDC刀具产生近乎平行岩石表面的磨损形式,磨损机理为机械作用引起聚晶金刚石层微观裂纹产生并扩展而导致的金刚石颗粒的微观破碎。