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书山有路勤为径，学海无涯苦作舟
在铜和硬质合金上金刚石膜的沉积研究
金刚石薄膜有许多优异的性质，存在着广阔的工业应用前景。
但在金刚石薄膜的应用中，存在着一些相关的技术或经济困难：如金刚石薄膜与基体的附着较差，产品的成本过高等问题。
本论文就金刚石薄膜在铜上的制备及其附着力进行了详细的讨论。
另外，利用Cu 植入后改善了金刚石薄膜在WC-Co 硬质合金上的附着力，并探讨了微波法中利用乙醇和氢气作为气源时金刚石薄膜的沉积工艺。
铜上金刚石薄膜的制备有很大的困难，主要原因在于铜与金刚石之间没有化学反应，无相应的碳化物生成；同时铜和金刚石的热膨胀系数的差异过大。
本文首先研究了高纯铜片上金刚石的形核，采用亚微米金刚石涂层显著地增强了金刚石在铜上的形核密度，并且通过氢等离子体的处理将金刚石小颗粒部分地嵌入到铜基体内，使金刚石薄膜和铜基体之间形成机械锚合，有利于金刚石薄膜附着力的提高。
其次采用镍作为中间过渡层，着重讨论了施加镍过渡层后金刚石薄膜的制备工艺。
研究表明：镍过渡层在高温氢等离子体的处理下形成的铜镍合金增强了铜基体的强度，在引入碳的情况下经高温氢等离子体处理形成的铜镍碳氢共晶体系可有效地抑制镍的促石墨化作用。
碳的引入可以通过金刚石研磨或含碳的等离子体处理两种方法。
镍过渡层可显著地增强金刚石薄膜的附着力，其主要原因在于铜镍碳氢共晶体系的生成，位于共晶体表面的碳原子或碳原子团起到了金刚石晶核的作用，在此基础上生长的金刚石薄膜与基体的结合由原来的物理吸附或机械锚合变为化合键结合。
在利用镍过渡层增强薄膜的附着力的同时，提出三步法以释放金刚石薄膜的热应力，得到附着良好，较为平坦的金刚石/铜复合材料。
高导热金刚石Cu复合材料研究进展
高导热金刚石/铜（Diamond/Copper）复合材料是一种具有高导热性能的材料，由金刚石颗粒和铜基体组成。
这种复合材料结合了金刚石的优异导热性和铜的良好导电性，具有广泛的应用前景。
以下是关于高导热金刚石/铜复合材料研究的一些进展：
1. 制备技术：制备高导热金刚石/铜复合材料的主要方法包括电化学沉积法、热压法、高压高温法和黏结剂法等。
这些方法可以在金刚石颗粒和铜基体之间形成牢固的结合，并实现优异的导热性能。
2. 导热性能：高导热金刚石/铜复合材料具有出色的导热性能，可以达到甚至超过单晶金刚石。
金刚石颗粒的高导热性能和铜基体的良好导电性使这种复合材料能够有效传导热量，具有广泛的热管理应用潜力。
3. 界面热阻：金刚石颗粒和铜基体之间的界面热阻是影响高导热金刚石/铜复合材料导热性能的重要因素。
研究者通过界面改性、介入层和界面强化等方法来减小界面热阻，以提高导热性能。
4. 织构控制：研究者通过优化工艺和添加适当的添加剂，以控制金刚石颗粒在铜基体中的分布和方向，从而改善复合材料的导热性能。
例如，添加剂可以调节金刚石颗粒的尺寸、形状和分散性，以实现更均匀的导热路径。
5. 应用领域：高导热金刚石/铜复合材料在热管理领域有广泛的应用前景，例如半导体封装材料、电子器件散热器、高功率电子器件、激光器冷却器和热电模块等。
总体而言，高导热金刚石/铜复合材料的研究一直是一个活跃的领域。
通过不断优化制备工艺和界面控制技术，希望能够进一步提高复合材料的导热性能，扩大其在热管理应用中的应用范围和效果。
太原理工大学硕士研究生学位论文金刚石/铜复合材料的制备及其性能研究摘要随着电子元器件电路集成规模日益提高，电路工作产生的热量也相应升高，对与集成电路芯片膨胀系数相匹配的封装材料的热导率提出了更高的要求。
本论文以制备高热导率封装材料为目的，以金刚石颗粒、Cu粉、CuTi合金粉末和W靶材作为原材料，分别利用放电等离子体烧结工艺、无压渗透工艺以及金刚石表面镀W后放电等离子体烧结制备Cu/金刚石复合材料，利用X射线衍射分析仪(XRD)研究材料成分、采用扫描电子显微镜(SEM)观察复合材料的组织特征，并且采用激光闪射热导率测试仪测试了复合材料的热导率，着重研究了材料成分对Cu/金刚石复合材料热导率的影响。
本文首先采用无压渗透法制备Cu-Ti/金刚石复合材料。
首先将酚醛树脂和金刚石颗粒混合压制并置于真空烧结炉内800℃碳化处理得到孔隙度为50%的金刚石压坯。
然后将Cu粉和一定质量分数的Ti粉进行均匀混合后对碳化后的金刚石预制体进行包埋熔渗，冷却后得到Cu-Ti/金刚石复合材料。
实验结果表明，当Ti含量低于10wt%时，Cu合金液不能自发渗入多孔金刚石预制体中。
当Ti含量大于10wt%时，Cu-Ti/金刚石复合材料中存在界面层。
随着Ti含量的增加，Cu-Ti/金刚石复合材料致密度从83.2%逐渐增大至89.4%，金刚石颗粒与Cu基体之间的界面层厚度从0.8µm逐渐增大至4µm。
随着基体中Ti含量的增加，复合材料的热导率先增大后减小。
当Ti的质量太原理工大学硕士研究生学位论文分数为15%时，Cu/金刚石复合材料的热导率达到最大值为298W/ (m·K)。
采用扩散不匹配模型对复合材料的理论卡皮查热阻进行理论估算，将所得结果带入Hasselman-Johnson模型对不同Ti含量下制备的Cu-Ti/金刚石复合材料的理论热导率进行计算可知，当Ti含量为15wt%时，复合材料的实际热导率可以达到理论热导率的82%。
金刚石微粉表面镀覆研究进展代晓南;何伟春【摘要】Copper, titanium, nickel, tungsten, molybdenum, silver, etc., are mainly used for diamond surface coating.These coating can enhance the compressive strength of diamond grains, the coefficient of thermal conductivity of grinding tool, service life, increase the binding force between the diamond abrasive and binder.There are a lot of different diamond surface plating processes, mainly included chemical plating, plating, magnetron sputtering, vacuum deposition, etc.Small size of diamond particle is required in grinding fluid, fine grinding and wire saw, so this needs fine grain diamond surface plating, but 5 ~10 μm is the smallest size in the industry at present, and its performance is not very good, so the study of fine grain diamond micro powder coating should be stepped up.%用于金刚石表面镀层的金属主要有铜、钛、镍、钨、钼、银等，不同程度的提高了金刚石颗粒的抗压强度、磨具的导热系数、使用寿命。
金刚石复合镀层的研究近年来，金刚石复合镀层的研究受到了广泛的关注。
金刚石复合镀层是一种具有高耐磨性和高热导性的复合镀层，具有广阔的应用前景。
本文将从结构、性能、制备工艺以及未来应用等方面阐述金刚石复合镀层的研究，以期促进该领域的发展。
一、金刚石复合镀层的结构金刚石复合镀层的结构主要有三种不同的结构，即金刚石/金属结构、金刚石/陶瓷结构和金刚石/金刚石结构。
在金刚石/金属结构的镀层中，金刚石为主要结构，而金属是加固结构。
在金刚石/陶瓷结构的镀层中，金刚石是主要结构，而陶瓷材料是加强结构。
在金刚石/金刚石结构的镀层中，金刚石是主要结构，金刚石和金刚石之间也有一层薄膜加固。
二、金刚石复合镀层的性能一般来说，金刚石复合镀层具有独特的物理和化学性能，具有良好的热稳定性、化学稳定性、抗腐蚀性、耐磨性和抗冲击性。
金刚石复合镀层具有良好的耐热性，能承受较高的温度，最高可达到3000℃。
金刚石复合镀层具有良好的耐磨性，可以承受大量的机械磨损，寿命可达到数千个小时。
金刚石复合镀层具有良好的抗腐蚀性，能有效防止腐蚀，可以在恶劣的环境中使用。
三、金刚石复合镀层的制备工艺金刚石复合镀层的制备工艺主要有气相沉积法和熔覆法。
气相沉积法是气相化学反应的一种，该方法能在被镀物表面形成致密的金刚石镀层，具有较高的热稳定性和结构稳定性。
而熔覆法则是一种熔融金属的方法，可以在镀层表面形成金刚石/金属结构，这种结构具有较好的抗腐蚀性和抗冲击性。
四、金刚石复合镀层的应用由于金刚石复合镀层具有优良的性能，它在航空航天、汽车、计算机等多个领域都有广泛的应用。
在航空航天领域，金刚石复合镀层能提高发动机的稳定性、使用寿命和效率，并有效抑制发动机的热变形。
在汽车领域，金刚石复合镀层能提高汽车的燃油效率，减少汽车的磨损率，同时还能有效防止汽车受到潮湿环境的侵蚀。
而在计算机领域，金刚石复合镀层能有效提高计算机的稳定性并减少计算机的热效应。
五、未来的发展未来，金刚石复合镀层将在抗腐蚀、防火、防静电等多方面得到更广泛的应用，从而丰富该领域的发展前景。
金刚石镀铜工艺研究段隆臣 李建文 熊载波 朱学明(中国地质大学勘建学院 武汉 430074)摘 要 研究金刚石表面镀铜工艺,金刚石经净化、粗化、亲水化处理后,首先以盐基型胶体钯对其表面敏化活化,进行化学镀铜形成金属表层,然后以机械滚镀方式在其表面进行电镀加厚。
镀铜后的金刚石抗压强度提高显著,表面理化性质大为改善,削弱了金刚石固有缺点可能产生的不利影响,为生产性能良好和高寿命的树脂结合剂和金属结合剂金刚石工具创造了前提条件。
关键词 金刚石 盐基型胶体钯 化学镀 滚镀1 问题的提出金刚石依靠其无与伦比的高硬度以及优良的机械性能(特别耐磨、导热性优异等),使得金刚石的广泛应用具有无限的可能性。
但是,金刚石也存在一些缺点。
例如其单晶体具有解理性,易沿(111)面破碎;热稳定性不高,容易发生氧化和石墨化;对于一般用于粘结的金属或合金的化学亲和性差,不易被其溶液浸润,所以在采用普通电镀、焊接、烧结等工艺时,其工艺性不佳等。
这些都妨碍了金刚石优异性能的发挥,限制其应用水平和应用范围,阻碍了金刚石制品的发展。
我们采用化学镀和滚镀相结合的方法处理金刚石,使金刚石表面具有金属性,从而大大改善金刚石的理化性能,并削弱金刚石固有缺点可能产生的不利影响,为金刚石的广泛应用和良好的使用效果创造了前提条件。
本文用化学镀和机械滚镀相结合的方式形成Cu 金属膜,取得了良好的效果。
由于Cu与树脂或金属结合剂的粘结力比金刚石直接与他们之间的粘结力大得多。
同时Cu膜对金刚石颗粒的包覆强化,减少了金刚石的碎裂和脱落损失,从而大大提高了金刚石工具的寿命和性能水平。
2 工艺过程与参数2.1 金刚石镀前预处理金刚石是不导电的共价晶体,所以必须用化学镀在其表层先形成导电的金属层,再进行滚镀,为提高镀层与金刚石粒子的结合强度,金刚石首先必须进行净化、粗化、亲水化处理,流程是:在碱液中煮沸→漂清→酸溶液中煮沸→漂清。
碱液处理去除金刚石表面的有机物和油污,酸的强氧化性使金刚石表面受轻微侵蚀达到微观粗化的目的,并有使金刚石粒子亲水的作用。
化学镀前,传统的工艺一般是使金刚石粒子敏化和活化,操作繁琐,活化液容易分解,从而造成昂贵的pdcl2的浪费和利用率不高。
本文采用盐基型胶体钯活化浓缩液,稀释后使用,合敏化、活化过程一步完成,操作简单,活化液稳定,使用成本很低。
活化过程中进行强力搅拌,以便金刚石每个粒子、每个晶面都得到均匀活化处理,以保证后序化学镀。
电镀层均匀,无漏镀。
活化后,对活化质量要进行检测,经活化的金刚石表面微呈浅褐色,否则要重新活化。
活化处理后用碱溶液对金刚石进行解胶处理1分钟,把附着在钯外面的SnO2-3、Sn2+、C l-等离子去掉。
然后用蒸馏水漂清,进行化学镀。
2.2 金刚石化学镀经预处理后的金刚石粒子在配制好的化学镀液中施镀。
化学镀铜液的配制应按A、B两组分别制备,临使用前才混合在一起。
因为镀铅液有自动催化作用,本身不稳定,容易分解。
当A、B两液混合时,应将A液缓缓加入B液,并不断搅拌,进行混合。
混合过程中可能有氢氧化铜沉淀产生,但只要搅拌溶液数分钟,沉淀即可溶解,形成铜配离子。
将混合后的溶液用氢氧化钠溶液调整pH值至规定范围,然后进行施镀。
化学镀过程中强烈搅拌,使金刚石粒子悬浮起来,以便镀覆均匀。
2.3 金刚石表面滚镀铜化学镀后的金刚石经活化处理后以滚镀方式加厚。
其装置原理图如图1。
镀附过程中镀槽呈40°～45°倾角,以5～15r m in转动。
滚镀工艺规范:Cu2P2O7・3H2O 80g l,K4P2O7・3H2O 300g l(N H4)3C6H5O7 30g l, PH值810～81630～50℃ i 0.8～1.5A dm2电镀加厚的效率受镀槽形状、转速、投料量及粒度75第9卷 第1期1997年1月 西部探矿工程 (岩土钻掘矿业工程)的影响,在固定上述条件下可方便地测得增重与电流密度、投料量、时间的关系。
图2是40～45目的JR 2金刚石粒子以30g 、215A 电流和150g 、8A 电流、金刚石增重与时间的关系。
图1 金刚石镀铜的滚镀装置原理图1—阳极Cu ;2—阴极导线;3—镀液;4—滚筒;5—金刚石粒子;6—恒温水浴槽;7—电加热管;8—电接点式水银温度计图2 金刚石增重与电镀条件的关系(40～45目)1—30g 、215A ;2—150g 、8A实验表明,金刚石镀铜层控制在合理厚度,可使金刚石强度及其工具的寿命大幅度提高而不产生钝化。
3 试验结果及讨论3.1 金刚石镀Cu 前后的形貌照片(图3)从图2镀Cu 前后的形貌照片对比可看出,成功地在金刚石表层镀上一层金属膜,镀层均匀,无漏镀面。
3.2 表1 金刚石镀Cu 前后的抗压强度a :未镀金刚石b :化学镀+滚镀后的金刚石工艺条件未镀化学镀滚镀抗压强度(kg )91391014612159金刚石经化学镀后抗压强度比未镀金刚石抗压强度提高1115%,经进一步滚镀后可提高到30%。
3.3 结果讨论金刚石表面镀膜后,其抗压强度的测量值发生了较大的变化,产生这种变化的原因有以下三个:(1)金刚石被镀加厚,金刚石粒度尺寸增大,测得的公斤数增大;(2)金刚石的晶粒缺陷得到了被镀金属的弥补,从而增加了韧性;(3)金刚石与膜层之间的结合力有牵制作用。
金刚石与一定强度的膜层的强度能互相补强。
其中膜层与金刚石之间的结合力直接决定着抗压强度值的大小,如金刚石镀铜后,铜膜与金刚石结合牢固,测抗压强度时,铜膜与金刚石一起破碎,从而使测量数据出现许多高值。
有漏镀点面的颗粒,由于膜层包覆不完整,膜层缺陷也会影响抗压强度值的测量,使之出现低值。
所以抗压强度的变化值是衡量镀膜质量好坏的一85W est 2Ch ina Exp lo rati on EngineeringV o l .9№1Jan .1997个重要参数。
由于金刚石镀膜前后强度提高显著,说明采用盐基型胶体钯敏化活化、化学镀铜后再滚镀这些工艺非常成功。
4 结论4.1 使用盐基型胶体钯敏化活化效果好,且盐基型胶体钯配方中Pdcl2用量少,活化液稳定,使用寿命长达半年,故成本很低。
操作简单,无需恒温装置。
4.2 采用盐基型胶体钯敏化活化、化学镀铜后再滚镀加厚,当金刚石增重达适当数量时,金刚石的抗压强度可提高到30%。
参考文献(1)《磨料磨具技术手册》中国磨料磨具工业公司主编,兵器工业出版社(2)《表面处理工艺手册》上海科学技术出版社(3)郑日升《N型胶体钯在金刚石镀膜工艺中的应用》超硬材料R esearch and A pp licati on of SD-75L eakage-P roof Sp routing M ach ineSong Jun Zhang Dong(Institu te of E xp lora tion T echn ique ofM GM R,Cheng d u610083)Abstract T he discussi on of design p rinci p le of sp routing m ach ine and analysis of the outer and inner doo r test show that the studied m ach ine is reasonable fo r its design and obvi ous fo r its effect of rap id leakage-p roofing.It is an ideal double-liquid sp routing m ach ine.Key words:leakage-p roof sp routing m ach ine research, app licati on(上接第50页)大,上述作用在气体膨胀压作用之前即已完成。
4.2 与均匀介质爆破相比,裂隙岩体的爆炸气体膨胀压对岩石的破碎作用很小,只是当应力波将岩石破碎成块以后,起到促使岩石碎块分离的作用。
4.3 应力波在裂隙岩体的传播过程中,在裂隙之间传播的扰动将会产生新的裂隙。
在应力波作用阶段的破碎过程是:(1)原有裂隙的触发;(2)裂隙生长;(3)裂隙贯通;(4)破裂(破碎)。
4.4 由于裂隙的发展速度有限,载荷的速率对裂隙的成长有很大的作用。
缓慢的作用载荷,有利于裂隙的贯通和形成较长的裂隙。
而高应变率载荷容易产生较多的裂隙,却抑制了裂隙的贯通,只产生短裂隙。
4.5 在裂隙岩体的破碎过程中,应力波的作用是非常重要的。
但是,也不能低估爆炸气体的膨胀作用。
若没有爆炸气体的膨胀作用,岩体只可能破裂而不能破碎、分离。
参考文献(1)T.N.H agan,Rock B reakage by Exp lo sives,N ati onal Sympo sium O n Rock F ragm etati on Paper Sydney,T he Instituti on of Engineers,1973.(2)W.L.Fourney et al,Stress W ave Po rpagati on from Inclined Charges near a Bench Face,Int.J.of Rock M ech. and M in.Sci.1974.(3)伊滕一郎,《工业火药》,V o l.29,N o.4,1968。
(4)齐金铎编著,现代爆破理论,冶金工业出版社, 199615。
B lasting T heo ry of F issure Rock sQ in J inze(Institu te of M in ing Ind ustry,B eij ing U n iversityof S ciences and T echnology,B eij ing100083)Abstract T he latest research results abroad of blasting theo ry of fissure rock s are introduced.T he counter acti on of stress w ave and structural p lane is the m ain facto r of causing fracturing of fissure rock s.Key words:fissure rock s,blasting theo ry,rock fracturing95第9卷 第1期1997年1月 西部探矿工程 (岩土钻掘矿业工程)。
