金刚石表面金属化与分析表征

文章主要介绍了金刚石表面金属化的原理、界面分析理论;金刚石表面金属化的几种制备工艺：化学镀加电镀、真空镀、盐浴镀、化学气液相处理等,总结了金刚石表面金属化的表征方法。     

可提高有色金属表面加工精度的新型细晶粒金刚石涂层工具

尽管金刚石涂层刀具具有许多独一无二的特性,但是由于金刚石晶粒粗大,容易造成刀具表面粗糙,所以阻碍了其在精细加工领域的应用。文章开发了一种金刚石晶粒细小的新型金刚石光滑涂层,刀具表面粗糙度最大值小于1um。采用这种涂层的立铣刀具进行了一系列有色金属切削测试,通过观察发现,精加工后的器件表面粗糙度最大值小于1um,获得了和使用无涂层硬质合金立铣刀表面粗糙度一样的加工效果。并且,没有对表面涂层的耐磨性和刀具使用寿命产生任何影响。     

机械法抛光加工金刚石膜研究

在平面研磨机上使用金刚石抛光盘对金刚石膜进行了抛光实验。通过观察金刚石膜机械抛光过程中表面形貌的变化,并结合拉曼光谱分析,提出了金刚石抛光盘抛光金刚石膜的抛光机理主要是微切削和压力破碎作用,同时还可能有少量金刚石转变为非晶碳的作用。通过单因素实验研究,发现金刚石盘的粒度对抛光金刚石膜材料去除率的影响最为显著。转速越高,表面粗糙度越小,压力和粒度存在最优值,超过该值后,表面粗糙度并不会随之降低。     

新型预钎焊金刚石表面金属化的工艺研究

将Ni-Cr活性钎料以及Cu粉、Co粉、WC粉与A合金粉末和镍基钎料组成的混合钎料分别镀覆到金刚石表面,在真空炉中经钎焊处理后,利用扫描电镜(SEM)及USB电子显微镜观察金刚石表面形貌。结果表明:添加A粉的混合钎料能有效实现金刚石表面金属化,金刚石表面形成"刺状"的钎焊小颗粒,主要成分为Ni,Cr等活性钎料成分,预钎焊后的金刚石静压强度略有下降,但仍能满足金刚石锯切强度的需要,添加A合金能够起降低钎料浓度,减弱金刚石热损伤的作用。     

纳米PCD材料合成的技术难点

文章探讨了高温高压法制备纳米PCD材料技术的研究现状及存在的问题,针对纳米金刚石纯化技术、表面净化技术,以及高压烧结中表面石墨化、塑性变形、纳米聚晶形成与再结晶晶粒长大控制等关键技术难点进行分析,期望能为今后纳米PCD材料的应用开发提供理论上的帮助。     

金刚石表面镀覆技术的发展及应用

介绍了金刚石的表面镀覆技术及其发展。由于表面镀覆层能提高金刚石颗粒的强度、抑制在高温条件下金刚石颗粒的石墨化与氮化腐蚀，从根本上实现金刚石磨粒与结合剂胎体的化学冶金结合，因此，增强了结合剂对磨粒的把持力，有效地防止金刚石脱落，提高了工具的使用寿命和加工效率。     

ELID磨削后石材的表面微观特性研究

用不同粒度金刚石砂轮及EL ID技术精密磨削两种典型的天然石材,跟踪观察天然石材在EL ID磨削过程中表面形貌变化、加工后的表面粗糙度以及表面光泽度,并通过扫描电子显微镜和三维表面构造分析仪分析加工后的石材表面。实验结果表明,利用超细粒度金刚石砂轮进行EL ID磨削可在石材主要矿物上获得粗糙度极低的光滑表面,但无法消除石材与生俱来的裂隙、晶界等缺陷,正是这些缺陷限制了表面光泽度的进一步提高。     

金刚石涂层拉丝模及其在焊丝生产中的应用

采用化学气相沉积法,在硬质合金拉丝模的工作区域制备金刚石涂层,利用扫描电镜、原子力显微镜、Ra-man光谱仪对涂层表面形貌、成分等进行分析,并将拉丝模应用于焊丝拉拔生产线中。结果表明:拉丝模涂层均匀、致密,抛光后的表面粗糙度可降低至10 nm以下,使用寿命较传统模具长,镀铜焊丝的表面粗糙度明显降低。     

化学气相沉淀法合成单晶金刚石膜实验探索

采用微波等离子体化学气相沉淀法合成了单晶金刚石膜,探索了化学气相沉淀法(CVD)单晶金刚石膜的生长机理.实验仪器采用石英管式微波等离子体化学气相沉积装置,种晶为3颗IaAB型天然金刚石原石,生长面近平行于(111)和(110)方向,生长温度为800℃,压力约为6 kPa,时间约为8 h.使用宝石显微镜和环境扫描电子显微镜观察分析了CVD单晶金刚石膜的生长表面形貌.结果表明,在生长面上可见明显的生长层,生长晶体无色透明,CVD单晶金刚石膜在生长面上横向外延生长,并形成定向的台阶状表面--"阶梯流".在相同的条件下,(111)方向上生长的CVD单晶金刚石膜比(110)方向上的更有序.H2浓度的大小对CVD单晶金刚石膜的质量有影响.     

单晶硅棒切方专用金刚石外圆切割片技术要求及制造工艺探讨

文章对单晶硅棒切方专用金刚石外圆切割片的技术要求及制造工艺进行了探讨。在金刚石外圆切割片制造工艺中,采用双层电沉积法制造金刚石外圆切割片,对基体材料、刃口厚度、偏摆度、工艺规范及金刚石的选用处理都有严格的要求：选用高性能工具钢为基体材料,进行尺寸、偏摆度及应力控制;合理的工艺规范使制造出的切割片具有足够高的韧性和抗冲击能力,使金刚石发挥出最佳的磨削效果;选用适宜金刚石,并对金刚石粒度及表面进行处理,使金刚石出刃均匀,且与电沉积层紧密结合,提高使用寿命。     

不同衬底材料上外延金刚石的研究

利用自制的5kW微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)装置对在不同衬底材料上外延生长的CVD金刚石进行了研究。利用HPHT金刚石、CVD异质形核生长的金刚石及Ia型天然金刚石样品作为籽晶,分析了不同CH4浓度与基片温度对外延CVD金刚石的影响以及通过扫描电子显微镜表征了CVD金刚石外延面的表面形貌。结果发现,HPHT金刚石为籽晶,由于其自身缺陷导致外延效果不佳;CVD异质形核生长的衬底因形核阶段的晶面生长难以控制而使其外延面较粗糙;经打磨的Ia型天然金刚石才是理想的籽晶。当CH4浓度约为10%、基片温度为1020℃时,CVD金刚石的外延生长速率可达到70.0μm/h。     

CVD纳米金刚石涂层工具研究进展

概述了CVD纳米金刚石涂层工具的研究开发现状、存在的主要问题,重点介绍了硬质合金基体表面预处理方法及纳米金刚石生长工艺参数对CVD纳米金刚石涂层工具结构和性能的影响。其中,介绍了硬质合金基体表面预处理方法主要有酸液浸蚀去钴、施加中间过渡层、机械或等离子体处理、负偏压等;纳米金刚石生长工艺参数则主要从碳源浓度、基体温度、反应气压三方面进行了介绍;最后,对CVD纳米金刚石涂层工具发展趋势和应用前景作出了展望。     

天然与Fe-C（H）系高温高压合成金刚石多晶的光学属性对比研究及意义

山东蒙阴天然金刚石多晶与Fe-C（H）系高温高压（HPHT）合成金刚石多晶的光学显微镜、拉曼光谱、光致发光谱及红外光谱等的对比研究表明,相似的金刚石晶粒形态、表面生长台阶、结构功能团及缺陷等决定着两者存在成因上的联系;而自金刚石多晶的深部至表面,缺陷的不同变化规律及金刚石晶粒间聚集方式的差异等暗示着两者的生长历史并不完全相同;天然金刚石多晶的形成可能经历早期快速成核-长大、中期长大及漫长的后期改造三个阶段;基于晶体成核、长大及后期改造的思想,从微结构、微成分的角度厘定金刚石多晶中的标型信息,有利于拓展金刚石找矿、地球深部重大科学问题探讨等的思路和方法,也有利于为高品级金刚石多晶的合成提供新的科学线索。     

天然与Fe-C（H）系高温高压合成金刚石多晶的光学属性对比研究及意义（下）

山东蒙阴天然金刚石多晶与Fe-C（H）系高温高压（HPHT）合成金刚石多晶的光学显微镜、拉曼光谱、光致发光谱及红外光谱等的对比研究表明,相似的金刚石晶粒形态、表面生长台阶、结构功能团及缺陷等决定着两者存在成因上的联系;而自金刚石多晶的深部至表面,缺陷的不同变化规律及金刚石晶粒间聚集方式的差异等暗示着两者的生长历史并不完全相同;天然金刚石多晶的形成可能经历早期快速成核-长大、中期长大及漫长的后期改造三个阶段;基于晶体成核、长大及后期改造的思想,从微结构、微成分的角度厘定金刚石多晶中的标型信息,有利于拓展金刚石找矿、地球深部重大科学问题探讨等的思路和方法,也有利于为高品级金刚石多晶的合成提供新的科学线索。     

高温高压Fe-Ni-C-B系中含硼金刚石单晶合成机理研究（上）

采用现代材料分析测试方法,通过对高温高压Fe-Ni-C-B系合成出的含硼金刚石单晶及其金属包覆膜进行系统分析和表征,探寻含硼金刚石合成机理及生长机制。研究发现,添加在金属触媒中的硼以金属-碳-硼化合物的形式溶入金属包覆膜,作为含硼金刚石生长的直接碳/硼源,经金属中间相的催化,析出活性碳/硼原子（团）扩散至正在生长的金刚石单晶表面,促进金刚石的生长。而含硼金刚石则以一种层状生长的方式长大,这种层状生长的台阶来源前期以二维晶核为主,后期则以位错为主。活性碳/硼原子（团）扩散到达金刚石单晶表面,在生长台阶的前端被吸附,转变成为金刚石单晶的一部分。随着台阶的不断扩展,新的生长台阶在刚长成的晶面上继续形成,含硼金刚石单晶则以层状堆叠的方式完成长大过程。     

镀覆金刚石技术的研究进展

金刚石工具中存在的把持力不足、颗粒脱落、氧化石墨化等问题,严重影响了工具的使用寿命和效率。金刚石表面镀覆金属层是解决这一问题的有效方法。文章对金刚石表面镀覆条件、镀覆原理和形成的镀覆金属化模型进行了讨论,综述了金刚石表面镀覆金属层的技术及其发展,介绍了该领域的最新的研究成果,并分析了它们在实际生产中应用。     

金刚石连聚晶成因的理论分析

金刚石连聚晶是生产过程中一种常见的现象，它的存在严重地影响了金刚石的质量。采用扫描电镜，观察了金刚石合成片中连聚晶的结构、部位；并结合研究包裹在金刚石生长表面外的金属膜外衣的结构，探讨了金刚石连聚晶的成因、类型及采取何种措施，来解决不同类型的方案。对提高金刚石的整体强度和高强度料的比例都有积极的意义。     

CVD金刚石拉丝模花丝成因研究

研究用CVD金刚石和单晶模具拉丝时钢丝表面产生"花丝"程度不同的原因。通过CVD金刚石拉丝模和单晶金刚石拉丝模的微观分析,得出结论:CVD金刚石的晶界和内部缺陷是造成使用CVD金刚石拉丝模比使用单晶金刚石拉丝模"花丝"现象更严重的原因。提出减轻和避免缺陷的方法:及时修复受损模具,可以减轻"花丝"现象;减少CVD金刚石的内部缺陷是消除"花丝"现象的根本途径。     

山东金刚石晶体中氮片晶的分布特征及其表面微形貌

为研究山东蒙阴金伯利岩型金刚石晶体中氮片晶的分布特征,采用红外光谱仪对116粒宝石级金刚石晶体样品中的氮片晶进行分析,并采用微分干涉显微镜观察氮片晶在金刚石表面所具有的物理化学性质及其表面微细结构。结果表明,80.2%的金刚石样品中具有氮片晶;在个别浅褐色、八面体金刚石样品{111}面上观察到平行于[100]晶带方向的长条状蚀像,这些蚀像相互平行,大小不等。显微红外光谱对具长条状蚀像的金刚石样品{111}面的测试结果表明,该类晶体均具有较强的氮片晶的吸收峰(1359~1375cm-1)。综合浅褐色、八面体金刚石样品的红外光谱及其表面微形貌特征,推测长条状蚀像是由氮片晶的出露点受优先选择性腐蚀而致。     

新一代金刚石工具及其性能分析

新一代金刚石工具以金刚石颗粒有序排列为主要特征,其性能比金刚石颗粒随意分布的传统金刚石工具优越。ARIX工艺制造的金刚石有序排列的锯片消除了传统金刚石锯片使用中提高锯切速率而导致寿命降低的问题。钎焊单层金刚石磨具由于其中的金刚石颗粒以一定间距有序排列成一定形式而且金刚石出刃较高,与其它结合剂金刚石磨具相比,可达到较高的加工效率和表面光洁度。