金刚石-碳纤维复合材料的高温高压合成及组织结构分析

以正硅酸乙酯(TEOS)为反应前驱体,采用溶胶-凝胶方法在金刚石微粉及碳纤维表面包覆一层非晶氧化硅凝胶膜,将二者以不同比例混合后在1350℃、5 GPa条件下进行高温高压(HTHP)处理,合成出了以氧化硅为界面结合相的金刚石-碳纤维复合块体材料,并发现组织中出现了原位生成的纳米针。利用扫描电镜(SEM)、扫描电镜能谱分析(EDS)、X-射线衍射(XRD)等手段研究分析了复合材料中金刚石/碳纤维间的界面组织结构特性。对HTHP合成样品进行了热重分析,结果表明,复合材料在580℃后失重明显,其抗氧化能力较金刚石原料微粉提高了80℃。     

金刚石微粉表面的纳米硅烷化改性及其抗氧化性能

采用溶胶?凝胶技术和正硅酸乙酯（TEOS）的水解?缩合反应,在金刚石微粉表面包覆一层厚度为2～10 nm的富含活性氧基团的纳米氧化硅非晶凝胶膜,凝胶膜在加热至一定温度后,其二氧化硅可由非晶相向晶体相转变。金刚石微粉在空气中的初始氧化温度从原料金刚石的500 ℃提升到其TEOS覆膜改性后的550 ℃。在TEOS覆膜中添加纳米硅粉改性后,金刚石微粉样品在空气中的初始氧化温度可进一步提升至610 ℃;且经过800 ℃的热处理后,样品剩余量比之原料金刚石量大幅度提升,表明TEOS覆膜中添加纳米硅粉后可进一步提升金刚石微粉的高温抗氧化性能。TEOS覆膜中富含的活性氧基团能与树脂/陶瓷结合剂间产生化学反应,有利于提高结合剂对金刚石的把持力,可为制备高性能的树脂/陶瓷结合剂金刚石工具提供良好的功能化改性原材料。      

金刚石微粉的环保型深度净化处理技术

为了改善金刚石微粉的提纯质量,消除生产过程中的污染排放,实现金刚石微粉的绿色生产,采用“加热氧化-酸泡中和-熔盐净化”的组合技术对机械破碎法所生产的金刚石微粉进行提纯处理。通过加热氧化杂质Fe而将其转化为Fe₂O₃,再用稀硫酸浸泡Fe₂O₃而将其转化为硫酸铁盐并水溶去除。随后采用铁粉中和上述残余稀硫酸而得到硫酸铁盐并回收利用,由此,实现金刚石微粉提纯过程的无酸排放、绿色生产。对除Fe后的微粉,再采用无机熔盐净化处理Al、Mg、Si等杂质,获得高纯净度的金刚石微粉,并采用扫描电镜(SEM)、扫描电镜能谱(EDS)及X射线衍射(XRD)等综合技术手段对金刚石微粉的提纯净化结果进行表征与分析。同时,对全流程的工艺参数和实验数据进行计算机优化分析,提高生产效率,控制生产成本。