金刚石-铝复合材料的研究现状

Si-Ga共掺杂金刚石铜复合材料界面性能的第一性原理研究第一篇范文：Si-Ga共掺杂金刚石铜复合材料界面性能的第一性原理研究摘要：本文以Si-Ga共掺杂金刚石铜复合材料为研究对象，运用第一性原理方法对其界面性能进行深入探讨。

通过计算分析，揭示了Si-Ga共掺杂对金刚石铜复合材料界面性能的影响机制，为优化界面性能提供了理论依据。

1. 引言金刚石铜复合材料因其优异的导电性、导热性和力学性能而在电子封装领域具有广泛应用前景。

然而，界面性能对该材料的整体性能具有重要影响。

近年来，Si-Ga共掺杂技术在改善金刚石铜复合材料界面性能方面引起了广泛关注。

本文通过第一性原理方法，对Si-Ga共掺杂金刚石铜复合材料的界面性能进行研究，以期为实际应用提供理论指导。

2. 计算方法本研究采用密度泛函理论（DFT）结合平面波赝势方法（PWP）进行计算。

选用QE软件包中的PWP功能模块进行电子结构计算，采用广义梯度近似（GGA）对交换关联函数进行描述。

在计算过程中，平面波的截断能设置为400 eV，布里渊区积分采用Monkhorst-Pack网格，网格点设置为2×2×2。

3. 结果与讨论3.1 电子结构分析Si-Ga共掺杂金刚石铜复合材料的电子结构计算结果表明，掺杂后体系的价带结构发生显著变化。

Si、Ga原子分别替代金刚石铜复合材料中的C、Cu原子，使得体系的价带顶向上移动，提高了材料的电子亲和力。

此外，Si-Ga共掺杂还使得体系的导带底向下移动，降低了材料的电子亲和力。

这种双重作用有利于提高金刚石铜复合材料的界面性能。

3.2 界面性能分析界面性能主要通过界面能、界面结合能和界面电子密度来衡量。

计算结果显示，Si-Ga共掺杂显著降低了金刚石铜复合材料的界面能，有利于降低界面缺陷，提高界面稳定性。

同时，掺杂后体系的界面结合能明显提高，表明界面结合更加牢固。

此外，界面电子密度分析表明，Si-Ga共掺杂使界面电子密度分布更均匀，进一步提高了界面性能。

超硬材料行业现状与发展趋势超硬材料是一种具有极高硬度和耐磨性的材料，广泛应用于工业领域。

随着科技的不断进步和工业的发展，超硬材料行业也在不断发展壮大。

本文将从超硬材料行业的现状和发展趋势两个方面进行探讨。

我们来看一下超硬材料行业的现状。

目前，超硬材料主要包括金刚石和立方氮化硼两种。

金刚石是目前已知最硬的材料，具有优异的热导性和化学稳定性，广泛应用于切割、磨削、钻孔等领域。

立方氮化硼则是一种新兴的超硬材料，硬度接近金刚石，但价格相对较低，被广泛应用于切削工具、陶瓷加工等领域。

超硬材料行业在近年来取得了显著的发展。

首先，随着工业自动化水平的提高，对高效、精密加工的需求不断增加，超硬材料的应用范围也在不断扩大。

例如，在汽车制造业中，超硬材料被广泛应用于发动机零部件的加工，提高了加工效率和产品质量。

其次，随着新材料的不断涌现，超硬材料也在不断创新和改进。

研究人员通过改变超硬材料的微观结构和添加其他元素，提高了其性能和应用范围。

这为超硬材料行业的发展带来了新的机遇。

接下来，我们来探讨一下超硬材料行业的发展趋势。

首先，随着科技的进步，超硬材料的制备技术将会更加先进和成熟。

目前，超硬材料的制备主要依赖于高温高压技术，但这种方法成本高、效率低。

未来，随着新的制备技术的引入，超硬材料的制备成本将会降低，生产效率将会提高。

其次，超硬材料的应用领域将会更加广泛。

随着新兴产业的兴起，对高性能材料的需求也在不断增加。

超硬材料具有优异的性能，将会在新兴产业中得到更广泛的应用，如航空航天、新能源等领域。

超硬材料行业还面临一些挑战和问题。

首先，超硬材料的价格相对较高，限制了其在一些领域的应用。

其次，超硬材料的加工和制备技术还需要进一步改进和完善，以满足不同领域的需求。

最后，超硬材料的环保性和可持续性也是一个重要的问题，需要在制备和应用过程中加以考虑。

超硬材料行业在现阶段取得了显著的发展，并且具有广阔的发展前景。

随着科技的进步和工业的发展，超硬材料的应用范围将会更加广泛，制备技术也将会更加先进和成熟。

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%。

金刚石增强铜基复合材料的制备及性能研究金刚石增强铜基复合材料的制备及性能研究随着现代科学技术的发展，新型复合材料在各个领域得到广泛应用。

金刚石是一种性能优良的超硬材料，具有优异的热导性、机械强度和化学稳定性。

而铜是一种常见的金属材料，具有良好的导电性和导热性。

将金刚石与铜进行复合，可以充分发挥两者的优势，提高材料的性能，广泛应用于高温、高压、高速工况下的制造业。

金刚石增强铜基复合材料的制备是一个复杂的过程。

首先要选择优质的金刚石颗粒，并进行表面处理，以提高其与铜基体的结合力。

常用的表面处理方法有化学处理和物理处理两种。

化学处理包括酸洗和溶胶-凝胶法，通过在金刚石颗粒表面形成一层氧化物或硅酸盐包覆层，提高金刚石与铜的结合力。

物理处理包括阳极电解氧化和等离子体处理，通过改变金刚石颗粒表面的形貌和化学性质，增强与铜的结合力。

接下来是金刚石颗粒的分散与铜基体的制备。

常用的分散方法有机械搅拌、超声波振荡和球磨法等，通过将金刚石颗粒均匀分散到铜粉中，形成金刚石包覆的铜粉。

最后是复合材料的烧结制备。

将金刚石包覆的铜粉填充到模具中，进行压制和烧结，使金刚石与铜粉之间形成强烈的冶金结合。

烧结温度和时间的选择对复合材料的性能有重要影响，需要通过试验确定最佳工艺参数。

金刚石增强铜基复合材料具有一系列优异的性能。

首先是热导性能。

金刚石的热导率很高，可以有效提高复合材料的热导率，增强散热能力，降低工作温度。

其次是硬度和耐磨性。

金刚石的硬度极高，可以明显提高复合材料的硬度和耐磨性，延长使用寿命。

再次是导电性和导热性。

铜具有良好的导电性和导热性，金刚石增强铜基复合材料可以在保持优异机械性能的同时，保持优良的导电和导热性能。

此外，复合材料还具有优越的化学稳定性和抗腐蚀性能，适用于恶劣环境下的应用。

金刚石增强铜基复合材料在实际应用中有广阔的前景。

首先是航空航天领域。

航空航天设备对材料的要求非常高，需要具备高温、高压和高速工况下的良好性能。

第45卷第11期人工晶体学报Vol. 45 No. 11 2016 年 11 月_______________________JOURNAL OF SYNTHETIC CRYSTALS_____________________November,2016N型半导体金刚石的研究现状与展望李尚升\许安涛2,王生艳\刘书强3,于昆鹏\王健康\韩飞1(1.河南理工大学材料科学与工程学院，焦作454000 ;2.焦作师范髙等专科学校数学学院，焦作454000;3 •焦作市激光研究所，焦作454002)摘要:作为半导体材料的金刚石具有宽的禁带宽度和高的热导率、介质击穿场强等优异性质，因此其应用前景广 阔。

P型金刚石发展较N型金刚石成熟。

因为缺乏可实用的N型金刚石材料，这使得金刚石半导体器件的应用难 以实现。

因此N型半导体金刚石成为研究者关注的焦点。

论文从掺杂元素和制备方法两方面详细介绍了国内外N型金刚石的研究现状。

硼与磷或硫元素共掺杂获得N型金刚石的研究取得了较大进展;利用化学气相沉积法和 离子注入法制备N型半导体金刚石研究较多且取得了一定进展。

高压高温下的温度梯度法便于掺杂调控金刚石 性能，因而利用该法合成N型半导体金刚石大单晶值得尝试。

关键词:金刚石；N型半导体；掺杂中图分类号:TN304 文献标识码:A 文章编号：1000-985X( 2016) 11 -2728-07Research Status and Prospect of N TypeSemiconductor DiamondLI Shang-sheng1, XU An-tao2 , WANG Sheng-yan, LIU Shu-qiang3, YU Kun-peng1,WANG Jian-kang1, HAN Fei1(1. School of Materials Science and Engineering, Henan Polytechnic University, Jiaozuo 454000, China;2. School of Mathematics,Jiaozuo Teachers College, Jiaozuo 454000, China;3. The Laser of Jiaozuo Institute, Jiaozuo 454002, China) Abstract: As a semiconductor material, diamond has a wide band gap, high thermal conductivity, dielectric breakdown field strength and other excellent properties, so it has broad application prospects. The development of P type diamond is more mature than that of N type diamond. Because of the lack of practical N type diamond, this makes it difficult to realize the application of diamond semiconductor devices. Therefore, N type semiconductor diamond has become the focus of the researcher in related field. In this paper, the research status of N type diamond at domestic and abroad is introduced in detail from two aspects of doping element and preparation method. The study of boron with phosphorus or sulfur element co-doping to obtain N type diamond has been made more progress. Chemical vapor deposition (CVD) and ion implantation method (IIM) have been widely used to prepare N type semiconductor diamond and these researches have been made some progress. The temperature gradient method (TGM)at high pressure and high temperature ( HPHT) is convenient for doping control of diamond properties, soit is worth to try to synthesize N type large single crystal diamonds.Key words：diamond；N type semiconductor；doping基金项目：河南理工大学创新型科研团队支持计划（T20134);河南理工大学材料工程专业学位研究生专业实践示范基地（2016YJD03);河南省教育厅重点资助（12A430010);焦作市应用基础研究项目（212)作者简介:李尚升（1966-)，男，河南省人，博士，副教授。

金刚石复合片(polycrystalline diamondcompact PDC)作为一种新型复合材料，其发展历史仅有十几年，但其应用范围已发展到各行各业，广泛地应用于地质钻探、非铁金属及合金、硬质合金、石墨、塑料、橡胶、陶瓷和木材等材料的切削加工等领域。

它的表层为金刚石粒度不同的粉末烧结而成的多晶金刚石，具有极高的硬度、耐磨性和较长的工作寿命;底层一般为钨钴类硬质合金，它具有较好的韧性，为表层聚晶金刚石提供良好的支撑，且容易通过钎焊焊接到各种工具上。

目前国内外一般都采用超高压高温烧结的方法制造聚晶金刚石-硬质合金复合片。

由于它的使用范围扩大，对其性能的要求提高，因而相应的性能检测方法也经过了一个快速的发展过程，在检测的准确性和有效性方面都趋于成熟。

1金刚石复合片的性能金刚石复合片之所以应用如此广泛，主要是因为其具有其他材料无与伦比的优越的性能。

(1)高的硬度和耐磨性(磨耗比)。

复合片的硬度高达10 000 HV左右，是目前世界上人造物质中最硬的材料，比硬质合金及工程陶瓷的硬度高得多。

由于硬度极高，并且各向同性，因而具有极佳的耐磨性。

一般通过磨耗比来反映复合片的耐磨性，在20世纪80~90年代中期，复合片磨耗比为4~6万(国外为8~12万); 20世纪90年代中期至现在，复合片的磨耗比为8~30万(国外10~50万)。

(2)热稳定性。

复合片的热稳定性确定了其使用范围，复合片的热稳定性[2]即为耐热性，与其强度和磨耗比一样，是衡量PDC质量的重要性能指标之一。

耐热稳定性是指在大气环境(有氧气存在)下加热到一定的温度，冷却以后聚晶层化学性能的稳定性(金刚石墨化的程度)、宏观力学性能的变化和对复合层界面结合牢固程度的影响。

热稳定性的变化在750℃烧结以后，国内部分厂家产品表现为磨耗比上升5% ~20%，抗冲击韧性变化不大，部分厂家产品磨耗比下降，抗冲击性能下降，这与各个单位所采用的配方和工艺不同有关，国外复合片的磨耗比和抗冲击韧性烧结前后变化不大。

金刚石-铜复合材料界面调控与导热性能研究金刚石/铜复合材料界面调控与导热性能研究摘要金刚石/铜复合材料由于其出色的导热性能和机械强度，被广泛应用于工程领域。

然而，金刚石和铜之间的界面结构和相互作用对复合材料的性能有着重要影响。

本文通过界面调控技术，研究金刚石/铜复合材料的界面结构调控与导热性能，并对不同界面结构对复合材料性能的影响进行探讨。

研究结果表明，通过界面调控可以有效提升金刚石/铜复合材料的导热性能，实现界面的完全结合。

本研究为金刚石/铜复合材料的应用提供了有益的指导和理论基础。

关键词：金刚石/铜复合材料；界面调控；导热性能；界面结构一、引言金刚石/铜复合材料由于其出色的导热性能和机械强度，在工程领域得到了广泛应用。

金刚石具有极高的导热系数和硬度，而铜具有良好的导热性能和可加工性，两者的结合可以发挥其各自优势，满足高传热要求和机械强度。

因此，研究金刚石/铜复合材料的界面结构和相互作用，对于提高复合材料的导热性能具有重要意义。

二、界面调控技术金刚石和铜之间的界面结构和相互作用对于复合材料的导热性能和力学性能有着重要影响。

传统的金刚石/铜复合材料制备方法主要包括热压法和爆炸焊接法。

然而，这些方法在界面结构的控制和优化上存在一定的难度。

近年来，界面调控技术的发展为解决这一问题提供了新思路。

界面调控技术包括表面改性、界面结合剂和界面交联等方法。

表面改性通过改变金刚石表面的化学性质和形貌，增加其与铜的黏附力和界面结合强度。

界面结合剂通过在金刚石和铜之间添加过渡层或界面材料，增强其界面结合强度和稳定性。

界面交联通过界面掺杂、交联剂和界面交联反应等方式，提高金刚石/铜界面的结合力和导热性能。

三、导热性能研究金刚石/铜复合材料的导热性能直接影响材料的应用效果。

导热性能研究主要包括热导率和界面热阻的测量。

热导率是材料导热能力的指标，常用的测试方法包括热导率仪器测试和稳态热传导法等。

研究结果表明，通过界面调控可以显著提高金刚石/铜复合材料的热导率。

粉末冶金法制备铝基复合材料的研究一、本文概述本文旨在探讨粉末冶金法制备铝基复合材料的工艺过程、性能特点及其应用前景。

铝基复合材料作为一种新型的高性能材料，以其轻质、高强、耐磨、抗腐蚀等特性在航空航天、汽车制造、电子信息等领域具有广泛的应用价值。

粉末冶金法作为一种制备铝基复合材料的常用方法，具有工艺简单、成本低廉、材料利用率高等优点，因此受到了广泛的关注和研究。

本文首先介绍了铝基复合材料的基本概念和分类，概述了粉末冶金法制备铝基复合材料的原理和方法。

接着，详细分析了粉末冶金法制备过程中影响铝基复合材料性能的关键因素，包括粉末的选择、复合剂的添加、成型工艺、烧结工艺等。

在此基础上，本文进一步探讨了粉末冶金法制备铝基复合材料的性能特点，如力学性能、热学性能、电磁性能等，并分析了其在实际应用中的潜力和挑战。

本文总结了粉末冶金法制备铝基复合材料的研究现状和发展趋势，提出了未来研究的重点和方向。

通过本文的研究，旨在为铝基复合材料的制备和应用提供理论支持和实践指导，推动铝基复合材料在更多领域的应用和发展。

二、铝基复合材料的理论基础铝基复合材料作为一种先进的轻质高强材料，其理论基础主要建立在金属学、材料科学、复合材料力学以及粉末冶金学等多个学科的基础上。

铝基复合材料以其低密度、高比强度、良好的导热和导电性、出色的抗腐蚀性以及优异的可加工性而广受关注。

铝基复合材料的性能提升主要得益于增强相的选择与加入。

增强相可以是颗粒状、纤维状或晶须状，其种类和性能直接影响复合材料的力学、热学、电磁等性能。

常见的增强相包括SiC、Al₂O₃、TiC等陶瓷颗粒，以及碳纤维、玻璃纤维等。

这些增强相在铝基体中通过阻碍位错运动、提高基体强度等方式，显著提升了复合材料的综合性能。

铝基复合材料的制备工艺对其性能有着至关重要的影响。

粉末冶金法作为一种重要的制备工艺，通过控制粉末的粒度、形貌、分布以及烧结过程中的温度、压力等参数，可以实现对复合材料微观结构和性能的精确调控。

精密成形工程第15卷第12期表面改性技术研究现状甘国强1，韩震2，鲍建华1，WOLFGANG Pantleon3（1.合肥工业大学材料科学与工程学院，合肥 230009；2.中国兵器科学研究院宁波分院，浙江宁波 315000；3.丹麦技术大学，哥本哈根 2800）摘要：SiC颗粒增强铝基复合材料因具有高的比强度、比刚度、耐磨性及较好的高温稳定性而被广泛应用于航空航天、电子、医疗等领域，但由于SiC颗粒高熔点、高硬度的特点以及SiC颗粒与铝基体间存在界面反应，碳化硅铝基复合材料存在加工性差、界面结合力不足等问题，已无法满足航天等领域对材料性能更高的要求，因此开展如何改善基体与颗粒之间界面情况的研究对进一步提升复合材料综合性能具有重要的科学意义。

结合国内外现有研究成果，总结了SiC颗粒与铝基体界面强化机制、界面反应特点、表面改性技术原理及数值建模的发展现状，结果表明，现有经单一表面改性方法处理后的增强颗粒对铝基复合材料性能的提升程度有限，因此如何采用新的手段使复合材料性能进一步提升将成为后续研究热点，且基于有限元数值模拟方法进行复合材料设计也是必然趋势。

最后针对单一强化性能提升有限的问题，提出了基于表面改性的柔性颗粒多模式强化方法，同时针对现有的技术难点展望了后续的研究方向，以期为颗粒增强复合材料的制备提供理论参考。

关键词：碳化硅颗粒；表面改性；复合材料；模拟；界面DOI：10.3969/j.issn.1674-6457.2023.12.008中图分类号：TB333 文献标识码：A 文章编号：1674-6457(2023)012-0058-10Research Status of Particle Interface Modification Technology for Silicon CarbideParticle Reinforced Aluminum Matrix CompositesGAN Guo-qiang1, HAN Zhen2, BAO Jian-hua1, WOLFGANG Pantleon3(1. School of Materials Science and Engineering, Hefei University of Technology, Hefei 230009, China;2. Ningbo Branch of China Academy of Ordnance Science, Zhejiang Ningbo 315000, China;3. Technical University of Denmark, Copenhagen 2800, Denmark)ABSTRACT: SiC particle reinforced aluminum matrix composites are widely used in aerospace, electronics, medical and other fields due to their excellent properties such as high specific strength, high specific stiffness, high wear resistance, and high tem-perature stability. However, due to the high melting point and high hardness of SiC particles, as well as the interface reaction between silicon carbide reinforced particles and aluminum matrix, SiC aluminum matrix composites have problems such as poor收稿日期：2023-09-03Received：2023-09-03基金项目：安徽省重点研究与开发计划（JZ2022AKKG0100）Fund：Anhui Provincial Key Research and Development Project (JZ2022AKKG0100)引文格式：甘国强, 韩震, 鲍建华, 等. 碳化硅颗粒增强铝基复合材料颗粒表面改性技术研究现状[J]. 精密成形工程, 2023, 15(12): 58-67.GAN Guo-qiang, HAN Zhen, BAO Jian-hua, et al. Research Status of Particle Interface Modification Technology for Silicon第15卷 第12期 甘国强，等：碳化硅颗粒增强铝基复合材料颗粒表面改性技术研究现状59processability and insufficient interfacial adhesion. It is no longer possible to meet the requirements for material performance in fields such as national defense and aerospace. Therefore, studying the ways to improve the interface between particles and ma-trix is of great scientific significance for improving the comprehensive performance of composite materials. In combination with existing research results at home and abroad, the interface strengthening mechanism, interface reaction characteristics, existing surface modification technology principles and numerical simulation development status of SiC reinforced particles and alumi-num matrix composites were summarized. The results showed that the performance improvement of reinforced particle alumi-num matrix composites after strengthening was limited after being treated with a single surface modification method. Therefore, how to adopt new methods to improve the performance of composite materials will become a hot research topic in the future, and the design of composite materials based on finite element numerical simulation methods is also an inevitable trend. Finally, in response to the limited improvement of single strengthening performance, the author proposes a flexible particle multimodal strengthening method based on surface modification, and looks forward to future research directions in response to existing technical difficulties, hoping to provide theoretical reference for the preparation of particle reinforced composite materials. KEY WORDS: SiCp; surface modification; composite material; simulation; interface碳化硅颗粒增强铝基复合材料是以碳化硅颗粒（SiCp ）作为增强相，以铝或铝合金作为基体的一种复合材料，因具有密度和价格成本低、高温性能良好、耐腐蚀耐磨及比强度和比弹性模量高等特点，已成为热门的新型结构材料之一，现已广泛应用于航空航天、电子、汽车及体育等多个领域，如汽车刹车盘、发动机缸体活塞等结构件中。

2024年单晶金刚石市场分析现状引言单晶金刚石是一种高性能材料，在工业生产和科学研究领域有着广泛的应用。

本文将对单晶金刚石市场的现状进行分析，旨在帮助读者更好地了解该市场。

市场规模据统计数据显示，单晶金刚石市场在过去几年经历了稳定增长。

其市场规模从2015年的XX亿美元增长到2020年的XX亿美元。

预计未来几年，单晶金刚石市场规模将继续扩大。

应用领域单晶金刚石在各个领域都有广泛的应用。

以下是几个主要的应用领域：工业领域单晶金刚石在工业领域的应用非常广泛，特别是在切削工具和磨具制造方面。

单晶金刚石具有优异的硬度和耐磨性，可以用于加工高硬度材料，如金属和陶瓷。

此外，单晶金刚石还可用作石油钻头、纺织机械零部件等。

能源领域随着可再生能源的不断发展，单晶金刚石在能源领域的应用也越来越重要。

单晶金刚石可以作为太阳能电池板、光学器件等的基板材料，具有优异的导热性和光学性能。

科学研究领域单晶金刚石在科学研究领域有着重要的地位。

由于其良好的机械性能和热导性能，单晶金刚石可用于制作高精度的实验仪器和高功率激光装置。

市场竞争单晶金刚石市场存在着激烈的竞争。

目前市场上有许多公司生产和销售单晶金刚石产品。

这些公司包括著名的韩国公司、美国公司和中国公司等。

它们通过不断提高产品质量、降低产品价格和加大产品研发力度来争夺市场份额。

市场趋势在未来几年，单晶金刚石市场将继续呈现以下趋势：1.技术创新：随着科技的进步，单晶金刚石制造技术将不断创新。

新的生产技术和加工技术将提高单晶金刚石产品的质量和性能。

2.应用拓展：单晶金刚石在新兴行业的应用将不断拓展。

特别是在新能源、航空航天等领域，单晶金刚石的需求将大幅增长。

3.国际合作：不同国家的企业将加强合作，共同开发单晶金刚石市场。

各国企业在技术、资金和市场等方面的合作将成为未来的趋势。

总结单晶金刚石市场在过去几年取得了稳定增长，并且具有广阔的应用前景。

随着技术创新和市场需求的不断增加，单晶金刚石市场有望进一步扩大。

高耐热性金刚石复合材料的高压合成及其物相研究贾洪声;贾晓鹏;马红安;茹红强;朱品文;刘宝昌;鄂元龙;叶超超;左斌;李季;李海波【摘要】如何提高金刚石等超硬材料的耐热性对其应用具有着重要意义.本文报道了在高温高压 (HPHT, 5~6 GPa, 1620~1720 K, 3~5 min) 烧结条件下块体金刚石复合材料 (D-cBN-B4C-Co-Al-Si) 的合成和表征工作.实验结果表明,在烧结样品中存在金刚石,cBN, B4C, BxSiC, AlCo, AlN等物相.值得注意的是,合成样品的初始氧化温度为1520 K,其值远远高于金刚石,cBN和B4C的初始氧化温度.高热稳定性归因于在烧结过程中形成B—C、C—Si共价键和BxSiC固溶体.该项研究获得的成果有助于制备具有耐高温的复合超硬材料.%In industry application, increasing the heat resistance of the diamond - based material is of great significance. Here,B4C,Co,Al and Si were used as sintering additives for thefabrication of bulk diamond composites (PCD) at high temperature and high pressure (HPHT,5~6 GPa,1 620 ~1 720 K for 3 ~5 min). The X-ray diffraction characterization results show that the diamond, cBN, B4C, BxSiC, AlN and CoAl alloy can be found in the sintered sample. It is noteworthy that the onset oxidation temperature of sintered sample is about 1 520 K,which is much higher than that of diamond,cBN and B4C. The covalent bonds of B—C, Si—C and the solid-solution of BxSiC are the key to enhance high heat resistance of thesample. The obtained results in this work may be useful to prepare superhardcomposite materials with high heat resistance.【期刊名称】《材料与冶金学报》【年(卷),期】2018(017)001【总页数】4页(P42-45)【关键词】高温高压;金刚石复合材料;烧结;高耐热性【作者】贾洪声;贾晓鹏;马红安;茹红强;朱品文;刘宝昌;鄂元龙;叶超超;左斌;李季;李海波【作者单位】吉林师范大学功能材料物理与化学教育部重点实验室,吉林四平136000;东北大学材料科学与工程学院,沈阳110819;吉林大学超硬材料国家重点实验室,长春130012;吉林大学超硬材料国家重点实验室,长春130012;东北大学材料科学与工程学院,沈阳110819;吉林大学超硬材料国家重点实验室,长春130012;吉林大学超硬材料国家重点实验室,长春130012;吉林师范大学功能材料物理与化学教育部重点实验室,吉林四平136000;东北大学材料科学与工程学院,沈阳110819;吉林师范大学功能材料物理与化学教育部重点实验室,吉林四平136000;吉林师范大学功能材料物理与化学教育部重点实验室,吉林四平136000;吉林师范大学功能材料物理与化学教育部重点实验室,吉林四平136000【正文语种】中文【中图分类】TQ164作为超硬材料的代表，金刚石，立方氮化硼(cBN)和碳化硼(B4C)在石油，地质，航空，机械，冶金，电子等领域[1-7]具有广泛的应用.然而，各有应用限制和不足，单晶金刚石在含氧的环境气氛中具有较差的热稳定性(953 K)，并且易与铁系材料反应，cBN具有优异的耐热性(1 376 K)和化学惰性，但其硬度(50 GPa)仅为金刚石(60～120 GPa)的一半[8-9]，相应的商业使用的金属黏合剂的聚晶cBN和金刚石(PCD)，性能更低.B4C具有金刚石结构，并且其硬度仅次于金刚石和cBN，接近恒定的高温硬度(>30 GPa)，但其较差的抗氧化能力(873 K)限制了其应用.因此，寻找具有出色综合性能的新超硬材料，突破金刚石，cBN和B4C的限制具有重要的现实意义.到目前为止，许多工作一直专注于如何提高金刚石和其他超硬材料的热稳定性.例如，在19 GPa/2 300 K下合成的半透明块状金刚石-cBN合金，在空气中的开始氧化温度达到1 070 K[10].在 20 GPa/2 273 K 下合成的纳米孪晶金刚石为1 253 K[11].超硬聚合氮化硼复合材料(ABNNCS)耐热性是1 600 K[12].8 GPa/2 300 K条件下制备的亚微米聚晶cBN复合片为1 525 K；15 GPa/2 073 K 条件下制备的纳米孪晶cBN为1 525 K，这些都高于单晶cBN(1 376 K)，纳米颗粒cBN(1 460 K)和商业用的聚晶cBN(1 273 K)[13].以上报道的在空气中具有高耐氧化温度的超硬材料是极有吸引力的，但制备这些材料需要极端的条件，所以很难广泛应用于工业.在适当的条件下制备起始氧化温度高的超硬材料 (5～6 GPa，1 620～1 720 K) 是非常有意义的.根据B，C，N和Si 原子结构和成键特征，他们彼此更容易成键.B4C的硼和碳原子的原子半径与金刚石和cBN接近，主要由共价键结合.使用具有B和C原子的B4C对形成金刚石/ cBN复合材料有一定作用，可能会提高复合材料的热稳定性.另外，Si对金刚石烧结添加剂的影响是众所周知的，在PCD中存在碳化硅的形式可以防止金刚石氧化[14-15].另外，采用金属陶瓷助剂兼具材料的硬度的同时，能保持较高的韧性.基于此，我们采用亚微米尺度原材料(金刚石、cBN、B4C，Al，Co和Si)，在高温高压条件下制备D-cBN-B4C-Al-Co-Si复合材料.与此同时，将对其相结构、热稳定性、烧结形貌和金刚石复合材料的烧结复合机理进行讨论分析.1 实验1.1 样品制备所有样品均在SPD 6×14 MN立方砧高压装置(六面顶液压机)中合成.将金刚石，立方氮化硼和碳化硼粉末(平均粒径分别为0.5 μm，0.25 μm，2～3 μm)，Co，Al和Si粉末(粒径：50 nm，1～2 μm和1 μm)作为起始材料.根据cBN和金刚石的特性(高耐热性和高硬度)，使用cBN和金刚石作为骨架材料(占试样总质量的80%).为了保持烧结体系的硬度，尽可能选择少量的中介材料.图1 实验组装示意图Fig.1 Schematic diagram of experimental assembly 1—混合粉末； 2—绝缘片； 3—石墨加热管； 4—石墨片； 5—铜片； 6—导电钢帽；7—叶蜡石复合块.基于上述考虑，使金刚石，立方氮化硼，碳化硼，Co，Al和Si的质量比为60∶20∶5∶5∶5∶5.首先将所有粉末混合2 h直至均匀，并将1.9 g混合样品在5 MPa下预压，然后在500 ℃下真空热处理0.5 h.其次，将预加载后的原料混合物放入石墨管中，并将所有部件放入32.5 mm×32.5 mm×32.5 mm的叶蜡石复合块中进行高温高压烧结.组装截面图如图1所示.之后，将样品在空气环境下保持5.2 GPa，1 620～1 720 K和3～5 min，最后缓慢冷却至室温，减压至环境压力，得到直径为14.5 mm，厚度为5 mm的金刚石复合材料样品.1.2 样品表征为了讨论烧结机理和性能，将所有样品抛光，断裂并净化用于测量.采用X射线衍射仪(XRD，Rigaku PC2500 ，日本)研究样品的相组成，测试范围及条件为：10°～90°，Cu-Kα辐射(λ= 1.5418 A)，30 kV和100 mA.通过维氏硬度计(Wilson VH1150，USA)测试了抛光样品表面的维氏硬度HV，测试条件为98 N施加载荷15 s.使用同步热分析仪(DSC / TG-DTA，NETZSCH STA 449 F5，德国)在300至1 700 K的加热速率下空气环境中进行抗氧化性测试.采用场发射扫描电镜(FE-SEM, JEOL JSM-7800F, 日本)观察了烧结样品的微观组织形貌，采用阿基米德测试方法测定了烧结样品的密度.2 结果与讨论2.1 XRD的物相结构表征为了研究烧结体系中组分的形态和反应机理，通过XRD对原料混合粉末烧结后得到的复合材料的表面进行了表征.由XRD图谱(见图2)可以发现，金刚石没有发生石墨化现象，金刚石和cBN还是以硬质相存在于样品中.而烧结样品中产生了AlN 和BxSiC的固溶体相，原因在于，在HPHT条件下(5.2 GPa，1 620～1 720 K，3～5 min)，在起始材料中Si、B和C之间会发生很强的化学反应.(1)、(2)：Bx+Si+C→BxSiO(1)Al+N→AlN(2)同时，对比以前的工作分析认为，在烧结过程中形成了B—C、C—Si共价键，其中，Bx来自于B4C的分解和cBN中的B[16].在该工作中获得的结果可能有助于制备具有高热稳定性的复合超硬材料.另外，烧结样品中少量的钴铝合金以金属陶瓷的状态分布在硬质相颗粒晶界，有利于复合材料韧性的提高.图2 金刚石复合材料样品的XRD图Fig.2 XRD pattern of diamond composite material2.2 硬度及抗氧化性表征通过维氏硬度计测得抛光样品表面的维氏硬度HV的平均值为37±2 GPa.作为复合材料，表现出了较好的性能.抗氧化性是指金属材料在高温抵抗氧化性气氛腐蚀作用的能力.金刚石复合材料样品的热稳定性(抗氧化性)使用同步热分析仪(DSC / TG-DTA)在空气气氛下测试.从热重TG分析曲线确定了起始氧化温度为1 520 K，高于金属助剂烧结的聚晶金刚石(PCD，869 K)，聚晶立方氮化硼(1 273 K)，碳化硅(1 273 K)和金刚石-立方氮化硼合金(1 070 K)[10-11].不同超硬材料的起始氧化温度如图3(a)所示.图3 金刚石复合材料氧化温度及TG曲线Fig.3 The onset oxidationtemperature and gravimetric curve of the diamond compositematerial(a)—不同超硬材料的起始氧化温度；(b)—本研究中金刚石复合材料的热失重量TG曲线2.3 微结构形貌的FE-SEM表征图4 在5.2 GPa/1 680 K，保持5 min烧结样品不同倍数的SEM照片.Fig.4 The different time of SEM image of sintered sample under 5.2 GPa/1 680 K at 5 min为了更清楚地观察样品的复合结构形貌，通过FE-SEM观察了在5.2 GPa/1 680 K，5 min条件下烧结D-cBN-B4C-Al-Co-Si复合材料的原始横截面微观结构，如图4所示.在高温高压烧结之后，初始金刚石，cBN、Al、Co、Si和B4C颗粒最后形成了致密的结构形貌，未发现“架桥”、“气孔”等宏观缺陷；放大倍数后可以看出颗粒分布较均匀，粒径大小基本一致，各相的形貌趋于一致.样品测试的平均密度为3.53 g/cm3，与金刚石和立方氮化硼的理论密度(金刚石为3.52 g/cm3，立方氮化硼为3.48 g/cm3)甚为接近.3 结论在相对低的条件(5.2 GPa，1 620～1 720 K，3～5 min)下成功制备了具有高热稳定性的D-cBN-B4C-Al-Co-Si复合材料.TG结果表明，D-cBN-B4C-Al-Co-Si复合材料的起始氧化温度为1 520 K，比初始材料包括金刚石，cBN和B4C高得多.高热稳定性的机理可解释为在烧结样品中存在B—C、Si—C共价键及BxSiC固溶体.参考文献：[1] Bovenkerk H P, Bundy F P, Hall H T, et al. Preparation of diamond[J]. Nature, 1959, 184(4693): 1094-1098.[2] Altukhov A A, Afanas'Ev M S, Kvaskov V B, et al. Application of diamondin high technology[J]. Inorganic Materials, 2004, 40(1): 50-70.[3] Koizumi S, Watanabe K, Hasegawa M, et al. Ultraviolet emission from a diamond pn junction[J]. Science, 2001, 292 (5523): 1899-1901.[4] Ekimov E A, Sidorov V A, Bauer E D, et al. Superconductivity in diamond[J]. Nature, 2004, 428(6982): 542.[5] Tillmann W. Trends and market perspectives for diamond tools in the construction industry[J]. Int. International Journal of Refractory Metals & Hard Materials, 2000, 18 (6): 301-306.[6] Tian Y, Xu B, Zhao Z. Microscopic theory of hardness and design of novel superhard crystals[J]. International Journal of Refractory Metals & Hard Materials, 2012, 33(33): 93-106.[7] Xu B, Tian Y. Superhard materials: recent research progress and prospects[J]. Science China Materials, 2015, 58(2): 132-142.[8] Wang P, He D W, Wang L P, et al. Diamond-cBN alloy: A universal cutting material[J]. Applied Physics Letters, 2015, 107(10)： 51-139. [9] Solozhenko V L, Kurakevych O O, Godec Y L. Creation of nanostuctures by extreme conditions: high-pressure synthesis of ultrahard nanocrystallinecubic boron nitride[J]. Advanced Materials, 2012, 24(12): 1540-1544.[10] Liu G, Kou Z, Yan X, et al. Submicron cubic boron nitride as hard as diamond[J]. Applied Physics Letters, 2015, 106(12): 51.[11] Huang Q, Yu D, Xu B, et al. Nanotwinned diamond with unprecedented hardness and stability[J]. Nature, 2014, 510(2): 23-23. [12] Dubrovinskaia N, Solozhenko V L, Miyajima N, et al. Superhardnanocomposite of dense polymorphs of boron nitride: noncarbon material has reached diamond hardness[J]. Applied Physics Letters, 2007, 90(10): 101912-101912-3.[13] Sumiya H, Uesaka S, Satoh S. Mechanical properties of high purity polycrystalline cBN synthesized by direct conversion sintering method[J]. 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金刚石复合片的现状及新的应用范围
赵尔信
【期刊名称】《超硬材料工程》
【年(卷),期】2016(028)002
【摘要】国产金刚石复合片的水平已有大幅度提高，但与国外复合片相比，仍有差距，主要是复合片热性能较差，为此采用有效技术措施，进行脱钴技术的研究。

为充分发挥复合片的性能，研究一种复合片与牙轮的组合式钻头，已在页岩气钻进中发挥了显著的作用。

【总页数】4页(P50-53)
【作者】赵尔信
【作者单位】北京探矿工程研究所，北京 100083
【正文语种】中文
【中图分类】TQ164
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铝基复合材料国内外技术水平及应用状况1 铝基复合材料种类和制备方法按照不同的增强体，铝基复合材料分为纤维增强和颗粒（直径在0.5——100μm之间的等轴晶粒）增强、晶须增强铝基复合材料。

常用的增强颗粒主要包括SiC、Si3N4、Al2O3、TiC、TiB2、A1N、B4C以及石墨颗粒或者金属颗粒等。

常见的几种铝基复合材料的制备工艺有粉末冶金法、压力浸渗工艺、反应自生成法、高能高速固结工艺、半固态搅拌复合制造、喷射沉积法、搅拌摩擦加工法及球磨法制备纳米碳管增强铝基复合材料等。

TiB2/A1复合材料的制备方法较多，主要有喷射沉积法、LSM、XDTM、挤压铸造、接触反应法、自蔓延高温合成法和反应机械合金化及粉末冶金法等。

常见的几种铝基复合材料的制备工艺，如表1所示。

2 铝基复合材料国内外技术发展水平2.1 国外铝基复合材料技术发展水平铝基复合材料的研究开始于20世纪50年代，近20年来无论从理论上还是技术上都取得了较大进步。

各国在研发上都投入了大量的人力物力，它是金属基复合材料中被研究多的和主要的复合材料。

目前开发的铝基复合材料主要有SiC/Al、B/Al、BC/A1、Al2O3/Al等，其中，B/Al复合材料发展快，目前美国能制造2m以上的各种B/Al 型材、管材等，这些材料用于航空器上，可使质量减轻20%。

铝基复合材料已经广泛用于制造歼灭机、直升机等大飞机的机翼、方向舵、襟翼、机身及蒙皮等部件。

美国麦道公司在F-15战斗机上使用1.8——2.25t纤维增强铝基复合材料（FRM），使战斗机质量减轻2%。

前苏联航空材料研究所把硼纤维增强铝基复合材料用于安-28、安-72型飞机机体结构上，在提高可靠性的同时，零件质量减轻25%——40%。

但长期以来，由于铝基复合材料还存在着制备工艺复杂，对环境和设备要求严格，成本很高等缺点，因此，其应用还不普遍。

采用粉末冶金生产颗粒增强铝基复合材料的厂家主要有3大公司：美国的DWA Aluminum Composite、Alyn公司和英国的Aerospace Metal Composites（AMC）公司。