人造金刚石的提纯——Ⅰ.一氧化铅催化氧化法清除石墨杂质的研究

本文研究了一氧化铅催化氧化石墨的最佳条件,并试用于人造金刚石的提纯,此法较通用的高氯酸法具有安全、快速、成本低、处理量大等优点,此法在处理贵阳六砂、哈砂和我校试验工厂的合成棒的过程中取得了良好的效果。     

高温高压下无定形碳向金刚石结构转变的研究

碳素材料是合成金刚石的原料。人们对熔媒参与下,石墨向金刚石转变研究得最多,并对这一转变过程提出了不同的解释。本文以无定形碳为碳源,来探讨其向金刚石的转变过程。通常使用石墨而不用无定形碳作碳源来合成金刚石,其原因在于无定形碳不具备直接转变成金刚石所必须的结构。实验表明:无定形碳向金刚石转变必须经过石墨化。无定形碳的石墨化过程是:构成三维排列的石墨晶体结构和石墨晶粒的长大。     

高温高压下石墨变金刚石的晶粒对应关系和提高合成金刚石粒度与强度的一个途径

石墨直接转化为金刚石的微观机理认为,石墨晶体并不需要拆散成单个原子,就可以整体地转化成金刚石晶体。在一般磨料级生产的工艺中,石墨转化成金刚石的主要方式是直接转变。因此,选用石墨化程度高、晶粒大、晶形较完整缺陷少的石墨,将有可能合成晶粒较大、晶形较好、强度较高的金刚石。本文从实验上证实了这种对应关系,并由此提出提高粒度和强度的一个途径。     

射频磁控溅射沉积系统制备BCN薄膜的研究（英文）

在自然界中,金刚石是最硬的一种材料,但把金刚石高温暴露在空气中时变得容易被氧化,所以在该条件下它不能用来做成切割工具。立方氮化硼有许多优异的特性,但它的内应力比较大,很大程度上影响了它在工业生产上的发展。人们期望能够合成出一种新的三元化合物硼碳氮材料,并且希望这种化合物既具有金刚石和c-BN的优点而且还能克服2种物质原有的缺点。采用射频磁控溅射方法,以石墨靶材和甲烷气体作为碳源,通过调控石墨靶功率在硅基片上沉积非晶B-C-N薄膜。利用傅里叶变换红外光谱(FTIR),原子力显微镜(AFM),X射线衍射(XRD),台阶仪等表征手段,分别对B-C-N薄膜的表面形貌粗糙度、成键、沉积速率进行分析。     

多晶石墨材料中的微晶与人造金刚石的合成

本文测量了合成金刚石用的几种多晶石墨材料的微晶尺寸和石墨化程度。结果表明:样品的石墨化程度与微晶尺寸没有直接关系。用透射电镜观测到了人造多晶石墨材料中类金刚石结构的微晶的存在。静压法合成金刚石的结果表明:除去工艺方面的原因外,人工合成金刚石的晶粒大小与石墨材料中微晶的尺寸有关。     

高温高压下石墨变金刚石的结构转化机理

本文从容观事物内部矛盾的斗争及其在特定条件下可以相互转化这一基本观点出发,从分析石墨、金刚石和触媒物质三者的结构和原子间的相互作用入手,提出了一个高温高压下石墨变金刚石的结构转化机理。 本文认为,在一定条件下,石墨中碳原子的sp~2π杂化状态可以转化为sp~3杂化状态,从而使石墨变成金刚石。这就是石墨具有在一定条件下可以转变成金刚石的内在矛盾性,也是结构转化机理的理论基础。由此出发,说明在一定条件下,石墨既可以通过溶解扩散过程,又可以通过直接转变过程转变成金刚石,并给出了在无触媒及有触媒作用的情况下,石墨转化为金刚石的微观机理图象。提出了如何选择触媒与石墨的指导原则。同时还提出了一个在目前生产金刚石常用的合成方法中,如何进一步提高晶粒度和强度的途径。     

聚晶用石墨发热体的煅烧温度对聚晶相对耐磨性的影响

本文通过对聚晶金刚石用石墨发热体煅烧后吸附及压缩性能的观测,对比了以煅烧和未煅烧石墨发热体合成聚晶金刚石的相对耐磨性,结果表明以煅烧后石墨发热体合成的聚晶金刚石的相对耐磨性比未煅烧者高几倍,最高相对磨耗比达10万以上,改善了聚晶金刚石的性能,同时也从一个侧面为制造合成聚晶金刚石专用石墨提供了依据。     

基于金刚石热历史的超硬磨具激光增材制造工艺与组织性能优化

超硬磨具激光增材制造过程中,金刚石极易受到激光直接辐照和高温熔池的影响,出现石墨化等热损伤现象.选取典型的金刚石磨具用金属结合剂CuSn10粉末,采用粉末床熔融（Powder Bed Fusion-laser Beam,PBF-LB）技术制备CuSn10-金刚石复合材料;围绕高能激光束和高温熔池两个影响增材制造过程中金刚石颗粒性能的关键因素,以单颗金刚石颗粒为研究对象,通过有限元模拟分析构建金刚石颗粒的温度场模型,反映了金刚石颗粒在PBF-LB中的热演化过程;阐明了PBF-LB过程金刚石的热损伤机制,发现金刚石发生石墨化转变并不是由激光的直接辐照造成的,而是由高温熔池的热影响导致,CuSn10-金刚石复合材料在PBF-LB过程中石墨化的临界温度为1 491.6 ℃. 建立了PBF-LB工艺-金刚石颗粒温度-石墨化程度-摩擦磨损性能的定量关系,发现随着金刚石颗粒温度的增加,其石墨化程度增加,严重损害了复合材料的摩擦磨损性能.     

炸药爆轰合成超微金刚石的数值模拟

在相变模型基础上对炸药爆轰过程中超微金刚石的合成进行数值模拟，用简单反应速率函数估算炸药爆轰反应区的热力学参数，用动力学有限元程序DYNA2D模拟爆轰产物的膨胀过程，按均匀成核和长大两步模拟爆轰过程中游离碳相变成金刚石的过程，同时考虑金刚石在爆轰产物膨胀过程中的石墨化。计算了不同装药条件和保护条件下金刚石的成核率，长大线速度，石墨化率，金刚石得率及粒径分布等信息，对计算结果进行分析和讨论。     

触媒静压法合成金刚石的机理问题

对太原市晋阳金刚石厂触媒静压法合成金刚石的专用石墨、触媒和合成产物进行了观测。看到有的金刚石生长在石墨中,也有的金刚石生长在触媒上。依照扫描电镜的形貌观察,我们认为,此种材料和工艺生产的金刚石,其形成机理是“直接转化说”、“溶剂说”二者都符合。文章的最后还提出了我们的工艺改进意见。     

石墨改性Ni60A钎焊金刚石机理及其力学性能研究

针对Ni60A制备钎焊金刚石砂轮时金刚石热损伤严重、砂轮基体变形严重等问题,采用不同质量分数的石墨改性Ni60A钎焊金刚石,研究了石墨对Ni60A钎焊金刚石成型机理及力学性能的影响.结果表明,Ni60A中添加石墨钎焊金刚石,经王水腐蚀后,金刚石表面形成Cr_3C_2(片状)、Cr_7C_3(柱状中空)、共晶石墨(丝状)和金属化合物;随着Ni60A中石墨含量增加,金刚石表面形成石墨和非晶态碳的含量、金刚石内残余应力(拉应力和压应力)的最大值均减小,钎焊层的硬度降低;钎焊层组织为γ-Ni固溶体以及均匀分布的金属化合物和无序分布的石墨.     

硼含量对合成金刚石的颜色和热稳定性的影响

研究了金刚石中硼含量对金刚石的颜色和耐热性能的影响。以石墨和触媒粉末作原料,用硼酸作为添加剂,在高温高压下合成出含硼金刚石。用原子发射光谱定量分析法检测金刚石中硼原子的含量;采用动态空气流条件下的热重和差示扫描量热方法对金刚石进行了热稳定分析,用体视显微镜观察金刚石的颜色。结果表明:合成金刚石的初始氧化温度超过840℃,最高达到920℃;1200℃时,热失重率在58%~94%之间,放热峰值在990℃~1135℃之间;随着硼含量的增加,金刚石的颜色由黄变黑,热稳定性提高。当控制硼元素的含量低于30×10-6时,可以合成出热稳定性高的黄色透明金刚石。     

电镀晶种法合成金刚石单晶实验研究

目的寻求一种合成金刚石大单晶的有效方法。方法采用在金刚石单晶上面电镀一层金属镍膜作为触媒,镀有镍膜的金刚石晶种被规则地放在石墨片上预先刻好的洞中,每两个洞之间保持相等的间距,然后与其他石墨片交替组装在高温高压下进行实验合成。结果实验结果表明,在合成压力、温度和时间分别~5.8 GPa、~1 460℃和14 min的条件下,合成后的单晶尺寸约是原晶种的3倍。与传统的合成工艺相比较,合成后的金刚石单晶具有较好的形貌与质量。结论采用电镀晶种法合成对高品级金刚石大单晶的合成具有一定参考意义。     

高膨胀体积无硫可膨胀石墨的制备与表征

以天然鳞片石墨为原料,高氯酸为插层剂,高锰酸钾为氧化剂,采用化学氧化法制备无硫可膨胀石墨,利用正交试验方法优化出最佳工艺条件为C∶KMnO_4∶HClO_4(g∶g∶m L)=1∶0.4∶7,反应温度为30℃,反应时间为70 min,在此条件下制备得到的可膨胀石墨的膨胀体积达390 m L/g。相关影响因素的大小依次为反应温度、高锰酸钾用量、反应时间、高氯酸用量。对制备样品进行SEM表征可知,可膨胀石墨的层间距明显大于天然鳞片石墨的层间距,膨胀石墨具有蠕虫状结构,表面具有很多孔隙,以大、中孔为主。FTIR测试表明,高氯酸插入到了石墨层间。     

爆轰过程中游离碳的状态研究

目的 研究高密度负氧平衡炸药爆轰过程中游离碳的状态。方法 结合爆轰合成纳米金刚石数值结果以及对固相爆轰产物的实验研究,对爆轰过程中游离碳的状态进行讨论。用具有明确物理意义和纯石墨,金刚石,超微金刚石和类液碳的状态方程对多种炸药的爆速进行计算。结果与结论 用超微金刚石和类液碳的状态方程比用纯石墨和金刚石的状态方程预报的炸药爆轰参数更接近实验值,证明高密度负氧平衡炸药爆轰时ＣＪ点上游离碳主要是以液态或     

关于合成金刚石用的石墨材料的实验研究

本文是对合成金刚石用的石墨进一步研究的实验报告。通过Ni-Mn、Ni、Co三种触媒对HSM、D-215、SM-1、SK-2等不同牌号石墨的实验探索,再一次地肯定了做为合成金刚石的炭素材料,HSM牌号石墨仍具有较为明显的优越性。 本报告除了再述我们原来对石墨晶粒的半微观观测结果之外,还涉及到对石墨的X-射线微观结构分析。这些有趣的结果不但有助于我们去揭示HSM石墨之所以能做为合成金刚石较好原料的内在原因,而且对于专用石墨的试制工作也可以提供一些参考。     

超硬纳米类金刚石膜的结构特点及其形成机制的探讨

研究了超硬碳膜的力学性质、波谱性质及结构性质 ,指出有一种无氢类金刚石膜是由石墨碎片、布基葱和金刚石晶粒以新型的共价键组成的网架结构 ,具有良好的力学性能 .由于石墨碎片中的π键变形 ,石墨碎片和布基葱边缘的不饱和悬键与金刚石晶粒周围的悬键结合成新型的共价键 .金刚石晶粒只能由激发态碳原子在非平衡重组过程中产生 ,而石墨碎片既可以在碳原子重组过程中产生 ,也可以在蒸发石墨过程中产生 .     

“点石成金”——黑小子变成稀世宝

金刚石如此昂贵,人们就想着如何来人工制造金刚石。这就自然地想到了金刚石的“孪生”兄弟——石墨了。自然界中石墨是很丰富的。但是要使石墨中的碳变成金刚石那样排列的碳,不是那     

合成金刚石用触媒合金的组织结构

研究了Ｎｉ７０Ｍｎ２５Ｃｏ５触媒合金合成金刚石前后的组织结构。结果表明，合成金刚石前，触媒合金是冷加工纤维组织，单相奥氏体合金；合成金刚石后，触媒合金的组织为铸态，合金中存在奥氏体相、金刚石相、石墨相和碳化物Ｍ３Ｃ相。     

石墨衬底生长高质量金刚石膜的优势

石墨衬底上可以沉积出晶体取向性较强的(220)织构的金刚石膜,这种金刚石膜的热导率高、断裂强度大;石墨衬底上沉积金刚石形核致密、速度快;石墨上沉积的金刚石膜纹理缺陷少。对石墨衬底的这些优势做了比较详尽的分析。