超硬磨料金刚石表面镀覆金属的研究现状

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。

CVD金刚石薄膜技术发展现状及展望(上)I. 引言A. CVD金刚石薄膜技术简介B. 目的和意义II. CVD金刚石薄膜技术的发展历程A. 早期CVD金刚石薄膜技术B. 发展阶段C. 现代CVD金刚石薄膜技术III. CVD金刚石薄膜技术的研究进展A. 影响金刚石薄膜质量的主要因素B. CVD金刚石薄膜的合成方法C. CVD金刚石薄膜的特性和应用IV. CVD金刚石薄膜技术的挑战和机遇A. 挑战B. 机遇V. 展望A. 未来的研究方向B. 实际应用的前景VI. 结论A. 总结CVD金刚石薄膜技术的进展B. 展望其未来的发展趋势I. 引言CVD金刚石薄膜技术是一种高新材料技术，它是通过将气态前体转化为固态金刚石，并在基底上生长形成金刚石薄膜。

CVD金刚石薄膜技术在磨削、切削、钻孔、陶瓷刀片、热处理等领域具有广泛的应用，是高科技领域的重要组成部分。

自20世纪80年代以来，CVD金刚石薄膜技术发展迅速，并逐步成为实现高精度磨削、加工和电子材料等领域需要的高性能材料之一。

本文将探讨CVD金刚石薄膜技术的发展历程、研究进展、挑战和机遇，以及未来的发展前景。

II. CVD金刚石薄膜技术的发展历程A. 早期CVD金刚石薄膜技术CVD金刚石薄膜技术最早起源于20世纪50年代，当时研究人员尝试将钻石立方晶型中的非晶碳沉积于硅晶体表面，但是固体碳薄膜在表面温度较高时很容易退火，而且成分不稳定，这限制了该技术的进一步发展。

B. 发展阶段20世纪70年代，随着CVD技术的发展，研究人员开始探索构建高品质金刚石薄膜制备技术，这标志着CVD金刚石薄膜技术进入了新的发展阶段。

80年代，美国和日本的研究团队先后报道了成功的金刚石薄膜合成实验，这次的突破为CVD 金刚石薄膜技术的实用化奠定了基础。

90年代，随着纳米技术的发展，研究人员对金刚石薄膜在纳米尺度下的性质进行了深入研究，使得CVD金刚石薄膜技术更加完善成熟。

C. 现代CVD金刚石薄膜技术随着科技的不断更新，CVD金刚石薄膜技术也不断得到提高和完善。

超硬材料薄膜涂层研究进展及应用内容摘要：CVD和PVD TiN，TiC，TiCN，TiAlN等硬质薄膜涂层材料已经在工具、模具、装饰等行业得到日益广泛的应用，但仍然不能满足许多难加工材料，如高硅铝合金，各种有色金属及其合金，工程塑料，非金属材料，陶瓷，复合材料(特别是金属基和陶瓷基复合材料)等加工要求。

正是这种客观需求导致了诸如金刚石膜、立方氮化硼(c-BN)和碳氮膜(CNx)以及纳米复合膜等新型超硬薄膜材料的研究进展。

本文对这些超硬材料薄膜的研究现状及工业化应用前景进行了简要的介绍和评述。

关键词：超硬材料薄膜；研究进展；工业化应用1、超硬薄膜超硬薄膜是指维氏硬度在40GPa以上的硬质薄膜。

不久以前还只有金刚石膜和立方氮化硼(c-BN)薄膜能够达到这个标准，前者的硬度为50-100GPa(与晶体取向有关)，后者的硬度为50～80GPa。

类金刚石膜(DLC)的硬度范围视制备方法和工艺不同可在10GPa～60GPa的宽广范围内变动。

因此一些硬度很高的类金刚石膜(如采用真空磁过滤电弧离子镀技术制备的类金刚石膜(也叫Ta：C))也可归人超硬薄膜行列。

近年来出现的碳氮膜(CNx)虽然没有像Cohen等预测的晶态β-C3N4那样超过金刚石的硬度，但已有的研究结果表明其硬度可达10GPa～50GPa，因此也归人超硬薄膜一类。

上述几种超硬薄膜材料具有一个相同的特征，他们的禁带宽度都很大，都具有优秀的半导体性质，因此也叫做宽禁带半导体薄膜。

SiC和GaN薄膜也是优秀的宽禁带半导体材料，但它们的硬度都低于40GPa，因此不属于超硬薄膜。

最近出现的一类超硬薄膜材料与上述宽禁带半导体薄膜完全不同，他们是由纳米厚度的普通的硬质薄膜组成的多层膜材料。

尽管每一层薄膜的硬度都没有达到超硬的标准，但由它们组成的纳米复合多层膜却显示了超硬的特性。

此外，由纳米晶粒复合的TiN／SiNx薄膜的硬度竟然高达105GPa，创纪录地达到了金刚石的硬度。

金刚石表面真空镀镍的工艺分析摘要：为对金刚石表面真空镀镍影响因素探索，本文采用多种工艺对金刚石进行表面真空镀镍。

实验数据表示，使用真空镀镍方法，金刚石强度没有受到影响，而且镀层与金刚石紧密结合，具有较强耐酸腐蚀性，金刚石表面构成耐腐蚀性较强的形成镍层，可以作为电镀金刚石线原材料使用。

旨在拓宽未来金刚石应用范围，为我国经济发展提供工业基础。

关键词：金刚石；真空镀镍；工艺前言：目前电镀金刚石普遍使用化学镀镍磷合金,但是化学镀会受到自身复杂步骤影响，难以有效控制金刚石镀镍效果。

而且在化学镀中还使用对环境造成严重污染的重金属辅助作业，无法实现金刚石镀镍长远发展。

而金刚石真空镀镍在真空环境下，借助活性剂，将金属粉末附着在金刚石表面，从而形成金属层。

因为操作方法简单，生产过程大大降低环境污染，成本较低，目前正在成为金刚石表面镀镍的重要研究对象。

1实验材料本文采用市面常见单晶3型料金刚石微粉作为试验材料，中心粒径与峰宽分别为7.513微米、3.228微米，并使用纯度99.5%的200目雾化镍粉作为真空镀镍材料。

将乙酸镍、乳酸等分析纯试剂混合后充分研磨，最后加入金刚石微粉混合。

其中，镍粉、乙酸镍等作为金刚石表面真空镀镍的镍源供给，而作为络合剂的乳酸则负责缩短镍元素在金刚石覆镀效果，加入氧化铝则是避免金刚石在镀镍过程中，出现板结现象，影响镀镍效果[1]。

2金刚石表面真空镀镍的工艺分析2.1粒度与镀覆粘连检测化学与真空镀覆都会出现连晶现象，但是连晶会影响电镀金刚石线使用质量，所以要对金刚石表面镀覆厚度进行检验，确保薄厚均匀，连晶情况少。

本文使用电阻测试法，借助位度分析仪完成粒度分析，对比金刚石镀覆前后峰型、峰宽，判断在镀覆作业后存在多少连晶金刚石[2]。

经过实验后，可以发现在镍源含量增加，在进行镍元素镀覆后，金刚石粒度明显增加，出现明显粘连情况。

而在镍源含量固定的情况下，络合剂含量增加，镀覆后的金刚石粒度有效降低。

冶金铜基金刚石工具研究进展金刚石具有极高的硬度、极强的耐磨性和优良的物理机械性能。

以金刚石颗粒为磨料，与金属胎体经过混合烧结工艺制取的金刚石工具，由于充分利用并有效发挥了金刚石本身超硬、超耐磨、耐高温、耐腐蚀等优异的综合性能，成为加工玻璃、花岗岩、大理石等硬脆材料不可替代的新型工具。

金刚石工具的工作层部分由金刚石磨料和胎体组成。

金刚石颗粒需要胎体的镶嵌把持才能发挥作用，金刚石工具的性能常常由胎体性能的质量来决定，其工作性能的发挥与胎体的性能是密切相关的。

由于烧结 Cu 基胎体脆而不粘，对金刚石有足够的固结力和粘结力，所以 Cu 基金刚石工具锋利、韧性好; 另外 Cu 基金刚石工具具有烧结温度低、成形性能好等特点，得到广泛应用。

但相对于 Co 基胎体，Cu 基胎体也有其自身的一些弊端，如对金刚石润湿性较差，造成金刚石工具强度、硬度低; 对金刚石的把持力较低，切削时会发生金刚石脱落，使实际参与切削的金刚石数量减少，导致宏观破碎率增加，耐磨性降低［1］。

为了克服以上缺点，科研人员将很多先进技术应用到 Cu 基金刚石工具中，例如预合金化技术、稀土元素等的应用。

本文从 Cu基胎体的分类、金刚石表面金属化技术在 Cu 基金刚石工具中的应用、预合金化技术在 Cu 基金刚石工具中的应用、稀土元素在 Cu 基金刚石工具中的应用等方面，综述 Cu 基金刚石工具的研究现状。

1 Cu 基胎体的分类众所周知，纯 Cu 液态对碳是呈惰性的，在 Cu-C内界面上很难发生扩散。

在Cu 中添加少量的合金元素，目的是改善 Cu 对金刚石的润湿，即降低接触角和提高 Cu 合金对金刚石的粘结强度，以此来达到工具中金刚石不过早脱落，提高金刚石工具使用性能的目的。

所以通常采用其它合金元素与 Cu 一起作为金刚石工具的胎体材料。

根据合金元素种类的不同，Cu 基胎体可分为以下几类:1) 青铜基胎体青铜基胎体是在 Cu 中加入强化元素 Sn 或再加入其它元素，青铜基胎体在金刚石工具中应用比较普遍。

综　述CV D 金刚石膜新兴研究方向及市场现状与趋势吕反修(北京科技大学材料科学与工程学院,北京　100083)摘要:CVD 金刚石膜研究已经持续了30余年,但仍然充满活力,新的研究方向不断出现。

纳米(和超纳米)金刚石膜、金刚石膜M E M s (微机电系统)和NE M s (纳机电系统)应用、大尺寸CVD 金刚石单晶、金刚石膜电化学应用和生物医学应用是当前CVD 金刚石膜的研究热点。

CVD 金刚石膜研究已经进入工业化应用阶段。

当前的主要应用市场仍然是工具(摩擦磨损)、高端产品,如热沉、光学、探测器和传感器、S OD 、S AW 等虽已有产品上市,但市场规模不大。

当前阻碍CVD 金刚石膜市场发展的主要因素是高昂的制备和加工成本,以及金刚石膜和异质材料的连接技术。

可以相信,随着上述问题的逐步解决,CVD 金刚石膜的应用市场必将出现一个欣欣向荣的局面。

关键词:CVD (化学气相沉积)金刚石膜;新兴研究方向;市场发展趋势中图分类号:TG17 文献标识码:A 文章编号:025426051(2008)1120001205New research d i recti on s i n CVD d i a m ond f il m s and the presen t st a tusand future trends i n comm erc i a li za ti onL ΒFan 2xiu (School ofMaterials Science and Engineering,University of Science andTechnol ogy Beijing,Beijing 100083,China )Abstract:Research in CVD dia mond fil m s is still active after al m ost 30years of its first e mergence in laborat ory scale 1Ne w research directi ons (hot s pots )continuously come f orth,of which the nano crystalline dia mond (NCD )and ultra nano crystalline dia mond (UNCD )fil m s,dia mond based ME M s (m icr o nano electr o 2mechanic syste m s )and NE M s (nano electr omechanical syste m s ),large CVD single crystal dia mond,electr oche m istry and bi o 2medical app licati ons are most attracting 1CVD dia mond fil m technol ogy has already entered the stage of industrial app licati ons 1A t p resent,dia 2mond fil m t ools (tribol ogy app licati ons )are the main p r oducts in the market 1W hilst the high technol ogy p r oducts,such as the dia mond fil m heat sinks,op tical windows,detect ors and sens ors,S OD ,S AW ,etc 1,even though they are available in the market,are still s mall in scale 1The main p r oble m f or large scale market use of CVD dia mond fil m p r oducts are:the rather high cost in p reparati on and fabricati on of CVD dia mond fil m s,and the difficulties in welding (bonding )of CVD dia mond fil m s with other kinds of materials 1It is believed that on s olving these p r oble m s,a ne w p r os per ous will be shown in the near future 1Key words:CVD dia mond fil m ;ne w research directi ons;market trends作者简介:吕反修(1943—),男,四川泸州人,教授,研究方向为化学气相沉积金刚石膜制备、表征、加工和应用,已发表论文300余篇(包括国内外学术会议邀请报告18篇)。

超硬材料薄膜涂层研究进展及应用【摘要】超硬材料薄膜涂层是一种具有极高硬度和耐磨性的材料，其在工业领域具有广泛的应用前景。

本文通过对超硬材料薄膜涂层的分类、制备技术、性能特点、工业应用以及研究进展进行系统的介绍和分析。

通过对该领域的研究进展进行回顾，总结出超硬材料薄膜涂层的未来发展方向，并展望其在新兴领域中所能发挥的作用。

通过本文的研究，有助于拓展超硬材料薄膜涂层在工业生产中的应用，并推动该领域的进一步发展和创新，为提升材料性能和提高产品质量提供重要的技术支持。

【关键词】超硬材料薄膜涂层、研究进展、应用、制备技术、工业领域、性能特点、未来发展方向。

1. 引言1.1 背景介绍超硬材料薄膜涂层是近年来在材料科学领域中备受关注的研究方向之一。

随着工业制造和科技应用的不断发展，对材料性能和耐磨性能的要求也越来越高。

传统材料在遇到极端环境或高强度使用时往往无法满足需求，因此超硬材料薄膜涂层的研究和应用具有重要意义。

背景介绍部分将会探讨超硬材料薄膜涂层的起源和发展历程，介绍其在材料科学领域中的地位和作用。

随着纳米科技和薄膜技术的进步，超硬材料薄膜涂层在提高材料表面硬度、耐磨性、抗腐蚀性等方面具有巨大潜力。

通过对其研究和应用，可以为工业生产和科技创新带来更多可能性。

本文旨在系统总结超硬材料薄膜涂层的研究进展及应用情况，为相关研究人员提供参考和借鉴，同时探讨其未来发展方向，以期推动该领域的进一步发展和应用。

1.2 研究意义超硬材料薄膜涂层研究的意义在于推动材料科学和工程领域的发展，为工业应用提供更高性能、更耐磨损的材料。

超硬材料薄膜涂层具有硬度高、耐腐蚀、耐磨损等优良性能，可以用于增强材料的表面硬度和耐磨损性能，延长材料的使用寿命，提高材料的工作效率。

通过研究超硬材料薄膜涂层的制备技术和性能特点，可以实现更多材料的功能性改良，拓展材料在不同领域的应用范围。

超硬材料薄膜涂层的研究还有助于深入了解材料的表面性质和界面相互作用机制，为新材料的设计和开发提供重要依据。

2009年2月第1期　总第169期金刚石与磨料磨具工程D iamond&Abrasives EngineeringFeb.2009No.1　Serial.169文章编号:1006-852X(2009)01-0005-08金刚石和立方氮化硼超硬磨料表面处理技术应用及发展3王艳辉(亚稳材料制备科学与技术国家重点实验室;燕山大学材料学院,秦皇岛066004)摘　要　本文综合介绍了金刚石和立方氮化硼超硬磨料表面处理技术及应用情况及新的表面处理技术发展情况,包括真空微蒸发镀钛技术及应用进展;微粉专用真空微蒸发镀覆技术及应用;基于镀钛技术而发展的复合镀Ti-N i技术及应用;刚玉涂覆的超硬磨料及应用;基于原子层镀覆技术发展的超硬磨粒、微粉及纳米粉的镀硅镀钛技术及应用。

关键词　金刚石;立方氮化硼;表面处理;镀钛;镀硅;复合镀中图分类号　T Q164;TG73 文献标识码　A　Appli ca ti on and develop m en t of coa ti n g technology ond i a mond and CBN surfaceW a ng Ya nhu i(S tate Key L abora tory of M etastable M aterials Science&Technology,College of M ateria ls Science and Engineering of Yanshan U niversity,Q inhuangdao066004,China)Abstract　The surface treat m ent technol ogy on dia mond and cubic bor on nitride grits and their app licati ons are intr oduced in this paper.The techniques include the vacuum sl ow vapor depositi on(VS VD)technol ogy and its devel opment,the s pecial depositi on technol ogy based on VS VD for m icr o2powders and its app licati on, the co mposite Ti2N i coating based on Ti2coated technol ogy and its app licati on,dia mond grits coated with corundu m m icr on powders and the app licati on as well as Si2coated or Ti2coated superhard grits,m icr o powders and nano2sized powders based on at om ic layer depositi on.Keywords　dia mond;CBN;Ti coating;Si coating;composite coating0　引言各类超硬工具都是用超硬磨料与结合剂形成的特殊复合材料。