金刚石的研究论文

金属结合剂金刚石工具研究进展摘要：金刚石的硬度极高，被广泛用作磨料来加工硬质材料，如混凝土、硬质合金或天然石材等。

随着新型陶瓷混凝土等加工对象的不断出现和变化，要求金刚石工具要持续改进，以提高其切削效率、减少自身磨损、同时降低其制造和使用成本。

本文综述了人造金刚石颗粒的性能、不同类型金属结合剂的成分组成和基本性能、金刚石与金属结合剂的界面结合强度的措施，并对金属结合剂金刚石工具的发展作了进一步探讨。

关键词：金属结合剂；金刚石；界面结合强度引言本文将分类对前人的研究结果进行综述，归纳人造金刚石颗粒的特性，对比不同金属结合剂的成分组成和材料性能，总结金刚石／结合剂的界面行为，展望金属结合金刚石工具的发展方向。

1金刚石磨粒的特性金刚石磨粒承担去除材料的作用，不仅要能经受住高速下的冲击力，而且要具有自锐性，即当磨粒磨损钝化后，能破裂生成新的切削刃。

金刚石的品级、粒度、含量等基本性能，以及其同结合剂的匹配均影响工具的切削效果。

国际上具有代表性的金刚石制造商有元素六和ge公司，其制造的用于切割和钻探的高品级金刚石晶形规则、棱角饱满、对称度高、抗冲击强度和热稳定好。

我国的金刚石生产企业有中南钻石、黄河旋风、郑州华晶等，它们生产的金刚石品种齐全，虽然某些产品性能上与国外产品有差异，但价格上有优势。

我国已占据世界金刚石合成量的90%以上，是名副其实的生产大国，现正向质量强国迈进。

2金属结合剂特点种类金刚石磨具用结合剂主要有树脂、金属、陶瓷等3类。

金属结合剂按主要成分可以分为：钴基、铜基（常为青铜、黄铜）、铁基、钨基、镍基、铝基结合剂等。

金属结合剂通常由黏结金属、骨架材料和添加剂组成。

黏结金属应具有较低的熔融温度，使其具有液相烧结的特性，填充于骨架金属之间及骨架金属与金刚石之间，牢固地黏结骨架金属和金刚石，使工具具有较高的强度和抗冲击性。

黏结金属通常是几种金属的合金，如Ｃｏ、Ｆｅ、Ｃｕ等金属及其合金。

骨架金属以碳化物为主，如ＷＣ、Ｗ２Ｃ、ＴｉＣ等，也可用难熔金属Ｗ、Ｍｏ代替ＷＣ等使用，其作用是在高温烧结时保持固相状态，固定金刚石，同时提高基体韧性和耐磨性。

合成金刚石文献综述1 前言金刚石，俗称钻石，在工业和宝石领域都起着重要的作用，在工业领域主要是作为超硬材料在采掘机械的钻头、切割机的刀具、磨具等，宝石用途主要是作为主镶宝石和陪镶宝石。

随着天然金刚石的日渐稀少，人工合成金刚石成为世界各国晶体学研究的重要对象。

在目前的资料中，金刚石具有最大的原子密度（176atoms/nm3），最大可能的单位原子共价键数目，极强的原子键能（7.6eV），这些为金刚石的特殊性质提供了基础。

金刚石是等轴晶系，立方晶胞，它的晶胞特点使得金刚石成为一种极限功能材料：最高硬度（10400kg/mm2），最高热导率（常温下20W/cm.K），最高传声速度（18.2km/s），最宽透光波段，抗强酸强碱腐蚀，抗辐射，击穿电压高，介电常数小，载流子迁移率大，绝大部分金刚石既是电的绝缘体，又是热的良导体，而掺杂后又可成为卓越的P型或N 型半导体。

金刚石在常温下抗所有酸、碱的腐蚀，即便是在高温下也抗所有酸的腐蚀。

在现代社会中，金刚石被广泛的应用到工业、科技、国防、医疗卫生等很多领域当中[1]。

2 正文2.1金刚石的合成理论金刚石的化学组分为碳，它和石墨同为碳的同质异象体，因此，合成金刚石的原理就是借助于金刚石组分为纯碳的特点，设法将石墨在一定条件下转化为金刚石。

目前人工合成金刚石的主要理论有三种，分别为：溶剂论、催溶论和固相转化论[3]。

其中，溶剂论认为，在金刚石热力学稳定的高温高压条件下，在有触媒（比如金属）存在时，非金刚石型碳（比如石墨）溶解于熔融的金属中而形成一般意义上的化学溶液。

当相对于金刚石的溶解度达到过饱和时，金刚石就会从溶液中成核晶出。

无触媒存在时，则认为是在更高的压力和温度下，石墨熔化解体，温度降低时熔体冷凝而得到金刚石。

总之，无论什么条件下。

金刚石形成的前提是石墨的解体。

有触媒存在时金刚石形成的历程可表示为金刚石是在这中胶体溶液过饱和的情况下析出结晶而成；催化论的核心观点认为，高温高压下，熔融的金属仅仅能溶解碳还不够，还必须具有如下作用：或者是金属的原子有吸引石墨原子的电子，从而使其具有形成碳的正离子的能力，或者是金属的晶格可作为金刚石晶体的结晶基底，从而大大降低金刚石的晶出能量。

陶瓷专题金刚石材料的功能特性研究与应用高 凯,李志宏(天津大学材料科学与工程学院,天津 300072)Study and Application on Functional Properties of Diamond MaterialsGAO Kai,LI Zhi hong(S chool of M ater ial S cience and Engineer ing,T ianj in Univer sity,T ianj in300072,China)Abstract:Functional properties of diamo nd mater ials and its study and application recent years on w ide bandg ap semiconducto rs,ultraviolet detectors,sing le pho to n source for quantum computer,so nic surface diffusion and electronic encapsulatio n w ere reviewed in this paper,and other po tential application on func tional proper ties of the diamond materials w ere expected.Key words:Diamo nd,Functional proper ty,Study,Application摘要:本文综述了金刚石的功能特性及其近年来在宽禁带半导体、紫外探测器、量子计算机用单光子源、声波材料和电子封装等方面的研究与应用进展,并对金刚石材料在其它功能特性方面的开发与应用前景提出了展望。

关键词:金刚石;功能特性;研究;应用中图分类号:TB33 文献标识码:A 文章编号:1002-8935(2010)04-0009-05金刚石是目前工业化生产的最硬材料,其前通常利用其硬度特性广泛地作为加工、研磨材料。

新型金刚石材料的研究进展和应用随着科技的发展，研究人员们一直在探索更优秀的材料。

金刚石作为工业上的一种重要材料，因其硬度高、耐磨性强而被广泛应用。

然而，传统金刚石材料的晶格结构不完美，导致其强度不高，易于碎裂。

随着科技的发展，新型金刚石材料的研究逐渐成为了热点问题。

本文将着重介绍新型金刚石材料的研究进展和应用。

1. 新型金刚石材料的研究进展1.1 超硬金刚石材料超硬金刚石材料是一种由金刚石晶体和其他材料共同构成的新型材料，具有强度高、硬度高等特点。

由于超硬金刚石的强度高，故而大大提高了其的应用范围。

目前，该材料已被广泛应用在航空、航天、工业加工等领域。

1.2 氮化金刚石材料氮化金刚石材料是一种新型的金刚石材料，是以金刚石和氮化硼组成的化合物，具有更高的硬度、抗裂能力和导热性。

据研究，氮化金刚石的硬度比传统金刚石提高了10倍之多。

该材料在高温、高压、强酸、强碱、高放射性等复杂环境下具有稳定性，可广泛应用于半导体照射器具、高温高压实验装置、电力行业等领域。

1.3 氢化金刚石材料氢化金刚石材料是一种以金刚石和氢共同构成的新型金刚石材料，在其晶格结构中，氢原子充当了“粘合剂”的作用，从而让这种金刚石材料的硬度更高。

研究人员近年来已成功制备了单晶氢化钻石，其硬度比传统金刚石提高了10倍之多。

这种材料的应用前景非常广阔，可广泛应用于机械制造、工业加工、武器装备、半导体等领域。

2. 新型金刚石材料的应用2.1 工业加工领域新型金刚石材料的应用使得工业加工领域的工作效率大大提高。

随着超硬金刚石材料的应用，精密、高效的成型刀具已经大量应用于工业生产实践之中。

使用超硬金刚石磨具，可以大大提高机械零部件的加工精度，使得零部件加工的质量更加稳定，赢得了广泛的市场信赖。

2.2 航空航天领域新型金刚石材料的应用对于提高航空、航天领域的安全性和可靠性有着积极的意义。

由于氮化金刚石材料的硬度高、抗裂能力好，因此可以广泛应用于发动机、航空涡轮发动机以及人造卫星等复杂器材上，提高其的寿命和可靠性。

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%。

金刚石刀具性能及其应用研究作者：韩波峰摘要：描述了金刚石的物理特性，对金刚石刀具的分类及其性能行了介绍，包括天然金刚石、聚晶金刚石、聚晶金刚石复合片、化学气相沉积金刚石涂层刀具。

分析和对比了不同类型金刚石刀具的应用场合，为企业在加工难加工材料时选用超硬金刚石材料刀具时提供参考。

1 引言金刚石是精密和超精密加工的超硬刀具材料之一，金刚石刀具具有极高的硬度和耐磨性、低摩擦系数、高弹性模量、高热导、低热膨胀系数，以及与非铁金属亲和力小等优点。

可以用于非金属硬脆材料如石墨、高耐磨材料、复合材料、高硅铝合金及其它韧性有色金属材料的精密加工。

金刚石刀具类型繁多，性能差异显著，不同类型金刚石刀具的结构、制备方法和应用领域有较大区别。

2 金刚石材料特性金刚石为单—碳原子的结晶体，其晶体结构属等轴面心立方晶系(晶系原子密度最高)。

金刚石中碳原子间连接键为sp3杂化共价键，具有很强的结合力、稳定性和方向性。

人工合成金刚石性能取决于sp3价键与非晶无定形碳sp2杂化共价键相对比率。

如果sp3含量过低得到二者混合物体为类金刚石(Diamond－Like Carbon，简称DLC)。

晶体结构使金刚石具有最高的硬度、刚性、导热系数以及优良的抗磨损、抗腐蚀性和化学稳定性等均高于硬质合金。

如表1所示，可见单晶金刚石硬度最高，热导率最大，热膨胀系数最小，故其综合物理性能最佳。

3 金刚石刀具类型及其性能目前，工业用金刚石刀具根据成分和结构不同可分为五种：1.天然金刚石Natural Diamond(ND)；2.人造聚晶金刚石Artificial Polvcrystalline Diamond(PCD)；3.人造聚晶金刚石复合片Polycrystalline Diamond Compact(PDC)；化学气相沉积涂层金刚石刀具Chemical Vapor Deposition DiamondCoated Tools(CVD)。

4.沉积厚度达100µm的无衬底纯金刚石厚膜Thick Diamond Film(CD)；5.在刀具基体表面直接上沉积厚度小于30µm的金刚石薄膜涂层Coated Thin Diamond Film(CD)。

引言：金刚石（Diamond）是一种自然界中最坚硬的物质，因其在工业和科学领域的广泛应用而备受关注。

本文将通过对金刚石的深入调研，介绍其产地、特性、制备方法以及应用领域，并探讨其未来发展的前景。

概述：金刚石是由碳元素组成的晶体，其具有非常高的硬度、热导性和化学稳定性。

它通常以六方晶系存在，晶体结构稳定且不易受外界作用而改变。

由于其独特的性质，金刚石被广泛应用于工业和科学领域。

正文内容：1.金刚石的产地1.1.自然金刚石的产地1.2.合成金刚石的产地1.3.其他形式的金刚石的产地2.金刚石的特性2.1.坚硬性2.2.热导性2.3.化学稳定性2.4.光学特性2.5.电子特性3.金刚石的制备方法3.1.自然金刚石的提取和加工3.2.合成金刚石的制备方法3.3.其他形式的金刚石的制备方法4.金刚石的应用领域4.1.工业领域4.1.1.切割和磨削工具4.1.2.金刚石膜4.1.3.其他工业用途4.2.科学研究领域4.2.1.实验室仪器4.2.2.高压高温实验4.2.3.光学器件4.3.珠宝领域4.3.1.黄金刚钻石4.3.2.彩钻4.3.3.人造钻石4.4.医疗领域4.4.1.金刚石刀片4.4.2.医用注射器4.4.3.其他医疗设备4.5.能源领域4.5.1.太阳能电池4.5.2.电池隔膜4.5.3.能源传输总结：金刚石作为一种重要的工业材料，具有独特的特性和广泛的应用领域。

它的产地包括自然产地和合成产地，制备方法多种多样。

金刚石被广泛应用于工业、科学、珠宝、医疗和能源等领域，并在新能源技术、医疗设备和材料科学等领域展示了巨大的发展潜力。

随着技术的不断进步和创新，金刚石的应用前景将进一步扩大。

Application of Mechanics-electronics Technology2019年8月下金刚石内部结构的差异性研究及其意义荣春玲，李亚选，徐 岩，周金海（郑州华晶金刚石股份有限公司，河南 郑州 450000）摘　要：文章对金刚石内部生长结构及其晶格缺陷进行分析，希望为其形成机制以及形成环境等方面的研究提供一定的参考。

关键词：金刚石；内部结构；差异性中图分类号：P574 文献标志码：A 文章编号：1672-3872（2019）16-0196-01——————————————作者简介： 荣春玲（1989—），女，河南安阳人，工程师，研究方向：人造金刚石。

金刚石是一种由纯碳组成的矿物，是碳元素的同素异形体，它是现阶段人类所发现的自然界中天然存在的最坚硬的物质，具有较为广泛的用途，涉及工业切割用具、工艺品制作等多个方面。

这使得金刚石长期以来受到世界科学家的广泛关注。

对金刚石的探索有利于人类解决地球深部重大科学问题。

1 研究意义金刚石具有独特的无理和化学性质，科学界对其的研究工作持续推进。

在近几十年中，现代测试技术水平的不断提升，使得人们在金刚石研究领域取得了巨大的突破。

结合现有研究成果来看，金刚石中所包含的杂质元素、同位素以及包裹体等组分的分布并不均匀，且其内部生长结构和晶体缺陷也是变化的，将金刚石当作一个均匀体系进行研究并不可取，必须重新寻找针对金刚石的更加科学有效的方法。

此外，金刚石合成工艺也处于持续发展中，人类已经有能力在高温低压下合成宝石级的金刚石，这说明过去只能在高温高压下合成金刚石的认知将被打破。

但此工艺还存在一系列问题，如高温高压下产生的金刚石具有哪些特征，是否需要重新建立金刚石的形成机制和找矿模式等。

为了解决上述问题，有必要通过现代微区和原位分析技术对金刚石进行微组构研究。

基于以上原因，对金刚石内部生长结构以及晶体缺陷等特征进行分析具有重要意义[1-2]。

2 金刚石内部生长结构和晶格缺陷2.1 金刚石内部生长结构大部分金刚石的形态都表现为立方体或是八面体晶体，其内部为圈层状结构，同时包含了简单的生长环带。

摘要本文在高温高压条件下，以粒度为5μm的金刚石微粉为原材料，采用液相烧结法制备了聚晶金刚石拉丝模坯，分别研究了烧结温度和烧结时间对其微观结构以及力学性能的影响，最后探讨了PCD拉丝模坯材料的烧结过程和机理。

结果表明：聚晶金刚石拉丝模坯的力学性能（磨耗比、维氏硬度）均随着烧结时间的增大先增加后降低，在烧结时间为180s时达到最大，烧结时间过短，其微观组织孔隙较大，烧结时间过长，金刚石石墨化严重；而在以烧结温度为变量的对比实验中发现，聚晶金刚石拉丝模坯的力学性能随着烧结温度的增加先变大后减小，在烧结温度为1550℃时达到最大，烧结温度过低，金刚石晶粒棱角分明，晶粒间隙较大，而烧结温度过高，晶粒发生异常生长。

所以，在压力为5.7GPa，温度为1550℃，烧结时间180s的条件下进行液相烧结得到的聚晶金刚石的力学性能最佳。

关键词：高温高压；聚晶金刚石；微结构；力学性能ABSTRACTIn this paper, the polycrystalline diamond was sintered under high temperature and high pressure with the diamond powders (5um) using liquid sintering method, and the effects of the sintering temperature and sintering time to the microstructure and the properties of the polycrystalline diamond were studied. The results showed that the mechanical properties (abrasion ratio, Vickers hardness) of polycrystalline diamond wire drawing die materials increased with the increasing of sintering time and sintering temperature firstly, and then decreases, and the mechanical properties (abrasion ratio, Vickers hardness) reached its maximum when the sintering time was 180s and 1550℃respectively, and the pores were more larger when the sintering time is too short, and the diamond graphitization more serious when the sintering time is too long；The grain angular and the grains gap was large when the sintering temperature was too low, while abnormal grain growth could be occurred when the sintering temperature was too high, Therefore, the polycrystalline diamonds with the most outstanding performance were sintered under the conditions of sintering time 180s, the pressure 5.7GPa, the temperature 1550℃. Keywords：High pressure and high temperature; Polycrystalline diamond; Microstructures; Mechanical properties目录1 绪论 (1)1.1拉丝模概述 (1)1.2拉丝模分类及发展状况 (2)1.3拉丝模的孔型结构 (6)1.4拉丝模的破坏及磨损研究 (8)1.4.1拉丝模的破坏形式 (8)1.4.2拉丝模的磨损 (10)1.5聚晶金刚石拉丝模坯材料的发展及研究现状 (14)1.6研究目的及意义 (17)2 实验过程及测试方法 (18)2.1实验材料及设备·································· (18)2.2PCD拉丝模的制备过程 (19)2.3实验测试方法与分析 (21)2.3.1扫描电镜及能谱分析 (21)2.3.2维氏硬度 (21)2.3.3磨耗比 (22)3 PCD拉丝模芯的合成工艺研究 (24)3.1烧结时间对力学性能的影响 (24)3.1.1烧结时间对显微维氏硬度的影响 (24)3.1.2烧结时间对磨耗比的影响 (26)3.2烧结温度对力学性能的影响 (27)3.2.1烧结温度对显微维氏硬度的影响 (28)3.2.2烧结温度对磨耗比的影响 (30)3.3PCD拉丝模坯的显微形貌及能谱分析 (31)3.3.1烧结时间对显微形貌的影响 (31)3.3.2烧结温度对显微形貌的影响 (32)3.3.3PCD拉丝模坯的能谱分析 (33)4PCD拉丝模坯高压烧结过程及机理 (35)4.1PCD拉丝模坯的烧结过程 (35)4.2PCD拉丝模坯的烧结机理 (36)5结论··································· (39)参考文献 (40)致谢 (42)1绪论1.1拉丝模概述拉丝模是拉制各种金属线材的重要工具。