聚晶金刚石涂层的元素含量
聚晶金刚石涂层是一种具有高硬度、高耐磨性和高耐腐蚀性的表面涂层材料，广泛应用于刀具、模具、机械零件等领域。其优异的性能主要归功于其特殊的元素含量。本文将从聚晶金刚石涂层的元素含量入手，探讨其特点和应用。
一、碳元素
聚晶金刚石涂层主要由碳元素构成。碳元素是构成金刚石晶格的主要元素，具有极高的硬度和热稳定性。在涂层制备过程中，通过热解石墨等方法，将碳元素沉积在基体表面，形成金刚石晶体。这些金刚石晶体之间通过共价键相互连接，使得涂层具有极高的硬度和耐磨性。
二、金属元素
聚晶金刚石涂层中通常还含有金属元素。金属元素的添加可以改善涂层的性能，并调节涂层的组织结构和性能。常见的金属元素包括钛、铬、铝、钼等。这些金属元素可以与碳元素形成合金化合物，增强涂层的硬度和耐磨性。此外，金属元素还可以提高涂层的抗腐蚀性能和热稳定性，使其能够在恶劣环境下长时间工作。
三、氮元素
氮元素是聚晶金刚石涂层中的重要添加元素之一。氮元素可以与碳元素形成碳氮键，增加涂层的硬度和耐磨性。此外，氮元素还可以
提高涂层的热稳定性和抗氧化性能，使其能够在高温环境下长时间使用。另外，氮元素还可以调节涂层的晶格结构，使其具有更好的机械性能和导热性能。
四、硅元素
硅元素是聚晶金刚石涂层中的重要添加元素之一。硅元素可以与碳元素形成硅碳键，增加涂层的硬度和耐磨性。此外，硅元素还可以提高涂层的抗腐蚀性能和热稳定性，使其能够在恶劣环境下长时间工作。另外，硅元素还可以调节涂层的晶格结构，使其具有更好的机械性能和导热性能。
五、其他元素
除了上述几种主要元素外，聚晶金刚石涂层中还可能含有其他元素，如氧、氢、氩等。这些元素的添加可以改善涂层的性能和结构，使其具有更好的机械性能、导热性能和抗腐蚀性能。
总结：
聚晶金刚石涂层的元素含量对其性能具有重要影响。碳元素是构成金刚石晶格的主要元素，金属元素的添加可以改善涂层的性能，氮元素和硅元素可以增加涂层的硬度和耐磨性。此外，其他元素的添加也可以改善涂层的性能和结构。在实际应用中，根据不同的需求可以调节聚晶金刚石涂层的元素含量，以获得最佳的性能和效果。聚晶金刚石涂层的元素含量研究仍在不断深入，相信将来会有更多
的元素被应用于聚晶金刚石涂层中，为各个领域的应用提供更好的解决方案。
聚晶金刚石涂层的元素含量 聚晶金刚石涂层是一种具有高硬度、高耐磨性和高耐腐蚀性的表面涂层材料，广泛应用于刀具、模具、机械零件等领域。其优异的性能主要归功于其特殊的元素含量。本文将从聚晶金刚石涂层的元素含量入手，探讨其特点和应用。 一、碳元素 聚晶金刚石涂层主要由碳元素构成。碳元素是构成金刚石晶格的主要元素，具有极高的硬度和热稳定性。在涂层制备过程中，通过热解石墨等方法，将碳元素沉积在基体表面，形成金刚石晶体。这些金刚石晶体之间通过共价键相互连接，使得涂层具有极高的硬度和耐磨性。 二、金属元素 聚晶金刚石涂层中通常还含有金属元素。金属元素的添加可以改善涂层的性能，并调节涂层的组织结构和性能。常见的金属元素包括钛、铬、铝、钼等。这些金属元素可以与碳元素形成合金化合物，增强涂层的硬度和耐磨性。此外，金属元素还可以提高涂层的抗腐蚀性能和热稳定性，使其能够在恶劣环境下长时间工作。 三、氮元素 氮元素是聚晶金刚石涂层中的重要添加元素之一。氮元素可以与碳元素形成碳氮键，增加涂层的硬度和耐磨性。此外，氮元素还可以
提高涂层的热稳定性和抗氧化性能，使其能够在高温环境下长时间使用。另外，氮元素还可以调节涂层的晶格结构，使其具有更好的机械性能和导热性能。 四、硅元素 硅元素是聚晶金刚石涂层中的重要添加元素之一。硅元素可以与碳元素形成硅碳键，增加涂层的硬度和耐磨性。此外，硅元素还可以提高涂层的抗腐蚀性能和热稳定性，使其能够在恶劣环境下长时间工作。另外，硅元素还可以调节涂层的晶格结构，使其具有更好的机械性能和导热性能。 五、其他元素 除了上述几种主要元素外，聚晶金刚石涂层中还可能含有其他元素，如氧、氢、氩等。这些元素的添加可以改善涂层的性能和结构，使其具有更好的机械性能、导热性能和抗腐蚀性能。 总结： 聚晶金刚石涂层的元素含量对其性能具有重要影响。碳元素是构成金刚石晶格的主要元素，金属元素的添加可以改善涂层的性能，氮元素和硅元素可以增加涂层的硬度和耐磨性。此外，其他元素的添加也可以改善涂层的性能和结构。在实际应用中，根据不同的需求可以调节聚晶金刚石涂层的元素含量，以获得最佳的性能和效果。聚晶金刚石涂层的元素含量研究仍在不断深入，相信将来会有更多
书山有路勤为径，学海无涯苦作舟 金刚石性能介绍 金刚石在自然界材料中具有特别优异的机械性能、热学性能、透光性、纵 波声速、半导体性能及化学惰性，是一种全方位的不可替代的特殊多功能材 料。用化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition 简称CVD)方法生长的金刚石膜具有与颗粒状天然金刚石和高压人造金刚石几乎完全相同的性能，但却克服 了小颗粒状天然金刚石和高压人造金刚石尺寸大小的限制。材料学家一致认为 只有这种连续性大尺寸块状材料，才能使得金刚石全部优异性能得到充分的发挥。金刚石膜的优异性能主要表现在以下几个方面： 1.机械性能：金刚石在已知材料中硬度最高(维氏硬度可达10,400kg/mm2 本站注：约合102GPa)、耐磨性最好且摩擦系数极低。CVD 金刚石膜中不含任何粘结剂，其多晶结构又使其在各个方向具有几乎相同的硬度，且没有解理面，因此其综合机械性能兼具 单晶金刚石和聚晶金刚石(PCD)的优点，而在一定程度上又克服了它们的不 足，而且价格低廉。它不仅可代替天然金刚石、高压人造单晶金刚石和聚晶金 刚石在机械领域应用而且大大拓宽了其应用范围：如制造各种适合拉制软硬丝 的高性能拉丝模具；焊接型CVD 金刚石工具(使用寿命超过PCD 工具的1-3 倍)；制作形状较为复杂的CVD 金刚石涂层硬质合金刀具(使用寿命比涂层前提高10-50 倍)；其低摩擦系数还可用于摩擦部件如轴承的耐磨涂层等。据国外专家统计，仅应用于超硬材料方面就可以开发、改造出二千多种新产品。 2.声学性能：金刚石在所有材料中的传声速度最快，为18.2km/s。利用此性能不仅能制作频率响应超过5GHz 的声表面波器件(这种最高频响声表面波器件在通信领域的应用极其广泛)而且还可制作频响达60kHz 以上的超高保真扬声器及性 能最优异的声传感器。 3.热学性能：天然金刚石热导率达20W/cm.K, 为所有物质中最高者, 比SiC 大4 倍, 比Si 大13 倍, 比GaAs 大43 倍, 是Cu 和Ag
常用的硬质合金 ①钨钻类硬质合金（YG它由碳化钨和钻构成。其硬度为 89〜91.5HRA,耐热性为800〜900 C,主要用于加工铸铁、有色金属及其合金，以及非金属材料和含钛的不锈钢等工件材料。常用的牌号有YG3、YG6 YG8等，G后面的数字为Co 的百分含量。硬质合金中含钻量越多，韧性越好，适合于粗加工，含钻量少者用于精加工。 ②钨钛钻类硬质合金（YT）它是由碳化钨、碳化钛和钻 构成，其硬度为89.5〜92.5HRA,耐热性为900〜1000 C。常用的牌号有YT5、YT14、YT15、YT30，T 后面的数字为TiC 的百分含量。当TiC的含量较多、Co的含量较少时，硬度和耐磨性提高，但抗弯强度有所下降。主要用于加工塑性材料，（如A3钢、20号钢、45号钢等）但它不适合加工含Ti 元素的不锈钢，因为两者的Ti 元素亲和作用较强，会发生严重的粘结，使刀具磨损加剧。 ③钨钽（铌）钻类硬质合金（YA）它是由碳化钨、碳化 钽（碳化铌）和钻构成，有较高的常温硬度和耐磨性，同时能细化晶粒，也可提高高温硬度、高温强度和抗氧化能力。 常用的牌号有YA6 ,适合于对冷硬铸铁、有色金属及其合金进行半精加工，也可对高锰钢、淬火钢等材料进行精加工和半精加工。 ④钨钛钽（铌）钻类硬质合金YV）它是由碳化钨、碳化钛、钴
以及加入少量碳化钽或碳化铌构成。其抗弯强度、韧性、抗氧化能力、耐热性和高温硬度都有很大的提高。是一种既能加工钢材，又能加工铸铁、有色金属及其合金，通用性能好的刀具材料，常用的牌号有YV1、YV2。 ⑤碳化钛基硬质合金（丫“ 它是由碳化钛、镍和钼构成。 它的硬度高（92.5HRA），具有较高的抗氧化能力、较高的耐磨性、耐热性（1100 C〜1300 C）和抗月牙洼磨损能力。主要用于碳钢、合金钢、工具钢、淬火钢等连续切削的精加工，常用的牌号有YN1（。 3）其它刀具材料 ①陶瓷陶瓷刀具材料是以人造的化合物为原料，在高 压下成形和在高温下烧结而成的，硬度为91〜95HRA耐热 性高达1200 C以上，化学稳定性好，与金属的亲和力小，与硬质合金相比切削速度可提高 3 〜5 倍。但其最大的弱点是抗弯强度低，冲击韧性差，因此主要用于钢、铸铁、有色金属等材料的精加工和半精加工。常用的陶瓷刀具材料有：高纯氧化铝陶瓷、复合氧化铝陶瓷和复合氮化硅陶瓷等。 ②金刚石金刚石分天然和人造两种，都是碳的同素异形体。天然金刚石由于价格昂贵用得很少。人造金刚石是在高温高压条件下，由石墨转化而成。是目前已知的最硬物质，其硬度接近于100OOHV 。金刚石刀具能精密切削有色金属及其合
酷SP及酷SP+系列--DLC涂层(类金刚石)涂层 类金刚石涂层(Diamond-like Carbon)或简称DLC 涂层是含有金刚石结构（sp3键）和石墨结构（sp2 键）的亚稳非晶态物质，碳原子主要以sp3和sp2杂 化键结合。类金刚石涂层或简称DLC涂层是一种非 晶态膜，基本上可分为含氢类金刚石（a-C:H）涂层 和无氢类金刚石涂层两种。含氢DLC涂层中的氢含 量在20at.% ~ 50at.%之间，sp3成分小于70%。无 氢DLC涂层中常见的是四面体非晶碳(ta-C)膜。ta-C 涂层中以sp3键为主，sp3含量一般高于70%。不同种类的类金刚石涂层的共同点是碳原子在空间结构上长程无序自然界中碳有两种存在形式：金刚石和石墨。在金刚石结构中，每个碳原子都以sp3杂化轨道与另外四个碳原子形成共价键，形成一个正四面体，所有价电子参与形成共价键，无自由电子。石墨结构中的每个碳原子外层电子以sp2杂化轨道和相邻的三个碳原子形成共价键并排列成六角平面的网状结构，这些网状结构又构成互相平行的片层结构，每个碳原子还剩下一个电子目前世界上有各种各样的DLC涂层（类金刚石涂层）的制备方法，所得到的DLC涂层（类金刚石涂层）的成份，性能及适用范围有着相当大的差别 胜倍尔超强镀膜---酷SP 和酷SP+系列DLC涂层（类金刚石涂层）的优点 我们运用独特的工艺方法制备出的DLC涂层（类金刚石涂层），具备质量稳定，与基体结合力好，耐磨性好，摩擦系数低，耐腐蚀性好等综合优良性能。 1. 涂层硬度：～8000HV 2. 摩擦系数：0.05~0.2 3. 涂层厚度：0.5~10μm 4. 最高耐热：~800℃ 针对不同的行业，我们运用不同的工艺及制备方法来制备出适合此行业的DLC涂层（类金刚石涂层），以满足客户的需要。根据客户不同的要求及材料，我们的DLC涂层（类金刚石涂层）工艺温度控制在80 ℃~150 ℃度之间，从而使客户的选材具有更大的灵活性 酷SP及酷SP+系列DLC涂层（类金刚石涂层）的运用： 精密模具 ?注塑成型模具 ?冲压模具 ?光学级模具 ?光盘模具 ?玻璃成型模具 ?铝镁合金加工模具 ?粉末治金模具 ?空调器翻边模具
拉丝模具的几种常见材质概述 经历了几十年的发展，已出现了很多新型拉丝模材质。按照材料种类，可将拉丝模分为合金钢模、硬质合金模、天然金刚石模、聚晶金刚石模、CVD金刚石模和陶瓷模等多种。近年来新型材料的开发极大的丰富了拉丝模具的应用范围并提高了拉丝模的使用寿命。 (1）合金钢模是早期的拉丝模制造材料。用来制造合金钢模的材料主要是碳素工具钢和合金工具钢。但是由于合金钢模的硬度和耐磨性差、寿命短，不能适应现代生产的需要，所以合金钢模很快被淘汰，在目前的生产加工中已几乎看不到合金钢模。 （2）硬质合金模由硬质合金制成。硬质合金属于钨钴类合金，其主要成分是碳化钨和钴。碳化钨是合金的“骨架”，主要起坚硬耐磨作用；钴是粘结金属，是合金韧性的来源。因此，硬质合金模与合金钢模相比具有以下特性：耐磨性高、抛光性好、粘附性小、摩擦系数小、能量消耗低、抗蚀性能高，这些特性使得硬质合金拉丝模具有广泛的加工适应性，成为当今应用最多的拉丝模模具。 （3）天然金刚石是碳的同素异性体，用它制作的模具具有硬度高、耐磨性好等特点。但天然金刚石的脆性较大，较难加工，一般用于制造直径1.2mm以下的拉丝模。此外，天然金刚石价格昂贵，货源紧缺，因此天然金刚石模并不是人们最终所寻求的即经济又实用的拉丝工具。 （4）聚晶金刚石是用经过认真挑选的质量优良的人造金刚石单晶体加上少量硅、钛等结合剂，在高温高压的条件下聚合而成。聚晶金刚石的硬度很高，并有很好的耐磨性，与其它材料相比它具有自己独特的优点：由于天然金刚石的各向异性，在拉丝过程中，当整个孔的周围都处在工作状态下时，天然金刚石在孔的某一位置将发生择优磨损；而聚晶金刚石属于多晶体、具有各向同性的特点，从而避免了模孔磨损不均匀和模孔不圆的现象发生。与硬质合金相比，聚晶金刚石的抗拉强度仅为常用硬质合金的70%，但比硬质合金硬250%，这样，使得聚晶金刚石模比硬质合金模有更多的优点。用聚晶金刚石制成的拉丝模耐磨性能好，内孔磨损均匀，抗冲击能力强，拉丝效率高，而且价格比天然金刚石便宜许多。因此目前聚晶金刚石拉丝模在拉丝行业中应用广泛。 （5）CVD（化学气相沉积法）它既具有单晶金刚石的光洁度、耐温性，又具有聚晶金刚石的耐磨性和价格低廉等优点，在代替稀有的天然金刚石制备拉丝模工具方面取得很好的效果，它的广泛使用将为拉丝模行业带来新的活力。 （6）高性能的陶瓷材料具有硬度高、耐磨性好、化学稳定性强、高温力学性能优良和不易与金属发生粘结等特点，可广泛应用于难加工材料的加工。近三十年来，由于在陶瓷材料制造工艺中实现了对原料纯度和晶粒尺寸的有效控制，开发了各种碳化物、氮化物、硼化物、氧化物、晶须或少量金属的添加技术。以及采用多种增韧补强机制等，使陶瓷材料的强度、韧性、抗冲击性能都有了较大提高。 （7）涂层拉丝模是新近发展起来的一项新技术，其主要方法就是在硬质合金拉丝模上涂层金属薄膜。金属薄膜是纯钛涂层，它既具有很好的光洁度、耐温性，又具有钛的耐磨性和价格低廉等优点，在代替硬质合金拉丝模工具方面取得很好的效果。 （转自一览电缆英才网招聘信息全面真实）
聚晶金刚石（PCD）和聚晶金刚石复合片 （PDC） 与大单晶金刚石相比，作为刀具材料的聚晶金刚石（PCD）以及聚 晶金刚石复合刀片（PDC）具有以下优点：①晶粒呈无序排列，各向同性，无解理面，因此它不像大单晶金刚石那样在不同晶面上的强度、硬 度以及耐磨性有较大区分，以及因解理面的存在而呈现脆性。②具有较 高的强度，特别是PDC材料由于有硬质合金基体的支撑而有较高的抗冲 击强度，在冲击较大时只会产生小晶粒碎裂，而不会像单晶金刚石那样 大块崩缺，因而PCD或PDC刀具不仅可以用来进行精紧密削加工和一般 半精密加工，还可用作较大切削量的粗加工和断续加工（如铣削等）， 这大大扩充了金刚石刀具材料的使用范围。③可以制备大块PDC金刚石 复合片刀具坯料，充足大型加工刀具如铣刀的需要。④可以制成特定形 状以适合于不同加工的需要。由于PDC刀具大型化和加工技术如电火花 和激光切割技术的提高，三角形、人字形以及其他异形刀坯均可加工成形。为适应特别切削刀具的需要还可设计成包裹式、夹心式与花卷式PDC刀具坯料。⑤可以设计或推测产品的性能，给与产品必要的特点以 适应它的特定用途。比如选择细粒度的PDC刀具材料可使刀具的刃口的 质量提高，粗粒度的PDC刀具材料能够提高刀具的耐用度，等等。 总之，随着PCD、PDC金刚石复合片刀具材料的讨论进展，其应用 已经快速扩展到很多制造工业领域，广泛应用于有色金属（铝、铝合金、铜、铜合金、镁合金、锌合金等）、硬质合金、陶瓷、非金属材料（塑料、硬质橡胶、碳棒、木材、水泥制品等）、复合材料（纤维加强塑料、金属基复合材料MMCs等）的切削加工，尤其在木材和汽车加工业，已 经成为传统硬质合金的高性能替代产品。 切削刀具用PDC、PCD材料要求：①金刚石颗粒间能广泛地形成D—D自身结合，残余粘结金属和石墨尽量少，其中粘结金属不能以聚结态或呈叶脉状分布，以保证刀具具有较高的耐磨性和较长的使用寿命。 ②溶媒金属残留量少。最好是在烧结过程中能起溶媒作用，而在烧结过 程完成后将以不起溶媒作用的合金形式充填于烧结金刚石晶粒间隙中，
3 聚晶金刚石的热稳定性研究 聚晶金刚石的热稳定性确定了其应用范围[12] ，对其研究越来越受到人们的关注。由于 聚晶金刚石受热后，其使用性能会受到很大影响，所以很自然地从受热前后聚晶金刚石性能的改变来研究其热稳定性。并有定义[13] 为：聚晶金刚石复合片的耐热性是指它在空气中或保护气氛中加热而耐磨性基本保持不变所能承受的温度与相应的时间。单以耐磨性来评定聚晶金刚石的热稳定性， 未免有失偏颇。目前，测量加热后聚晶金刚石性能改变量成为研究其热稳定性的主要手段。在世界范围内，测定耐热性的方法主要有三种[1] ：(1)英国De Beers 公司是将其置于空气中用马弗炉加热，同时将其置于还原气氛(95%H2+5%N2)中用还原炉加热，至某一温度，并保持一段时间，然后测定其失重、耐磨性、石墨化程度和抗冲击性能;(2) 英国De Beers 公司还有用热量—差热分析仪，并配以高温显微镜，来测定其初始氧化温度，以此来确定氧化度、耐热性;(3)美国GE 公司是将加热过的烧结体，用扫描电镜作断口分析及车削试验，切削速度为107〜168m/min，进给量为0.13mmPR。国内的研究手段大多类似于方法二，采用差热—热重法。并用差热、热重曲线来分析温度点，以此来确定聚晶金刚石的氧化温度、石墨化温度等。研究表明，聚晶金刚石的热稳定性与许多因素有关。 3.1 聚晶金刚石热稳定性与环境的关系 与单晶金刚石的热稳定性类似，在不同环境中，聚晶金刚石的热稳定性差别很大。分别在氢气、氮气、空气中，将去掉硬质合金基体的聚晶金刚石复合片从600 C加热到800 C [14]。在对PCD表面显微分析中得出：氢气中，PCD表面从700 C〜750 C开始有明显的恶化；氮 气中，几乎在600 C粘结相就开始从晶界渗出，随着温度的升高越来越明显，至约750C时发现PCD表面有碎裂的迹象，达到800C时则损伤相当严重；空气中，在约600C时，PCD 面出现损伤，并伴随着Co 粘结相被挤出PCD 表面，其形状为球形，主要是因为粘结相的氧化物与金刚石的氧化物互不润湿。而且发现在细微晶粒间有微小裂纹的存在。可见，不同的环境对热腐蚀的进程，分别有促进和抑制的作用。 3.2 聚晶金刚石热稳定性与粘结剂的关系 粘结剂的种类、多少和有无对聚晶金刚石的热稳定性影响非常大。许多新型的聚晶金刚 石刀具产品的热稳定性能好的原因主要就是因为对粘结剂的调整。在PCD 的制作工艺过程中，基体的WC-Co 起到润湿金刚石颗粒作用的同时，也会出现在最终形成的产品中。这些残余的金属相对其性能产生很大的影响。例如，Syndite(De Beers 公司的注册商标)是以Co 作为粘结剂的。一般认为其受热不宜超过700 C。钴在高温低压下与碳具有较强的亲和力， 促使金刚石转化为石墨，从而降低它的强度；再者，金刚石和钴之间的热膨胀系数不同，在高温下将导致应力增加，而在PCD 内部形成微裂纹。不同的粘结剂具有不同的效果[2]。Be Deers公司的产品Syndax3是以陶瓷材料3 -SiC作为粘结剂的，此粘结剂化学性稳定，且其热膨胀系数与金刚石接近。 因些，在惰性气氛中，其热稳定性可以允许加热到1200C。而以Ni基合金作为粘结 剂的SDB 1000 产品比以Co 作作为粘结剂的SDA 产品具有高的热稳定性，是因为Ni 基合金导致晶粒显示出特别的立方八面体结构，致使在车削中晶粒破裂失效的方式不同，从而改变了其磨损性能，提高了热稳定性。用Si-Ti-B 系粘结剂的聚晶金刚石，热稳定性可达1100〜1300 C。粘结剂添加量的多少亦会产生较大的影响。实践证明，以添加10%〜15%粘结剂的
聚晶金刚石复合片（PDC）的设计方法与应变能的利用 摘要：聚晶金刚石复合片（PDC）钻头由于其高渗透率，使用寿命长和生产工艺简单等优点，已经在石油和天然气钻探领域得到了广泛的商业性认可。不过，PDC钻头应用在钻孔高抗压强度和高耐磨性岩石方面所取得的成功却很有限，原因之一就在于刀具容易发生折断。本篇论文就是试验用结构所能承受的应变能的能力来作为在动态和静态负荷条件下刀具抗折断能力的一个指标。当刀具向下钻孔时，刀具会受应力产生形变因此，钻孔时的冲击力就被刀片和PDC钻头吸收转化为应变能。刀具本身能承载的应变能越高，就能吸收越多的冲击能，使应力形变不超过金刚石的拉伸极限。PDC刀具中的各种金刚石/碳化物界面的几何形状和金刚石厚度可以用有限元分析法（FEA）来模拟。这种FEA模型包括了剩余应力负载和模拟冲击负载。应变能承载能力可以通过调整冲击负载使金刚石表面产生临界拉伸压力之后计算出来。之后对每个计算得出的设计结果进行实验室落塔冲击实验。然后将这些设计结果依计算出的承受应变能能力和落塔实验的结果排序。使用这种方法和工具，可以在工具设计时直观的在显示屏上快速的进行性能预测，而不必冒风险去实际钻一个向下钻眼，而且这种方法也可以将剩余应力和钎焊应力合并进去，因此是非常有意义的。 简介：PDC刀具面世20多年来，已经对石油和天然气钻探产业产生了巨大的影响。如今在所有钻进进尺中，使用装配了PDC刀片的钻头的比例已经很大。高渗透率、长寿命和工艺简单是PDC钻头的显著优点。但是在钻孔高抗压强度和高耐磨岩石时，PDC钻头表现一般，原因之一就是钻孔坚硬的岩石时容易折断刀具。PDC刀具的断裂韧性是钻头工作是尤其重要的一项指标。 新的PDC刀具设计时必须在工地实际应用前对其进行断裂韧性的评估。如何正确的模拟钻孔时刀具受到的冲击是已经被广泛研究的一项课题，并且已经有几种不同的方法被使用。有些是通过对带有标靶和抗冲击板的刀头进行动态冲击的严格冲击实验，还有些是在动态岩石切割实验中被更准确的检测。 本篇论文提出了一种新型的方法去评估刀具的韧性。首先将含有各种几何形状的金刚石/碳化物界面和金刚石厚度的PDC钻头用有限元分析法（FEA）进行模拟。这种FEA模型同时包括残余应力负载和模拟冲击负载。应变能承载能力可以通过调整冲击负载使金刚石表面产生临界拉伸压力之后计算出来。使这种应变能作为在动态和静态负荷条件下刀具抗折断能力的一个指标。应变能承载能力越高的PDC刀具的抗折断能力也越高。 为验证模型得到的结果，对每个计算出的设计结果进行是实验室落塔实验。从而建立计算所得的应变能承载能力与实际落塔实验的结果之间的对应关系。进而研究出其静态强度与落塔实验结果直接的对应关系。最终我们得到了一种实验室向下冲击试验的方法。 数值建模程序： 从能量角度分析可以有效地评估动力在力学负载诸多问题。在实验室冲击试验中，能量是从试验设备转移到PDC刀具。在向下钻孔的情况下，能量从PDC刀具传递到形成的坑中。动态负载下的刀具变形将取决于一般的力学参数以及应变波的波速。对应变波的影响一直被忽视此分析，由于声音在PDC的高速传播10公里/秒）[6]。这个假设可能是无效的PDC的假设，供所有加载情况。有了这个假设，动态负荷可近似为一产生相同的最大偏转的等效静负荷。在刀具形变的过程中等效静载荷所作的功相当于将应变能储存在了刀具中。 高应变能量容量的设计可以吸收更多的冲击力在失败前。举个例子，假设有两个悬臂梁结构，
dlc涂层中的氢含量检测方法 摘要： 一、引言 二、DLC涂层简介 1.定义 2.特点 3.应用领域 三、氢含量检测方法在DLC涂层中的重要性 1.氢含量与涂层性能的关系 2.氢含量对涂层可靠性的影响 四、DLC涂层中氢含量检测方法 1.样品制备 2.检测方法 1) 质谱法 2) 红外光谱法 3) X射线衍射法 4) 核磁共振法 五、各类检测方法的优缺点对比 1.准确性 2.灵敏度 3.操作简便性
4.成本 六、未来发展趋势与展望 1.检测技术的发展 2.新型DLC涂层材料的研发 七、总结 正文： dlc涂层中的氢含量检测方法 随着科技的不断发展，DLC（类金刚石碳）涂层因其卓越的性能在各个领域得到了广泛的应用。氢含量作为影响DLC涂层性能的一个重要因素，对其进行精确检测具有重要意义。本文将介绍DLC涂层中氢含量的检测方法，并对各类方法的优缺点进行对比，最后探讨未来发展趋势与展望。 一、引言 DLC涂层因其高硬度、低摩擦系数、高导电性等优异性能，在很多领域显示出巨大的应用潜力。然而，DLC涂层在制备过程中，氢元素的引入对其性能产生了显著影响。因此，对DLC涂层中的氢含量进行检测，对于优化涂层性能具有重要意义。 二、DLC涂层简介 1.定义：DLC涂层是一种由碳和氢元素组成的类金刚石结构薄膜。 2.特点：高硬度、低摩擦系数、高导电性、良好的化学稳定性。 3.应用领域：航空、航天、汽车、电子、生物医疗等。 三、氢含量检测方法在DLC涂层中的重要性 1.氢含量与涂层性能的关系：氢含量过高或过低都会对DLC涂层的性能产
生不利影响，如降低硬度、增加摩擦系数等。 2.氢含量对涂层可靠性的影响：氢含量的不稳定会导致涂层在实际应用中出现性能下降、寿命缩短等问题。 四、DLC涂层中氢含量检测方法 1.样品制备：从DLC涂层中提取氢含量所需的样品，并进行适当的处理。 2.检测方法： 1) 质谱法：通过对样品进行质谱分析，测定氢含量。 2) 红外光谱法：通过红外光谱仪检测样品中的氢含量。 3) X射线衍射法：通过对样品进行X射线衍射分析，获取氢含量信息。 4) 核磁共振法：通过核磁共振技术测定样品中的氢含量。 五、各类检测方法的优缺点对比 1.准确性：各类方法均具有较高的准确性，能够满足对DLC涂层中氢含量的检测需求。 2.灵敏度：质谱法、红外光谱法和核磁共振法具有较高的灵敏度，能够检测到微量的氢含量。 3.操作简便性：质谱法和红外光谱法操作相对简便，而X射线衍射法和核磁共振法设备较为复杂。 4.成本：核磁共振法成本较高，其他方法成本相对较低。 六、未来发展趋势与展望 1.检测技术的发展：随着科学技术的进步，未来DLC涂层中氢含量的检测方法将更加精确、快速、灵敏。
金刚石涂层的制备及其性能研究 金刚石被认为是最坚硬的天然物质，它的硬度高达10，具有非常出色的抗磨损、耐腐蚀、导热性能等特点。近年来，研究人员通过涂层技术实现了金刚石薄膜的制备，这种金刚石涂层具有优异的磨损性能，被广泛地应用于航空航天、机械制造、电子信息和生物医学等领域。 一、金刚石涂层的制备方法 制备金刚石涂层的方法主要有化学气相沉积法、物理气相沉积法和电化学沉积 法等。其中，化学气相沉积法应用最为广泛，该方法利用一种特殊的气氛，将金属和碳源在高温、高压条件下反应，生成石墨烯等碳物质，再在模板上石墨烯表面再行活化，得到金刚石薄膜。此外，物理气相沉积法与化学气相沉积法不同之处在于利用物理击中法制造金刚石薄膜，常用的制备方法为磨损法、熔融法等，最后得到的金刚石涂层厚度较厚。 二、金刚石涂层的性能研究 1. 硬度性能 金刚石涂层具有极高的硬度（18-50 GPa），能够有效抵抗磨损和划伤。磨损 实验结果表明，金刚石涂层的耐磨性能是普通材料的几千倍，可以有效地延长机械设备的使用寿命。同时，金刚石涂层具有很好的化学稳定性和高温稳定性，能够适应复杂恶劣的使用环境。 2. 生物兼容性 金刚石涂层具有良好的生物兼容性，可以被用于生物医学领域。一个典型的例 子是生物医学微电极，由于其小巧、灵敏和可靠的特点，成为体内电生理学和神经科学研究的重要手段。金刚石涂层作为电极表面的材料，可以减少组织带来的反应，使电信号传输更加稳定和可靠。
3. 导电性能 金刚石涂层本身不导电，但在一定条件下，可以加工后部分或全部导电，这种 导电特性称为金刚石薄膜的“金属化”。由于金刚石涂层是通过化学气相沉积或物理气相沉积法等高温过程制备而成的，在制备过程中可以控制其导电性能，从而应用于电子行业。此外，金刚石涂层还具有良好的热导和导热性能，使其被广泛应用于制造热管理产品。 三、金刚石涂层的应用领域 金刚石涂层具有高硬度、耐磨损、高温稳定性、优异的生物兼容性和导热性能 等特点，被广泛地应用于航空航天、机械制造、电子信息和生物医学等领域。其中，航空航天领域的应用广泛，例如：飞机涂层表面的磨损防护，航空发动机叶片和翼型表面的防冰、抗腐蚀、减阻等。 和金刚石涂层相关的研究领域非常广泛，这篇文章只是简单地介绍了制备方法、性能研究与应用领域。随着科研技术不断发展，金刚石涂层的性能和应用领域还将不断拓展和完善。
金刚石复合片脱钴技术研究 仝斐斐;王海阔;刘俊龙;邵华丽;徐三魁 【摘要】对金刚石复合片进行脱钴处理可大幅提高其耐磨性与热稳定性.文章在分析国内外金刚石复合片脱钴技术的基础上,设计了以路易斯酸-氯化铁(FeCl3)-盐酸作为脱钴试剂对金刚石复合片进行脱钴的方案.对比研究了路易斯酸-氯化铁-盐酸与王水对金刚石复合片脱钴的效果及路易斯酸-氯化铁加入量、脱钴时间、脱钴温度等因素对金刚石复合片脱钴效果的影响.X射线衍射、扫描电镜分析结果表明路易斯酸-氯化铁的脱钴效果优于王水,脱钴深度随着脱钴时间、脱钴温度的增加不断增加;差热实验表明,当金刚石复合片中的金属Co完全被脱去时,其热稳定性得到明显提高. 【期刊名称】《超硬材料工程》 【年(卷),期】2017(029)004 【总页数】7页(P1-7) 【关键词】金刚石复合片;热稳定性;耐磨性;脱钴 【作者】仝斐斐;王海阔;刘俊龙;邵华丽;徐三魁 【作者单位】河南工业大学材料科学与工程学院,郑州 450001;河南工业大学材料压处理研究所,郑州 450001;河南工业大学材料科学与工程学院,郑州 450001;河南工业大学材料压处理研究所,郑州 450001;河南工业大学材料科学与工程学院,郑州450001;河南工业大学材料压处理研究所,郑州 450001;河南工业大学材料科学与工程学院,郑州 450001;河南工业大学材料科学与工程学院,郑州 450001
【正文语种】中文 【中图分类】TQ164 金刚石复合片(Polycrystalline Diamond Compact,简称PDC)由金刚石层与硬质合金层组成,金刚石层内金刚石晶粒晶向随机分布,克服了金刚石单晶各向异性的缺点,被广泛用于超硬刀具、地质勘探、石油和天然气开采等领域[1-4]。在高温高压条件下,将金刚石层烧结在硬质合金衬底上可合成PDC,PDC既具有聚晶金刚石(Polycrystalline Diamond,简称PCD)的高硬度和高耐磨性,又具有硬质合金的可焊接性。 PDC常用的烧结助剂为钴,也可以使用金属铁、镍及其合金等。在高温高压烧结过程中,金属烧结助剂促使大量金刚石-金刚石晶粒直接成键(D-D键),使PDC具有较高的强度和耐磨性[5]。PDC多在高温、高应力条件下工作,由于金属烧结助剂与金刚石的热膨胀系数差别很大,在工作过程中容易造成金刚石层内金刚石晶粒脱落,因此会降低PDC的使用性能。另外,当温度高于700℃时,烧结助剂金属钴、铁等会催化金刚石向石墨发生逆转变,使PDC的硬度和耐磨性急剧下降[6-12]。因此,除去PDC金刚石层中的金属烧结助剂,可大幅提高PDC的使用性能。 国内外对PDC脱钴技术进行了报道[5,13-17],多采用腐蚀性强酸或几种强酸的混合溶液作为脱钴试剂,利用强酸试剂的强腐蚀性来达到脱钴的效果。虽然强酸试剂的强腐蚀性能够实现一定程度的脱钴效果,提高了PDC的使用性能,但强酸试剂的使用具有较高的危险性、且对环境造成污染;与此同时,强酸会对PDC基体结合层和内部结构造成损害,从而降低PDC的使用性能。 本实验基于国内外脱钴处理的相关研究[5,13-17],设计了以路易斯酸-氯化铁(FeCl3)-盐酸作为脱钴试剂对金刚石复合片进行脱钴的方案,对比研究了路易斯酸-氯化铁-盐酸与王水对金刚石复合片脱钴的效果及路易斯酸-氯化铁加入量、脱钴时
切割刀片的材质分类和说明介绍 国外高速切削刀具材料的进展和应用 高速切削时, 对不同的工件材料选用与其合理匹配的刀具材料和允许的切削条件, 才能取得最佳的切削效果。据此, 针对目前生产中普遍应用的铝合金、铸铁、钢及合金和耐热合金等的高速切削, 已发展的刀具材料主要有: 金刚石、立方氮化硼、陶瓷刀具、涂层刀具和TiC (N) 基硬质合金刀具(金属陶瓷) 等。 金刚石刀具 金刚石刀具分为天然金刚石和人造金刚石刀具。天然金刚石具有自然界物质中最高的硬度和导热系数。但由于价钱昂贵, 加工、焊接都超级困难, 除少数特殊用途外( 如腕表精密零件、光饰件和首饰雕刻等加工) , 很少作为切削工具应用在工业中。随着高技术和超精密加工日趋发展, 例如微型机械的微型零件, 原子核反映堆及其它高技术领域的各类反射镜、导弹或火箭中的导航陀螺, 计算机硬盘芯片、加速器电子枪等超精密零件的加工, 单晶天然金刚石能知足上述要求。最近几年来开发了多种化学机理研磨金刚石刀具的方式和保护气氛钎焊金刚石技术, 使天然金刚石刀具的制造进程变得比较简易, 因此, 在超精密镜面切削的高技术应用领域, 天然金刚石起到了重要作用。 20 世纪50 年代利用高温高压技术人工合成金刚石粉以后, 70 年代制造出金刚石基的切削刀具即聚晶金刚石(PCD) , PCD 晶粒呈无序排列状态, 不具方向性, 因此硬度均匀。它有很高的硬度(8000~ 12000HV) 和导热性, 低的热胀系数, 高的弹性模量和较低的摩擦系数, 刀刃超级锋利。它可加工各类有色金属和极耐磨的高性能非金属材料, 如铝、铜、镁及其合金、硬质合金、纤维增塑材料、金属基复合材料、木材复合材料等。PCD 刀具所含金刚石晶粒平均尺寸不同, 对性能产生的影响也不同, 晶粒尺寸越大, 其耐磨性越高。在相近的刃口加工量下, 晶粒尺寸越小, 则刃口质量越好。例如, 选用晶粒尺寸10~ 25Lm 的PCD刀具, 可以500~ 1500m/ min的高速粒尺寸8~ 9Lm 的PCD 加工Si 含量小于12% 的铝合金; 晶粒尺寸4~ 5Lm 的PCD 加工塑料、木材等。 而超精密加工, 则应选用晶粒尺寸小的PCD 刀具。通常PCD 刀具是烧结成金刚石_硬质合金复合刀片焊接在刀体上利用。利用超高压装置, 在5~ 6 万个大气压, 1400~ 1600e 的高温下, 可人工合成形状整齐、杂质超级少的单晶金刚石, 质量均匀稳定, 结晶面超级清楚, 识别容易。它具有所有物质中最高的导热率及与天然金刚石同样以上的强度。目前最大尺寸可达8mm。这种单晶金刚石的尺寸、形状和性能的良好一致性, 在天然金刚石产品中是不可能实现的。它具有比PCD 更好的耐磨性。PCD 的耐磨性超过700e 时会减弱, 因其结构中含有金属Co, 它会增进/ 逆向反映0 即由金刚石向石墨转变。但有较好的断裂韧性, 可以进行断续切削。例如, 可以2500m/min 的高速端铣Si 含量10%的铝合金。 当前, 人工合成单晶金刚石刀具材料的应用取得了迅速的发展, 其新应用领域是木材加工业。对表面有氧化铝涂层的高耐磨层状木地板需求量愈来愈大。加工时, 木板耐磨层会引发刃口钝化, 致使氧化铝耐磨层碎裂, 必需常常磨刀或改换刀片, 而人工单晶金刚石性能显著优于PCD 刀具。 目前正在研究和开发化学气相沉积CVD 金刚石, 沉积出的是交互生长极好的PCD, 呈柱状结构且超级致密。随着生长条件的不同, CVD 金刚石也呈现不同的晶粒尺寸和结构, 它不需金属催化剂, 因此它的热稳定性接近天然金刚石。按照不同的应用要求, 可选择不同的CVD 沉积工艺以合成出晶粒尺寸和表面形貌不同很大的PCD。作为刀具的CVD 金刚石因其应用不同, 要求有多种不同的晶粒尺寸。CVD 金刚石制成两种形式: 一种是在基体上沉积厚度小于30Lm 的薄层膜( CVD 薄膜); 另一种是沉积厚度达1mm 的无衬底的金刚石厚层膜( CVD 厚膜) 。目前CVD 薄膜金刚石应用不多。
镗削加工基础知识 关于镗削加工已有许多技术文章，其中 一些文章写得很不错，但也有一些文章存在明显的谬误。为了有效完成这种重要的内孔精加工，必须消除有关镗削的一些错误观念。 镗削是一种用刀具扩大孔或其它圆形轮廓的内径车削工艺，其应用范围一般从半粗加工到精加工，所用刀具通常为单刃镗刀（称为镗杆）。 镗刀有三个基本元件：可转位刀片、刀杆和镗座。镗座用于夹持刀杆，夹持长度通常约为刀杆直径的4倍。装有刀片的刀杆从镗座中伸出的长度称为悬伸量（镗刀的无支承部分）。悬伸量决定了镗孔的最大深度，是镗刀最重要的尺寸。悬伸量过大会造成刀杆严重挠曲，引起振颤，从而破坏工件的表面质量，还可能使刀片过早失效。这些都会降低加工效率。 对于大多数加工应用，用户都应该选用静刚度和动刚度尽可能高的镗刀。静刚度反映镗刀承受因切削力而产生挠曲的能力，动刚度则反映镗刀抑制振动的能力。 本文的第一部分主要分析镗刀的静刚度。文中资料来源于作者对镗刀挠曲的研究。镗刀的挠曲取决于刀杆材料的机械性能、刀杆直径和切削条件。 切削力 作用于镗刀上的切削力可用一个旋转测力计进行测量。被测力包括切向力、进给力和径向力。与其它两个力相比，切向力的量值最大。 切向力垂直作用于刀片的前刀面，并将镗刀向下推。需要注意，切向力作用于刀片的刀尖附近，而并非作用于刀杆的中心轴线，这一点至关重要。切向力偏离中心线产生了一个力臂（从刀杆中心线到受力点的距离），从而形成一个力矩，它会引起镗刀相对其中心线发生扭转变形。 进给力是量值第二大的力，其作用方向平行于刀杆的中心线，因此不会引起镗刀的挠曲。
径向力的作用方向垂直于刀杆的中心线，它将镗刀推离被加工表面。 因此，只有切向力和径向力会使镗刀产生挠曲。已沿用了几十年的一种经验算法为：进给力和径向力的大小分别约为切向力的25％和50％。但如今，人们认为这种比例关系并非“最优算法”，因为各切削力之间的关系取决于特定的工件材料及其硬度、切削条件和刀尖圆弧半径。推荐采用以下公式来计算切向力Ft： Ft＝396000×切削深度×进给率×功率常数 加工不同工件材料时镗刀所受径向力的计算公式见表1。 表1 镗刀径向力的计算 工件材料－布氏硬度－径向力计算公式 碳钢，合金钢，不锈钢，工具钢－80～250－Fr＝0.308×Ft 碳钢，合金钢，不锈钢，工具钢－250～400－Fr＝0.672×Ft 球墨铸铁，灰铸铁－150～300－Fr＝0.331×Ft 镗刀的挠曲 镗刀类似于一端固定（镗座夹持部分）、另一端无支承（刀杆悬伸）的悬臂梁，因此可用悬臂梁挠曲计算公式来计算镗刀的挠曲量： y=(F×L3)/(3E×I) 式中：F为合力，L为悬伸量（单位：英寸），E为弹性模量（即刀杆材料的杨氏模量）（单位：psi，磅/平方英寸），I为刀杆的截面惯性矩（单位：英寸4）。 镗刀杆截面惯性矩的计算公式为： I=(π×D4)/64 式中：D为镗刀杆的外径（单位：英寸）。 镗刀挠曲计算实例：
磨料磨具专业词汇名词解释 1.磨料：具有颗粒形状的和切削能力的天然或人造材料。 磨具：凡是用结合剂将磨料粘结成不同的形状，用于磨削、研磨和抛光作用的工具同称为磨具。 2. 棕刚玉（A）：由矾土冶炼而成，主要成份是α-Al 2 O 3 。外观为棕褐色，韧性好，能承受很大压力，还具有耐高温、抗氧化性、抗腐蚀及化学稳定性等特点。被广泛应用与普通磨具制造。 3 .白刚玉（WA）：由铝氧粉冶炼而成，成份与A相同。外观为白色晶体，性脆，硬度略高 于棕刚玉，具有良好的切削能力。 4 .黑刚玉（BA）：由矾土冶炼而成，主要成份除了Al 2 O 3 外还有一定量的FeO 3 。外 观为黑褐色，纯度低，韧性特别好，但硬度较差。 5 .锆刚玉（ZA）：分两种，一种是熔融锆刚玉，是现有磨料中最韧的磨料，在重负荷粗磨涂附磨具中，其他磨料都不能与性能耐磨的锆刚玉相比。主要成份40%ZrO 2 ,Al 2 O 3 60%,锆刚玉的小结晶强度高于大结晶。另一种是烧结锆刚玉，主要成份除ZrO 2 和Al 2 O 3 外，还有MgO，其韧性是刚玉的2.3倍，磨削能力比普通刚玉高1—3倍。 6 . 单晶刚玉：具有良好的多棱切削刃，硬度高、韧性值高，磨削力强，磨削热小，磨粒切削寿命长，可加工较硬且较韧的钢材，如不锈钢、高钒高速钢等，还特别适用于变形、易 烧伤工件的磨削加工和大进给磨削加工。 7 . 微晶刚玉：晶体尺寸小，强度高，自锐性好，可作深度磨削。在磨削过程中，微晶刚玉磨料呈现微破碎状态，又有良好的自锐性，所以适宜用于磨削深度大的重负荷缓进给磨削。 8. 铬刚玉：玫瑰色，因此有人称之为玫瑰色刚玉。它的脆性适中，切削性能良好，适合 于各种高光洁度的表面加工或成型磨削。 9 . 碳化硅：是用高纯度的石英砂及优质精洗无烟煤经过电阻炉还原反应而生成的碳硅结晶体化合物。其特点化学性能稳定.硬度高.耐高温，是磨料及耐火材料等行业优质原料。 1 0 .黑碳化硅（C）：黑碳化硅是以石英砂（SiO 2 ）和石油焦为主要原料，加锯末作为辅料，在电阻炉内冶炼而成的。主要成份为α - SiC，磨料为黑色、不透明六角形结晶，有玻璃光泽，其硬度比刚玉类高，但韧性小，性脆而锋利。 1 1 .绿碳化硅（GC）：冶炼原理与黑碳相同，只是原料还需加入食盐，使成品纯化，因此 SiC含量更高，性能更脆，磨料为绿色半透明结晶。 1 2 .石榴石：石榴石是一种天然矿物，颗粒为光滑的楔状物，性脆。
镀钛金刚石制备金刚石聚晶的研究 王连儒;王琰弟;马红安;贾洪声;陈会;贾晓鹏 【摘要】在国产六面顶高压设备上,以镀钛金刚石为原料,镍基合金为烧结助剂,采用熔渗法成功制备了金刚石聚晶(PCD),通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)等测试方法,研究了不同烧结压力和温度对镀钛金刚石聚晶组织形貌的影响,与普通金刚石聚晶进行了物相成分及残余应力的对比分析.实验结果表明:烧结条件为5.4～5.6GPa,1350℃～1450℃下的镀钛PCD具有较高的致密性和机械性能;镀钛PCD的衍射峰中有NiMnCo、碳化钛和TiMnC化合物.镀钛PCD 相比普通的PCD表面残余应力略大. 【期刊名称】《超硬材料工程》 【年(卷),期】2010(022)004 【总页数】4页(P6-9) 【关键词】熔渗法;镀钛金刚石;金刚石聚晶 【作者】王连儒;王琰弟;马红安;贾洪声;陈会;贾晓鹏 【作者单位】吉林大学超硬材料国家重点实验室,吉林,长春,130012;吉林大学超硬材料国家重点实验室,吉林,长春,130012;吉林大学超硬材料国家重点实验室,吉林,长春,130012;吉林大学超硬材料国家重点实验室,吉林,长春,130012;吉林大学超硬材料国家重点实验室,吉林,长春,130012;吉林大学超硬材料国家重点实验室,吉林,长春,130012;河南理工大学材料科学与工程学院,河南,焦作,454000 【正文语种】中文
【中图分类】TQ164 本文中,我们通过SEM、XRD、Ram an对制备的镀钛PCD样品进行了表征和分析。 实验采用镍基合金作为烧结助剂,镀钛金刚石微粉为原料,把净化后的镀钛金刚石微粉与镍基触媒封装在钼套内进行烧结实验[8]。合成的压力和温度条件分别为4.9～5.8GPa,1200℃～1500℃。烧结时间为10～30min。组装如图1所示。烧结后的样品表面及断面净化处理后,对其进行了SEM,XRD和Ram an分析。 为了更好地说明各个条件对烧结镀钛金刚石聚晶组织形貌的影响,我们对处理后的镀钛金刚石微粉进行了SEM扫描,照片如图2所示.从图中我们可以发现,经过净化处理后的微粉颗粒表层有很薄的金属钛层,其形状不规则,棱角分明。 图3分别给出了在相同的温度条件下,5.0～5.6GPa时镀钛PCD的SEM照片,图中可以看出,高温高压下金刚石微粉发生了塑性形变,随着压力的提高,颗粒间的空隙减少。 不同压力下合成PCD特性的对比研究表明,压力越高,聚晶的致密度越大,耐磨性能也相应的提高。金刚石颗粒在高压作用下,颗粒发生滑移重排,由原来的点接触变成了面接触,大的金刚石颗粒发生破碎,小颗粒嵌合在大颗粒之间的空隙中,是致密性提高的一个原因,同时,一些溶解在金属溶剂中的碳在过剩压的驱动力下自发成核呈微晶填充在大颗粒间的空隙处并与之粘结生长在一起,形成D-D键,使得其各个颗粒间结合更牢固,耐磨性提高。 图4我们可以清楚地发现,温度过低,微粉表面的钛层还没熔化,即使粘结在一起,也是金属间的结合,性能远没有D-D键结合的样品好。随着温度的进一步提高,钛层熔化,出现了金刚石间的直接接触,图4中1250℃～1450℃的样品可以看出,镀钛金刚石微粉形貌已经发生很大变化,形成了颗粒间的相互连接,形成了大面积的金刚石与金刚石的直接结合的聚晶层。
爆轰烧结氧化铝黏结型纳米聚晶金刚石微粉 严仙荣; 李晓杰; 王小红; 闫鸿浩; 冯博; 曾哲琰 【期刊名称】《《金刚石与磨料磨具工程》》 【年(卷),期】2019(039)005 【总页数】7页(P26-32) 【关键词】爆轰烧结; 氧化铝黏结型; 纳米聚晶金刚石; 热稳定性 【作者】严仙荣; 李晓杰; 王小红; 闫鸿浩; 冯博; 曾哲琰 【作者单位】上饶师范学院物理与电子信息学院江西上饶 334001; 江西省塑料制备成型重点实验室江西上饶 334001; 大连理工大学工程力学系辽宁大连116024 【正文语种】中文 【中图分类】TQ164 合成聚晶金刚石的方法主要有：静态超高压法、化学气相沉积(chemical vapor deposition，CVD)法、爆轰烧结法、冲击相变法等。 静态超高压法是指在恒定的超高压高温和触媒(或者没有触媒)参与条件下合成聚晶金刚石的方法。国内外研究人员在极端的高温高压条件下(13 GPa的压力和2 000 ℃的温度)，在无添加剂的情况下将多种碳材料(石墨、C60、碳纳米管、高能球磨石墨等)直接转变成聚晶金刚石。 CVD法制备聚晶金刚石即低压加热含碳物质使其分解出碳原子，在金刚石籽晶或
其他基底材料的表面上外延生长出大尺寸金刚石。CVD金刚石的优势在于硬度高于一般聚晶金刚石，硬度值在60～100 GPa之间。并且CVD金刚石有着较为优异的热稳定性能，在大气条件下的起始氧化温度可以达到820 ℃，比普通的聚晶金刚石起始氧化温度高120 ℃以上。但是CVD金刚石的缺陷也很明显，其断裂韧性大约在5～6 MPa·m0.5，是静压聚晶金刚石的一半，远低于天然单晶金刚石。制备CVD金刚石的工艺比较复杂，制备成本高于聚晶金刚石的，且不易被制成大体积块体，这些因素都限制了CVD金刚石材料的应用范围。 冲击相变法是采用冲击高压促使金刚石粒子形成共价键结合的，冲击压力需达到10～100 GPa，生产成本与产量都受到限制；而且因其晶体生长时间过短(几十纳秒)，晶核之间生长、生成结合强度较高的化学键少，聚集体的结合主要依靠范德华力、分子间引力和表面张力。因此，在微米或亚微米粒度级别，这种纳米金刚石聚晶体的强度较低。 爆炸法合成聚晶金刚石微粉是通过不饱和键，将爆炸产生的直径为3～10 nm的纳米晶粒结合成微米和亚微米聚晶微粉，如图1所示，这种微粉各向同性、无解离面，具有很高的韧性。但传统的爆炸法是纳米聚晶金刚石在有催化剂(或无)和黏结剂条件下直接黏结而成的聚集体，合成条件比较严苛，石墨化率较高，合成率较低以及后续除杂复杂。 图1 聚晶金刚石颗粒黏结图解Fig. 1 Diagram of polycrystalline diamond particle bonding 爆轰烧结纳米聚晶金刚石(polycrystalline diamond，PCD)[1]的主要原理是化学爆炸产生爆轰波，这一过程伴随的高温高压条件可以生成烧结型聚晶金刚石。该方法是在传统爆轰合成法基础上进行改进，将纳米金刚石与氧化铝在黑索金炸药爆轰反应产生的高温高压条件下烧结成纳米聚晶金刚石颗粒。相较于化学沉积法及高温高压法，其具有高效、节能、工艺步骤少、反应速度快、产物分散效果较好、形状