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。     

钛硅结合剂聚晶烧结工艺条件研究

本文探讨了钛硅结合剂聚晶烧结工艺条件，发现钛硅结合剂聚晶烧结必须在钛熔点和钛熔点以上温度进行。在霍尔纯金刚石烧结条件图上，勾划出了实用的钛硅结合剂聚晶烧结工艺条件曲线。     

金刚石聚晶的性能特征及应用

1金刚石聚晶的性能与特点 金刚石聚晶有许多优异性能：晶粒呈无序排列、各向同性、无理解面；具有较高冲击强度，冲击时只产生小晶粒破碎，不像单晶金刚石那样大块崩裂。金刚石聚晶的性能与粘结剂关系密切，而不同的粘结剂在聚晶烧结过程中的作用及成品中的存在形式有较大差异，目前主要选用Ti—Si系列的陶瓷类粘结剂和以钴为主的金属类粘结剂。原材料金刚石的自身品质和烧结工艺对聚晶性能的影响明显。金刚石聚晶最重要的性能指标是耐热性、耐磨性和冲击强度，而硬度、强度、加工性、焊接性等在某些情况下也较重要，不同用途对金刚石聚晶的性能要求也不相同。     

纳米金刚石无助剂烧结的可行性分析

本文主要阐述了金刚石烧结的目前国内外研究现状,比较了国内外烧结的异同点及其优缺点。参阅大量中外文献,分析了纳米金刚石的一些特性,及用纳米金刚石无助剂烧结需要解决的问题,分析了纳米金刚石无助剂烧结的可行性。分析表明,消除吸附物,利用纳米金刚石众多的悬键、合理的工艺条件相结合,是可以实现无助剂烧结的。     

用铁基粉末触媒合成金刚石的研究

本文利用五种铁基粉末触媒 (FeNiXn,n =1,2 ,3 ,4,5Xn代表Fe在触媒中的含量 ,Xn>Xn -1)在国产六面顶压机上进行了金刚石单晶的合成实验 ,研究了高温高压条件下 (～ 5 4GPa ,～ 14 0 0℃ ) ,铁基粉末触媒随铁含量的改变 ,石墨碳-铁基触媒体系合成金刚石条件的变化规律以及金刚石单晶的生长特性 ,利用穆斯堡尔谱对金刚石中铁元素形成的包裹体进行了检测。结果表明 ,随着铁基粉末触媒中铁含量的增加 ,合成金刚石的压力和温度条件逐渐增高 ,金刚石生长的“V形区”上移 ,同时得出了铁基粉末触媒适合高温区 ( 110 )和 ( 111)面生长以及金刚石中铁元素以FeNi和Fe3 C形式存在的结论     

高压水雾化金刚石铁基触媒粉的工艺研究

采用典型检验和统计分析的方法研究了FeNi30高压水雾化金刚石触媒粉的形貌、氧含量、粒度与粒度组成及合成效果。结果表明,粉末为近球形颗粒,-200目产出率为68.2%。由于原有高压水雾化金刚石触媒粉的氧含量较高,不能直接在合成金刚石中使用。水雾化的触媒粉通过1 000℃,真空10-2Pa,6 h高温真空脱氧处理,触媒粉中氧的质量分数降到200×10-6～500×10-6,满足合成金刚石的要求。Φ38 mm腔体批量合成的单产达50～87 carat,粒度35/60目的金刚石粉达到46.5%至82.5%。粒度为-250目的触媒合成的金刚石品质较好,但与气雾化金刚石触媒粉相比,粒度还较粗,因此还需要不断改进雾化装置和雾化工艺,不断提高触媒粉成品率和品质。     

放电等离子烧结制备立方氮化硼聚晶

采用放电等离子烧结工艺(spark plasma sintering,简称SPS)在氮气气氛中制备了以Si3N4-AlN-Al2O3-Y2O3系为基的立方氮化硼聚晶(polycrystalline cubic boron nitride,简称PcBN).烧结工艺参数为:加热速率300 ℃/min,初始压力30 MPa,保温时间5 min,烧结温度分别为1250 ℃、1350 ℃和1450 ℃.利用X射线衍射分析(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对样品的物相构成和试样新鲜断口的微观形貌进行了分析和观察,同时利用显微硬度测试仪测试了样品的显微硬度.实验结果表明,Si3N4-AlN-Al2O3-Y2O3-BN系聚晶材料可以在非常短的时间内致密化,样品的相对密度可达95%以上.采用SPS快速烧结工艺,样品中的超硬磨料cBN依然保持立方结构.随着烧结温度的提高,样品的硬度不断增加,PcBN的显微硬度为28～48 GPa.结合剂组份可与立方氮化硼牢固地结合在一起.放电等离子烧结工艺可成为制备PcBN刀具材料的一种新的制备方法.     

单晶金刚石制备研究进展

相对于多晶金刚石,单晶金刚石具有质量好和纯度高等优点,并且不存在多晶金刚石中的不规则晶界,因此在半导体和机械等行业具有广泛的应用。本文简要介绍了单晶金刚石的制备方法和主要应用领域,并对国内外采用高温高压法和化学气相沉积法制备单晶金刚石的研究成果和最新研究进展进行了综合评述。与高温高压法相比,化学气相沉积法可以高速合成大面积、高质量的单晶金刚石,因此是人工合成单晶金刚石的研究热点。单晶金刚石主要用作切削刀具、光学材料、半导体及电子器件和首饰等。随着大单晶金刚石合成技术的进一步发展,金刚石的应用范围和市场将会更加宽广。     

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。     

聚晶金刚石薄膜合成工艺的研究

目的优化聚晶金刚石(PDC)薄膜的合成工艺参数。方法以保温时间、冷却时间、烧结温度为变量,设计PDC薄膜合成正交实验,以旁热式组装合成块进行烧结,测定PDC烧结成品的硬度、磨耗比、电阻值,确定每组烧结品的完整数,并通过综合平衡法对正交实验结果进行分析。结果保温时间、冷却时间、烧结温度在不同程度上影响PDC的综合质量。结论最佳工艺参数为:合成温度1350℃,加热时间5 min,冷却时间11 min。     

高压下Fe84Nb4W3B9纳米晶软磁块体合金的制备

采用机械合金化(MA)法和低温高压快速烧结工艺制备了Fe84Nb4W3B9软磁合金粉末及其块体合金,并研究了粉末的晶粒尺寸、热稳定性和块体合金的相组成,晶粒大小以及相对密度与烧结条件的关系.结果表明(1)MA60h后,可获得单相α-Fe纳米晶(8.6nm)过饱和固溶体粉末(2)在MA粉末DSC升温曲线中,分别出现3个强弱不一的放热峰,依次发生了畸变的纳米晶过饱和固溶体的结构弛豫、纳米晶粒长大以及固溶体的相分解过程;(3)在P=5.5GPa,t=3min的烧结条件下,当Pw≥980W后,可获得相对密度98.2%以上、单相α-Fe纳米晶(20.3nm)块体合金,其磁性能为比饱和磁化强度Ms=154.0emu·g-1,矫顽力Hc=7.474×103A·m-1.     

人造金刚石单晶铁基金属包膜的精细结构

利用扫描Auger微探针和X射线光电子能谱等手段,研究了包覆着高温高压金刚石单晶的铁基金属包膜（Fe—Ni—C合金)的精细结构．结果表明,仅在临近金刚石单晶的包膜内层,C和Fe原子的精细结构有一明显变化;在接触金刚石单晶的包膜表面上,Fe,Ni最外层电子的结合能比包膜其它区域明显增高据此认为,邻近金刚石的包膜内层和接触金刚石的包膜表面在金刚石生长中起重要作用,Fe,Ni原子对C原子的催化很可能是在包膜内层或在金刚石／包膜界面上完成的．     

铁基触媒中的初生渗碳体与金刚石单晶的合成

本文利用光学显微镜、扫描电镜和X射线衍射仪研究了金刚石合成后的铁基触媒组织结构。结果表明，组织中有较多的初生渗碳体时，金刚石的质量好，产量高；反之，则质量差，数量少。分析表明：触媒从高温液态到室温固态经历了初生渗碳体的析出、长大和共晶凝固两个过程，高温高压下金刚石的形核与长大是在触媒熔液经历初生渗碳体阶段时形成的。金刚石的生长极有可能是通过初生渗碳体的分解实现的，碳原子集团从渗碳体脱溶，然后堆积到金刚石上。本文从冶金反应过程证明了金刚石是由初生渗碳体转变而来的。     

聚晶金刚石刀具磨削机理试验研究

本文通过观察聚晶金刚石（PCD）磨削表面的微观形貌及背散射立体像，研究了PCD材料的磨削机理。结果表明，在磨削过程中，PCD材料会产生冲击脆性去除、沿晶疲劳脆性地去除、沿晶疲劳脆性去除、疲劳点蚀脆性去除、热化学去除及机械热去除。其主次顺序取决于磨削工艺参数。因冲击脆性去除直接产生PCD刀具刃口锯齿缺陷，所以在磨削中应尽量减少这种去除。     

磷化用清洗剂的研制

研究了磷化预处理时磷化工件金属表面上污物的清洗,对一些常用的表面活性剂性能及相互之间的协调使用进行了研究,并提出了相应的配方.     

大面积聚晶金刚石复合片电火花加工温度场及应力场的数值模拟

在研究电火花加工机理的基础上,基于有限元原理,建立了电火花连续脉冲放电磨削聚晶金刚石复合片时的物理模型,对磨削过程工件表面的温度场、应力场分布及工件材料的变形规律进行了模拟分析.研究了脉冲宽度及峰值电流对温度场、应力场分布及复合片变形量的影响规律.结果表明,有限元法是分析大面积聚晶金刚石复合片电火花磨削过程中温度场、应力场及变形的一种有效方法,其计算结果可用来指导制定合理的加工工艺参数以提高加工质量和加工效率.     

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.