热等静压制备铜金刚石复合材料

利用包套热等静压(HIP)烧结在温度900℃和压力110 MPa下烧结1 h实现了铜金刚石复合材料的制备,并对复合材料的显微结构和热学性能进行了研究。结果表明:该材料中金刚石分布均匀且未发生石墨化。随着金刚石体积分数的增大,复合材料的致密度、热导率与热膨胀系数下降。制得样品中的最高致密度和热导率分别为98.5%和305W/(m·K)~(-1)。和热压烧结(HP)及放电等离子体烧结(SPS)相比,热等静压制得的铜金刚石复合材料的热导率达到相同水平甚至更高。可见,热等静压在制备铜金刚石复合材料上具有很大潜力。     

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。     

高导热金刚石/铜复合材料研究进展

金刚石 / 铜复合材料兼具低密度、高导热率数和可调热膨胀系数等优点,近年来成为新一代热管理材料的研究重点。 通过理论、试验及模拟三个方向对金刚石 / 铜复合材料进行综述。回顾金刚石 / 铜复合材料的发展历程,总结金刚石 / 铜复合材料重要的颗粒混合理论模型及“三明治”复合结构经验公式,研究影响热导率和热膨胀系数等两大热学性能指标的重要因素,简述有限元模拟在金刚石 / 铜复合材料中的相关应用。其中,重点分析界面改性(活性改性元素种类和改性层厚度)对金刚石 / 铜复合材料导热性的影响。结果表明,通过界面改性、增加接触面积以及在较高温度和压力机制驱动下制备的金刚石 / 铜复合材料具有优异的热物理性能。最后由所得结论提出双峰金刚石、渗碳、大尺寸金刚石自支撑膜表面织构化等方法, 可用来提升金刚石 / 铜复合材料界面结合强度和散热性能。     

几种黑色金刚石的消除办法

金刚石的石墨化导致了黑色金刚石的产生。本文从观察到的事实出发，发现了几种常见的黑色金刚石的石墨化的多种起因，并总结了几种不同的消除办法。     

金刚石/铜复合材料在电子封装材料领域的研究进展

金刚石/铜复合材料作为新型电子封装材料受到了广泛的关注。综述了金刚石/铜复合材料作为电子封装材料的国内外研究现状,介绍了金刚石/铜复合材料的制备工艺,并从材料科学的原理综述了该复合材料主要性能指标（热导率）的影响因素,同时对金刚石/铜复合材料的界面问题进行了分析,最后对金刚石/铜复合材料的未来应用进行了展望。     

金刚石化学镀铜包覆及其对铜/金刚石复合材料性能的影响

采用化学镀铜法对金刚石进行表面包覆,得到了不同铜和金刚石质量比的复合粉末,再通过进行放电等离子烧结(SPS),最终得到高金刚石体积百分含量(70vol％)的铜/金刚石复合材料.结果表明:化学镀铜包覆能明显改善所得烧结体中金刚石的分布情况;该复合材料的致密度有所提高,当金刚石体积分数达到70％时,其致密度在97.5％左右,并最终使其热导率上升,最高热导率为404 W/m·K.     

Ni-Cr合金真空钎焊金刚石的表面石墨化

以Ni-Cr合金为钎料采用真空钎焊的方法制备了金刚石钎焊试样.运用扫描电镜(SEM)、X射线能谱仪(EDS)及显微激光拉曼光谱仪对钎焊金刚石表面石墨化的形貌、石墨化程度进行了综合分析.结果表明,在Ni-Cr合金钎料真空钎焊金刚石的过程中,金刚石的表面生成了石墨,其厚度约为10μm;而钎焊过程中,金刚石表面C原子结构的破坏、解体以及降温过程中C原子的析出和再结晶是导致金刚石石墨化的原因;钎焊时在金刚石表面先生成石墨后生成碳化物.     

金刚石低压气相生长的驱动力

以ＣＨ４／Ｈ２体系为例，研究了气相生长金刚石和石墨的驱动力随温度和ＣＨ４的摩尔分数的变化情况，若不考虑超平衡氢原子的作用，则石墨的生长驱动力总是大于金刚石的生长驱动力；如考虑超平衡氢原子的作用，则在一定的温度和ＣＨ４摩尔分数条件下，生长金刚石的驱动力将大于零且生长石墨的驱动力小于零，结果表明，此时气相中碳的化学势高于金刚石的化学势而低于石墨的化学势，因此，气相中将只生长金刚石而不生长石墨，甚至出现     

选区激光熔化制备金刚石/铝复合材料的缺陷研究

利用选区激光熔化(selective loser melting, SLM)技术成功制备金刚石增强铝基复合材料。通过对成型之后的断口、金刚石颗粒以及成型过程中飞溅残渣的分析，发现复合材料的主要缺陷为金刚石在激光照射条件下的热损伤以及在成型过程中形成的大量孔洞。分析表明:金刚石的热损伤主要是由激光直接作用在金刚石上导致的石墨化，金刚石表层的TiC镀层也无法避免其损伤；金刚石间的内部孔洞主要是因为在极短的熔化成型过程中金刚石和基体润湿性较差，相互难以融合而形成的大量孔洞。      

金刚石/铜复合材料热导率研究

采用高温高压法制备出金刚石/铜复合材料,并对复合材料的显微组织及性能进行了研究.结果表明,采用高温高压法制备的金刚石/铜复合材料,组织致密;复合材料的热导率随金刚石含量的增加而下降,这主要是由于界面热阻对复合材料热导率的影响.     

表面镀钨层对金刚石/铜复合材料热导率的影响

采用真空微蒸发-扩散镀技术,在金刚石表面镀覆不同厚度的钨层,并结合真空熔渗法制备金刚石铜复合材料。通过X射线衍射分析镀覆层相结构,采用扫描电镜观察镀覆层表面微观形貌和复合材料中金刚石与铜界面结合形貌,分析金刚石表面镀钨层组织、结构及厚度对金刚石/铜复合材料热导率的影响。结果表明:金刚石表面镀覆钨能改善与基体的润湿性;随着镀覆层均匀性和厚度增加,复合材料热导率先增加后减小;完整均匀的镀覆层可以获得较高界面热导。     

并联导热结构的金刚石/铜基复合材料的制备

为提高金刚石/铜基复合材料的导热性能,在芯材表面预先化学气相沉积(CVD)高质量金刚石膜,获得柱状金刚石棒,再将其垂直排列,填充铜粉后真空热压烧结,制备并联结构的金刚石/铜基复合材料。分别采用激光拉曼光谱(Raman)与扫描电子显微镜(SEM)对CVD金刚石膜的生长进行分析,并通过数值分析讨论复合材料的热性能。结果表明:金刚石/铜基复合材料结构致密,密度为9.51g/cm3;CVD金刚石膜构成连续的导热通道,产生并联式导热,复合材料的热导率为392.78 W/(m·K)。     

镶嵌结构界面金刚石成膜机制的研究

在铜基体复合电沉积金刚石-铜过渡层,用热丝CVD法对铜基镶嵌结构界面金刚石膜的初期生长过程进行了研究。结果表明:不规则的露头金刚石在CVD生长初期逐渐转化为规则的刻面金刚石,长大速率呈现先增加后降低的趋势,伴随着刻面的形成,在露头金刚石与电镀铜二面角处开始二次形核,二次晶粒与电镀铜形成新的二面角并促进二次形核,如此繁衍长大的结果是二次晶粒填充在露头金刚石颗粒沟槽之间,形成连续的金刚石膜。     

添加稀土Nd改善金刚石/铜复合材料界面

目的添加稀土Nd改善金刚石/铜复合材料界面间的缺陷,抑制金刚石与铜之间的弱润湿性,增强复合材料的界面结合。方法采用放电等离子烧结(SPS)技术制备含有不同质量分数Nd的镀钛金刚石/铜复合材料,采用扫描电子显微镜观察界面处的微观形貌,采用X射线衍射仪和X射线能谱仪分析界面处组织,采用排水法测试复合材料的密度和致密度。结果添加稀土Nd后,金刚石-铜两相界面间促生了Cu_5Nd、NdCu_2、Cu_3Ti等相。界面间的Cu_5Nd、NdCu_2、Cu_3Ti、TiC填补了镀钛金刚石/铜复合材料界面处原有的空隙、孔洞等缺陷。未添加稀土Nd的镀钛金刚石/铜复合材料的密度为4.589 g/cm~3,致密度为81%;添加3wt%的Nd元素后,镀钛金刚石/铜复合材料的密度和致密度分别达到了5.569 g/cm~3和98%,密度较未添加Nd的复合材料提升了21%。随着Nd含量的增加,金刚石-铜界面间的缺陷逐渐减少,界面结合效果逐渐转好。结论稀土Nd极大地改善了镀钛金刚石/铜复合材料两相界面处的缺陷,很好地修饰了原本润湿性较差的金刚石-铜两相界面。添加Nd元素后,复合材料两相界面结合紧密。     

压痕法研究镶嵌结构界面金刚石膜粘附性能

在铜基体上沉积Cu(Cr)-diamond复合过渡层,用热丝CVD法在复合过渡层上沉积出金刚石膜。用压痕法对沉积的金刚石膜/基结合性能进行了研究。结果表明,在Cu-diamond上沉积的金刚石膜,用147 N压痕时压痕边缘出现大面积崩落,并在基体表面留下被拔出的金刚石凹坑;在Cu-diamond中掺入微量Cr,压痕边缘只形成环形裂纹,增大压痕载荷至441 N,环形裂纹区域增大,并出现部分崩落,崩落区域有被切断的金刚石残留。在Cu-diamond复合层中掺入微量Cr能显著提高金刚石膜/基结合力。     

镀附钛、钼、钨金刚石与铜基合金结合剂工具的结构性能研究

为了实现金刚石与金属结合剂间的冶金结合,本文用镀Ti、Mo、W的金刚石与含Ni、Co的铜基合金结合剂制成了刀头,通过切割试验和抗折试验,研究了其强度特征和切割性能,并用X射线、扫描电镜和能谱分析对镀层和金刚石、结合剂之间的作用进行了微观分析。结果表明:Ti、Mo、W镀层一方面与金刚石发生界面化学反应形成相应的碳化物,另一方面又与金属结合剂形成化学键合并部分溶入结合剂液相中。这样,由Ti、Mo、W镀层的中介作用实现了铜基金属结合剂与金刚石之间的冶金结合,使金刚石工具的性能大幅度提高。     

铜基体预沉积铜-金刚石复合过渡层金刚石膜的制备与表征（英文）

在铜基体表面电沉积铜-金刚石复合过渡层,采用电镀铜加固突出基体表面的金刚石颗粒,最后利用热丝化学气相沉积(HFCVD)法在复合过渡层上沉积大面积的与基体结合牢固的连续金刚石膜。采用扫描电子显微镜、拉曼光谱和压痕试验对所沉积的金刚石膜的表面形貌、内应力及膜/基结合性能进行研究。结果表明:金刚石膜由粗大的立方八面体颗粒与细小的(111)显露面颗粒组成,细颗粒填充在粗颗粒之间,形成连续的金刚石膜。复合过渡层中的露头金刚石经CVD同质外延生长成粗金刚石颗粒,而铜表面与粗金刚石之间的二面角上的二次形核繁衍长大成细金刚石颗粒。金刚石膜/基结合力的增强主要来源于金刚石膜与基体之间形成镶嵌咬合和较低的膜内应力。     

超声波电镀金刚石钻头工艺研究

为了缩短电镀孕镶金刚石地质钻头的生产周期并改善其性能,进行了超声波作用下电镀金刚石钻头的工艺研究。研究了超声波作用下的影金刚石复合电镀工艺,确定了超声波电镀金刚石钻头的制造工艺流程,并根据确定的工艺试制了Ф75．5／49绳索取心钻头进行野外钻进试验。研究结果表明：对于各种粒度的金刚石,当金刚石在静止条件下被预复合包镶至约1／5粒径处时,可以开始超声波复合镀,此时金刚石将不会被超声波振落;施加超声波后,一天至少可以加4层金刚石,相比于常规电镀工艺,钻头生产周期缩短一半以上。野外钻进试验结果表明,相比于普通电镀钻头,超声波电镀钻头钻进时效提高了33％,钻头寿命提高了54．6％。     

金刚石及其复合材料增材技术研究进展

金刚石在硬度、热导率、热震性能以及强度等多个性能方面具有其它材料无可比拟的优势,自金刚石人工合成后,在工业中的应用越来越广,相应的制备和应用技术也得到了快速发展,增材制造技术的出现更是为金刚石的应用带来了新的机遇.文中对金刚石及其复合材料的增材制造技术进行了系统的阐述,介绍了金刚石及其复合材料的主流增材制造技术,概述了增材制造过程的质量影响因素,梳理了主要的金刚石及复合材料结构,归纳了不同结构、不同材料的主要应用领域. 结合国内外相关技术的发展现状,总结了金刚石及其复合材料增材制造技术面临的问题,提出了后续的发展建议,以期为金刚石及其复合材料的进一步研究和应用提供参考.