金刚石复合片的合成工艺技术研究
金刚石复合片的合成工艺技术研究
金刚石复合片是一种由金刚石和其他材料组成的复合材料，在工业领域中具有广泛的应用。金刚石作为一种硬度极高的材料，具有优异的耐磨性和耐高温性能，然而其脆性较高，容易发生裂纹和断裂。为了克服金刚石的脆性问题，提高其使用寿命和工作性能，研究人员开始探索金刚石与其他材料的复合加工技术。
金刚石复合片的合成工艺技术主要包括三个步骤：底材制备、金刚石合成和金刚石复合。
底材的选择对金刚石复合片的性能具有重要影响。常见的底材有硬质合金、陶瓷和金属等。硬质合金底材具有较高的硬度和耐磨性，能够提供良好的支撑作用；陶瓷底材具有优异的耐高温性能，能够有效减少金刚石与底材之间的热膨胀不匹配问题；金属底材则具有良好的导热性能，能够提高金刚石复合片的散热能力。底材的制备需要考虑其与金刚石的化学相容性和热膨胀系数等因素。
金刚石的合成是金刚石复合片制备的关键步骤。金刚石的合成方法主要有高温高压合成法、化学气相沉积法和热解石墨法等。高温高压合成法是目前最常用的金刚石合成方法，通过在高温高压条件下使石墨转变为金刚石。化学气相沉积法采用化学气相沉积技术，在金属基底上沉积金刚石薄膜。热解石墨法则是将石墨材料加热至高温，使其分解生成金刚石。这些合成方法各有优缺点，需要根据具
体应用需求选择合适的方法。
金刚石复合是将金刚石与底材进行连接，形成一体化的金刚石复合片。金刚石与底材之间的连接方式有焊接、电镀和粘结等。焊接是将金刚石与底材进行熔接，形成强固的连接。电镀是在底材表面电镀一层金属，然后将金刚石镶嵌在金属层上。粘结则是使用粘合剂将金刚石与底材粘结在一起。这些连接方式各有优劣，需要根据具体应用场景进行选择。
金刚石复合片的制备过程中还需要考虑金刚石的配比和制备工艺参数等因素。金刚石的配比可以根据具体应用需求进行调整，以获得最佳的性能。制备工艺参数包括温度、压力、时间等，对金刚石的合成和复合过程具有重要影响。合理选择和控制这些参数，能够提高金刚石复合片的质量和性能。
金刚石复合片的合成工艺技术研究是一项复杂而关键的工作。通过合理选择底材、金刚石合成和复合方法，以及优化制备工艺参数，可以获得具有优异性能的金刚石复合片。金刚石复合片的研究不仅对提高金刚石的使用寿命和工作性能具有重要意义，还对推动工业领域的发展具有积极作用。
金刚石复合片PCD的性能检测及发展趋势
金刚石复合片PCD的性能检测及发展趋势金刚石复合片PCD（Polycrystalline Diamond）是一种具有高硬度、高热导率和高耐磨性的合成材料，广泛用于高精度和高质量的切削加工领域。本文将对金刚石复合片PCD的性能检测和发展趋势进行详细的阐述。 一、性能检测 2.密度检测：金刚石复合片PCD具有较高的密度，通常在 3.5g/cm³ 以上。可以通过称重法或者浸水法对其密度进行测定。 3.抗弯强度检测：金刚石复合片PCD的抗弯强度也是一个重要的性能 指标。可以通过三点或四点弯曲测试机对其抗弯强度进行测量。 4.磨损性能检测：金刚石复合片PCD在切削加工过程中主要面临的问 题就是磨损。可以通过模拟实际工件切削测试或者磨损试验机对其磨损性 能进行评估。 5.热导率检测：金刚石复合片PCD的热导率非常高，可以达到 2000W/(m·K)以上。可以通过热导率测定仪对其热导率进行测试。 二、发展趋势 1.材料改性：目前，金刚石复合片PCD的研究主要集中在提高其抗磨 性能和切削性能。通过掺杂、纳米颗粒增强等方法对其材料进行改性，以 提高其综合性能。 2.研磨技术改进：金刚石复合片PCD的制备过程中，研磨技术是一个 关键环节。随着研磨技术的不断发展，可以实现对金刚石复合片PCD的精 确控制，从而使其性能更加稳定、优化。
3.复合材料结构优化：金刚石复合片PCD一般由金刚石微粒和金属基 体组成，目前，研究人员正在探索更合理的复合材料结构，以提高其整体 性能。 4.加工技术创新：随着切削加工领域的不断发展，对金刚石复合片PCD的要求也越来越高。因此，需要不断创新加工工艺，以适应更多、更 复杂的切削应用。 5.应用领域的拓展：金刚石复合片PCD目前主要应用于汽车、航空航 天等高精度加工领域，但随着技术的不断进步，其应用领域还将不断拓展，如医疗器械、电子设备等领域。 总之，金刚石复合片PCD是一种具有广泛应用前景的合成材料，虽然 其性能已经相对成熟，但在材料改性、精细加工等方面仍有进一步的提高 空间。相信随着技术的不断发展，金刚石复合片PCD将在更多领域中发挥 更重要的作用。
金刚石复合片
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。 (3)抗冲击韧性。PDC作为切削工具，被广泛地应用于油气钻井作业中。在钻井过程中，由于轴向力和水平切削力的联合作用、钻具与孔壁的摩擦、钻杆柱的弯曲、孔底不平及残留岩粉、钻机振动等因素的影响，使得钻头上的PDC受到极大的冲击力。PDC抗冲击性能反映了复合片的韧性和粘结强度，是一综合性指标，也是决定其使用效果好坏的关键所在。在20世纪80~90年代中期，复合片的抗冲击韧性为100~200 J(国外为200~300 J); 20世纪90年代中期至现在，抗冲击韧性为200~400 J(国外大于400 J)。 2复合片的性能检测方法 2.1耐磨性 复合片的耐磨性一般是通过磨耗比这个指标来衡量的，但迄今为止国际上也没有制定统一的测试标准，几个主要的PDC生产国均有其自己的测试方法。美国的GE公司采用的方法是用PDC来车削一种结构均匀的花岗岩棒，切削速度为180 m/min，切深为1 mm，进给量为0. 28 mm/r。车削时用测力计测PDC的受力大小。车削一定数量的花岗岩后，观察PDC 的磨损量。磨损量是用投影显微镜测量被磨损部位的长宽尺寸，然后用计算机算出其体积，进行比较。英国De Beers公司的方法与GE公司类似。前苏联对PDC耐磨性的测定是用
聚晶金刚石复合片及其生产工艺简述
聚晶金刚石复合片及其生产工艺简述 （1）聚晶金刚石复合片 全部选用国产原材料，经过重新整形、提纯、净化、配料、组装等工序，在国产六面顶（液）压机上，采用先进的超高压-高温合成工艺，生产聚晶金刚石 复合片坯料 (1) Polycrystalline diamond compact (PDC) Select and use domestic raw materials, and after the procedures of re-coining, purification, purging, burdening and assembling, use advanced ultra high pressure-high temperature synthesis technology to produce polycrystalline diamond compact (PDC) billet on the domestic cubic (hydraulic) press. 聚晶金刚石复合片具体生产工艺简述： 1）根据订单和公司计划下达生产任务单； 2）原料、辅料的购置； 3）整形：对金刚石的形状进行严格控制，对所购原料进行重新整形，尽量去除长条形等不规则形状的金刚石颗粒，获得圆度好的、基本上为球形的金刚石 颗粒； Introduction of the specific production technology of polycrystalline diamond compact (PDC): 1) Assign production tasks in accordance with the orders and company plan; 2) Purchase raw materials and auxiliary materials; 3) Coining: strictly control the diamond shape, re-coin the purchased raw materials, and do the best to eliminate the diamond particles with irregular shapes such as strip ones to obtain diamond particles with good roundness and which are basically spherical. 4) 分级：将混合粉料放入烧杯中，加入超净化去离子水，搅拌混合均匀，根据不同粒度沉降时间不同的原理选取所需粒度，使用激光粒度分析仪对粒度的 分布进行精确测量； 5）净化：对金刚石微粉、钴粉及其他原料进行氢气还原处理；氢气还原处理工艺：在氢气还原炉中处理，依据材料的不同选择不同的处理温度，大致范围 为500-800℃； 4) Classification: put the mixed powder into the beaker, add super-purgative deionized water, stir and mix it evenly, select required particle size in accordance with the settling time theory of different particle sizes, and use the laser particle size analyzer to accurately measure the distribution of particle sizes; 5) Purification: perform hydrogen reductive treatment to diamond micro-powder, cobalt powder and other raw materials; hydrogen reductive treatment techniques: process it in the hydrogen reducing furnace, select different treatment temperatures in accordance with different materials, and the proximate range should be between 500-800℃; 6）配料：按照一定的比例将金刚石与钴粉、以及少量的微量元素进行混合，其中金刚石的粒
金刚石复合片的合成工艺技术研究
金刚石复合片的合成工艺技术研究 金刚石复合片是一种由金刚石和其他材料组成的复合材料，在工业领域中具有广泛的应用。金刚石作为一种硬度极高的材料，具有优异的耐磨性和耐高温性能，然而其脆性较高，容易发生裂纹和断裂。为了克服金刚石的脆性问题，提高其使用寿命和工作性能，研究人员开始探索金刚石与其他材料的复合加工技术。 金刚石复合片的合成工艺技术主要包括三个步骤：底材制备、金刚石合成和金刚石复合。 底材的选择对金刚石复合片的性能具有重要影响。常见的底材有硬质合金、陶瓷和金属等。硬质合金底材具有较高的硬度和耐磨性，能够提供良好的支撑作用；陶瓷底材具有优异的耐高温性能，能够有效减少金刚石与底材之间的热膨胀不匹配问题；金属底材则具有良好的导热性能，能够提高金刚石复合片的散热能力。底材的制备需要考虑其与金刚石的化学相容性和热膨胀系数等因素。 金刚石的合成是金刚石复合片制备的关键步骤。金刚石的合成方法主要有高温高压合成法、化学气相沉积法和热解石墨法等。高温高压合成法是目前最常用的金刚石合成方法，通过在高温高压条件下使石墨转变为金刚石。化学气相沉积法采用化学气相沉积技术，在金属基底上沉积金刚石薄膜。热解石墨法则是将石墨材料加热至高温，使其分解生成金刚石。这些合成方法各有优缺点，需要根据具
体应用需求选择合适的方法。 金刚石复合是将金刚石与底材进行连接，形成一体化的金刚石复合片。金刚石与底材之间的连接方式有焊接、电镀和粘结等。焊接是将金刚石与底材进行熔接，形成强固的连接。电镀是在底材表面电镀一层金属，然后将金刚石镶嵌在金属层上。粘结则是使用粘合剂将金刚石与底材粘结在一起。这些连接方式各有优劣，需要根据具体应用场景进行选择。 金刚石复合片的制备过程中还需要考虑金刚石的配比和制备工艺参数等因素。金刚石的配比可以根据具体应用需求进行调整，以获得最佳的性能。制备工艺参数包括温度、压力、时间等，对金刚石的合成和复合过程具有重要影响。合理选择和控制这些参数，能够提高金刚石复合片的质量和性能。 金刚石复合片的合成工艺技术研究是一项复杂而关键的工作。通过合理选择底材、金刚石合成和复合方法，以及优化制备工艺参数，可以获得具有优异性能的金刚石复合片。金刚石复合片的研究不仅对提高金刚石的使用寿命和工作性能具有重要意义，还对推动工业领域的发展具有积极作用。
高温高压合成金刚石的机理，工艺及特征探讨
高温高压合成金刚石的机理，工艺及特 征探讨 摘要：本文针对高温高压合成金刚石的机理展开分析，同时讨论了高温高压 合成金刚石工艺的相关内容，包括基本合成条件、高温高压合成工艺、机械式提 纯工艺等，同时也对合成金刚石的各项特征进行分析，以此来积累相应的应用经验，为工艺改进提高良好参考。 关键词：高温；高压；合成金刚石；溶剂假说 金刚石作为一类高性能材料，目前已经在机械领域、电子科技、光电学等领 域中得到了广泛应用。在金刚石加工活动中，高温高压环境稳定性将直接影响到 金刚石的合成质量，通过整理金刚石的机理、工艺及特征，能够为技术体系的完 善提供良好参考，以提高金刚石合成质量的可靠性。 1高温高压合成金刚石的机理 1.1固相直接转变假说 该假说的核心观点在于，石墨转换为金刚石的过程，并不需要进行断键重组，而整个变化过程是从石墨平面六角蜂窝状结构在特定环境下，直接转换成金刚石 的立方结构。在高温高压状态，石墨层之间的距离也将被压缩，此时碳原子的振 动也会加剧，并且层间的原子也会有规律地靠近，最终会在相互吸引作用下出现 位移，这也让石墨结构出现扭曲与弯折。石墨的C-C层之间存在着2Pz电子，在 高温高压环境下，这些电子也会让碳原子形成共价键，此情况下也造成sp2杂化 碳向着sp3杂化碳方向进行转变，同时也会将六角层直接扭曲成金刚石对应的结构，整个过程会一层一层地持续转换，从而让石墨转换成金刚石。而此种转变方 式一般都需要在较高温度（3000K）与压力（13GPa）条件下进行，所需要的应用 成本较高[1]。
1.2溶剂假说 该假说认为金属触媒在整个金刚石形成过程中，起到了良好的溶剂作用，而 石墨则是在高温高压状态下，会直接在金属触媒溶液当中，直接溶解并分解成若 干个单体碳原子，这些碳原子由于过饱和而出现了析出，从而合成了金刚石。该 观点与其他晶体的析出生长过程比较接近，而整个金刚石的生长动力，主要是来 源于石墨与金刚石在同等条件下，其在金属触媒当中的溶解度差值[2]。碳和金属 在高温高压条件下，碳并不是饱和状态，但是金刚石却是饱和状态，因此金刚石 便会从金属触媒溶剂中溢出。而且析出的金刚石也会呈现晶体螺旋的生长趋势。 1.3催化假说 除上述提到的假说外，在金刚石合成过程中，也会使用到催化假说。该假说 的核心内容表示，在整个金刚石合成过程中，会借助金属薄膜来调整金属与金刚 石之间的表能，以此来起到良好的催化作用[3]。而整个过程也可以进行以下表示：石墨与催化剂均匀混合后，会开始在催化剂中进行溶解，从而得到溶液，此时在 金属薄膜催化作用下，也会在溶液中开始进行结晶和析出，从而得到了金刚石成品。 2高温高压合成金刚石的工艺分析 2.1基本合成条件 基于以往工艺应用经验可以得知，金刚石一般情况下会在碳素P-T图片上的 某一个“V”字型区域。从实际操作情况来看，其主要是由金刚石、石墨相平衡 线构成，在具体应用中的平衡线也需要提前确定好，此情况下的D-M共晶线位置 也会随着触媒性质出现相关变化。为了保证金刚石合成过程的有效性，在开始金 刚石合成活动时，也需要对金刚石合成外界环境进行充分考虑，同时也需要严格 控制金刚石生长压力与温度，并且在综合考虑多因素影响下，也需科学选择相应 的升温工艺，并且也需要考虑最低生长压力和最低生长温度带来的影响性，以此 来作为基础条件。 2.2高温高压合成工艺
高频钎焊金刚石复合片的工艺要求
高频钎焊金刚石复合片的工艺要点 一、概述： （一）钎焊 高频焊是钎焊的一种加热方法，钎焊是利用熔点比焊件金属低的钎料作填充金属，适当加热后，钎料熔化将处于固态的工件联接起来的一种焊接方法。钎焊时钎料熔化为液态而母材保持为固态，液态钎料在母材的间隙中或表面上润湿，毛细流动、填充、铺展、与母材相互作用（溶解、扩散或产生金属间化合物），冷却凝固形成牢固的接头，从而将母材连接在一起。 （二）聚晶金刚石复合片 聚晶金刚石复合片是在硬质合金基片上，于5万大气压和1500℃高温下，烧结一层聚品金刚石所构成的复合体。聚晶金刚石复合片可以充分利用聚品金刚石层的高硬度、高耐磨性能，而由复合片的硬质合金基体承受切削岩石时的冲击载荷，防止聚晶金刚石破碎。（三）钎剂的作用 1、去除钢体、复合片和钎料表面的氧化物，为液态钎料在钢体、复体片基体上的铺展和钎料向复合片渗透创造必要条件。 2、液态钎剂薄层覆盖钢体、复合片和钎料表面，避免它们的二次氧化，阻止金刚石层碳化。 3、起界面活性作用，改善钎料对钎焊面的润湿，促进钎料流动，填充间隙，形成光滑致密的钎缝。 （四）高频钎焊PDC复合片的特点 1、PDC复合片基体是碳化钨类硬度合金，PDC的钎焊实际上是钎焊硬度合金。
2、高频钎焊是在大气条件下的钎焊， PDC的金刚石层在大气条件下耐热温度低，钎焊温度应该控制在700℃以下。 3、受钎焊温度的限制，PDC的钎焊润湿性为不如硬度合金。（硬度合金钎焊温度在880℃以上） 4、PDC钎焊最直接的钎焊问题是脱焊。 5、导致脱焊的关键因素是钎缝强不够、钎焊工艺不当。 6、钎焊前硬度合金钎焊面未经磨光，硬度合金钎焊面上的氧化层会妨碍钎料的湿润作用，影响钎缝强度。 7、在所有钎焊工艺参数中，钎料选用、钎焊温度和保温时间是最重要的。其次加热速度和冷却速度也对焊缝有较大的影响。 8、钎焊温度应适当高于钎料溶化温度25～50℃。钎焊温度过高，会使钎料产生氧化和气孔；钎焊温度过低，会使钎缝未焊透或夹渣； 9、足够的保温时间是钎料与基体相互扩散，形成牢固接合所必需的，但保温时间过长则易产生夹渣、气孔。 10、加热速度的要求是在保证均匀加热的前提下，应尽量缩短加热时间。 11、合理的冷却速度也可以提高焊缝强度。过快过慢的冷却速度都不利于焊缝，相对来说焊后直接冷却不如保温缓冷。 12、钎焊过程中要错动复合片，这种手法可以排除焊渣提高钎着率，但钎料冷却后绝不能有任何动作。 二、高频钎焊金刚石复合片常规钎焊工艺： （一）钎焊前的准备 1、彻底清理基体和复合片 （1）用46-60目的碳化硅砂轮将复合片的硬质合金底面或合金柱钎焊面上的氧化膜磨
几种人造金刚石生产工艺介绍
几种人造金刚石生产工艺介绍 来源：中国超硬材料网2012-08-03 字号：T | T 1910 年布里奇曼设计出压强达2 万公斤/厘米2 的高压装置。1953 年美国通用电气公司在他的装置基础上设计一种高压装置并利用它在1955 年首次合成了金刚石。这种方法也就成为传统的人造金刚石的生产方法。 六面顶压机生产工艺： 以六面顶压机及工艺技术生产人造金刚石和立方氮化硼，是我国具有完全知识产权、不同于其他各国的创新成果，是几代中国科学家和广大工程技术人员智慧的结晶，是我们国家超硬材料行业的骄傲！六面顶压机及其工艺方法以令两面顶方法为荣的发达国家科技人员刮目相看！物美价廉的六面顶压机及其生产超硬材料的独特方法已能经济地生产出世界先进水平的产品，逼着他们不得不引进中国的六面顶压机进行研究和生产。 经过半个世纪的发展，金刚石生产工艺又有了许多新的突破，现简要介绍如下： 低压气相沉积（ＣＶＤ）技术取得重大进展
该方法包括热丝CVD和等离子放大CVD，是令CH4/H2，CH4/N2和CH4/Ar 等能提供碳原子的气体，在低压及高温的条件下，在合适的的底物(如Si, c-BN, SiC,Ni, Co, Pt, Ir and Pd等)上进行沉积，从而获得高性能，高纯度的金刚石薄膜。下图为微波等离子放大CVD的设备示意图： 用C60 生产金刚石薄膜 据英国《新科学家》1994 年7 月30 日报道，美国伊利诺伊阿贡国家实验室的迪特尔·格伦（Dieter Gruen）发明了用C60 生产金刚石薄膜的技术，该方法可以说是对CVD 方法的改进。 CVD 法生产的金刚石薄膜生长速度往往较慢，并且会含有少量的氢，而氢会使金刚石的四方晶体变形，从而会损害金刚石薄膜的有用性能。格伦的新方法是在氩气保护下，用两个碳电极之间的电弧高温产生含C60 分子的烟尘，然后对烟尘施加微波放电，通过放电使C60 中碳原子对破坏，然后碳原子再连接成双碳二聚物，这种双碳二聚物的特点是能快速的和工具或光学元件等表面结合，形成没有氢原子的接近于纯金刚石的膜。 这个膜的另一个优点是金刚石的晶体比用传统的甲烷和氢气混合物方法生产的金刚石晶体小的多，晶体是有序的纳米尺寸的晶体，因此形成的膜非常光滑。而用富含氢的甲烷混合气体生产的晶体是微米级的晶体。 用甘蔗酒精作原料生产合成金刚石
金刚石的人工合成
金刚石的人工合成 摘要：简要介绍了常见的人工合成金刚石技术，以及合成过程中的一些影响因素。 关键词：金刚石人工合成合成工艺影响因素 前言 金刚石是一种稀有、贵重的非金属矿产,在国民经济中具有重要的作用。为满足工业上的需求和缓解金刚石日益匮乏的现状,人类已经在合成金刚石方面作了许多的探索,并取得了许多有实用价值的阶段性成果。金刚石中宝石级金刚石因其折射率大,在光下有火彩现象而用来制作精美的首饰。人造金刚石具有诸多优异特性,已被广泛地应用于工业、科技、国防、医疗卫生等很多领域。例如:利用金刚石硬度大制作精细研磨材料、高硬切割工具、各类钻头、拉丝模,还被作为很多精密仪器的部件;由于导热率高、电绝缘性好,可作为半导体装置的散热板。因此,人造金刚石被誉为“21世纪的战略性材料”。因此对于人造金刚石的合成的研究具有非常重要的意义[1]. 金刚石的人工合成工艺 金刚石、石墨及无定型碳都是由纯碳元素组成，合成钻石就是人为地模拟天然钻石的形成条件，将其他晶体结构的碳质材料在一定条件下转化为具有SP3 共价键的金刚石型晶体结构。从理论上讲，各种形式的碳均可以转化为金刚石，但研究表明，不同的碳素材料对生长金刚石的数量、质量和颗粒大小均有相当大的影响，石墨转化为金刚
石的自由能较低，因此石墨是合成钻石的最主要原料之一。目前，人类已掌握了多种合成钻石方法。人造金刚石的合成技术形成了静态高温高压法、动态超高压高温合成法、低压气相沉积法等[2]。 一般石墨在10GPa、3000℃左右可以转变成金刚石，如果加有金属触媒则所需要的条件将大为降低，通常在压力约为5．4GPa和温度约为1400℃的条件下就能发生转化。常用的方法为合成条件较低的添加触媒催化的高温高压合成，即静态高温高压法。这种方法中有生长磨料级金同q石(粒径小于1B)的膜生长法和合成宝石级金刚石(粒径大于lmm)的温度梯度法。 (1)膜生长法(FGM) 金刚石膜生长法就是指在有金属触媒的参与下，石墨通过高温高压的作用透过金属膜沉积在金刚石核上使之长大[3]。其生长机理是由于在一定温度下石墨和金刚石所对应的溶解度不同，溶解度大的石墨相将持续溶解，溶解度小的金刚石相将析出。触媒溶剂中由于溶解了超过金刚石溶解度的碳素，相对于金刚石产生了过饱和度．从而导致碳素以金刚石晶体的形式析出。 (2)温度梯度法(TGM) 为了生长大尺寸的金刚石，1971年美国GE公司发明了商压下的温度梯度法合成宝石级金刚石[4]。在我国, 围绕这种技术也进行了一系列的研[5-8]。究其原理是在高温高压条件下，高温处碳源石墨转化为金刚石并溶于媒中，在一定温度梯度驱动下扩散至低温处的晶种上开始生长。
金刚石合成理论及工艺
前言 1.金刚石的性质和用途。 金刚石是一种在机械、热学、光学、化学、电子学等方面具有极限性能的特殊材料。图1为金刚石的空间晶格的一个晶胞。与其他材料相比，金刚石具有最大的原子密度〔176 atoms/nm3〕，最大可能的单位原子共价键数目〔4〕，极强的原子键合能〔〕。这使得金刚石具有许多极限性质：最高硬度，最高热导率，最高传声速度，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，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。 人造金刚石的应用领域十分广泛，几乎涉及国计民生的各个领域，小到家庭装修，大到微电子及航空航天等高技术领域。金刚石的推广应用在光学玻璃冷加工、地质钻探、陶瓷、汽车零件等机械加工，金属拉丝等方面引起了个革命性的工艺改革。表1列出了金刚石的一些极限性能和用途。 表1 金刚石的一些极限性能和用途 性能应用 机械硬度〔kg/mm2〕 金刚石5700~10400 cBN 4700 SiC 1875~3980 用于所有非金属材料的超硬磨 料 图1 立方金刚石的晶胞空间结构示意图
2．人造金刚石合成的历史 由于金刚石的优越性质，长期以来它一直成为人们感兴趣的研究对象。早在1772年，法国化学家Antoine L. Lavoisier发现金刚石燃烧的产物是CO2，1792年，S. Tennan发现金刚石是碳的一种结晶形态。从此，人类开始了对人工合成金刚石的探索。1880年，从锂、骨粉和矿物油在干燥的铁管中加热合成了金刚石，现陈列于大英博物馆。1893年，诺贝尔奖获得者Henry Moissan发展了一种方法，用电加热炉加热糖、木炭和铁至熔融，然后用水急冷做了合成金刚石的尝试，后来经证实并未获得成功。二十世纪四十年代，另一个诺贝尔奖获得者哈佛大学的Percy Bridgman设计了许多优秀的高压设备〔有的压力超过了5GPa〕，并指出可以用电加热结合高压来合成高质量金刚石。虽然因为没有使用触媒导致未能合成金刚石，但是他的热力学的计算为高温高压(HTHP)合成金刚石提供了理论依据。1953年2月15日瑞典ASEA〔General Electric Company of Sweden〕的科学家宣称合成出人造金刚石，但由于其工作没有正式发表，没能获得广泛的承认，他们使用的是六面顶压机，样品由Fe3C和石墨组成。人类首次真正合成
人造金刚石合成
人造金刚石合成工艺基础一、序言人造金刚石晶体生长技术是最近几年才发展起来的一门新技术，它与晶体生长、结晶学、高压、固体物理学、化学热力学和化学动力学是紧密联系着的，尤其是晶体生长和高压物理学最为密切。 近代，随着高压物理学的深入研究和超高压技术的迅速发展，人造金刚石晶体生长技术也就很快地为人们所掌握了。这一研究之所以为世界科学工作者给予如此重视，其原因不仅是因为金刚石硬度在工业上具有突出作用，更重要的是它具有技术的先进性和经济的合理性（与天然金刚石比较），以及天然金刚石是一种极其稀有的非金属矿物，根本不能长期满足科学技术飞跃发展的需要要求等客观原因所致。 近百年来，人们力图能够获得合成金刚石这一强烈愿望，给超高压高温技术的研究起着极大的推动作用，如所周知，超高压高温技术的进一步提高，不仅对金刚石合成技术和理论的研究具有实际意义，同时也为促使其它学科（如实验地质学）的深入研究和探索新物质开辟了广阔途径。 从所发表的有关资料来看，人造金刚石合成技术的研究中心已在好些国家建立起来，正在大力展开这方面的研究工作，并取得显著成效。这一技术轮廓虽有透露，但关键性的细节问题仍属保密，有待我国科学工作者去研究解决。因此，我们认为: 1. 天然金刚石不能满足科学技术发展的要求，必须走人工合成之路； 2. 从国内天然资源少，需求量多，必须迅速地掌握人造金刚石晶体生长这一门 新技术； 3. 为了给人造金刚石新品种的发展提供一套完整的工艺规程，必须在实验室中 进行创造性的实验研究工作； 4. 为了给实验研究工作提供一些方向性的资料，特将收集到的国外有关人造金 刚石合成技术资料，工艺资料加以整理分析，编写了“人造金刚石合成工 艺基础”。 、人造金刚石研究简史 1880年英国化学家Hannery, 1894年法国著名物理学家Moissan和1935〜1940 年美国杰出高压物理研究者P.W.Bridgman 等几个著名的和具有代表性的实验，对20 世纪50 年代人们掌握人造金刚石合成技术做出了贡献。清楚地证明，人造金刚石的合成过程必须是一个超高压、高温同时并举的过程，也就是说，祗有在超高压高温同时存在的条件下金刚石生成才有可能。关于这点，当然从天然金刚石的形成也会使我们这样想。P.W.Bridgman 的试验告诉我们，在人造金刚石晶体生长的研究中，除首先必须考虑这一转变的可能性，但更重要的是研究使可能性变为现实性的具体条件，也就是我们常说的反应速率问题。 三、石墨—金刚石转变过程中热力学条件分析及其平衡曲线的讨论 热力学原理及其数据是计算与讨论石墨一金刚石平衡曲线的基础，也就是说，在研究石墨一金刚石的转变过程中，首先应考虑到的是热力学问题，因为热力学的计算使我们能够预测石墨一金刚石转变过程的方向问题，从而为研究这一转变过程提供理
聚晶金刚石( PCD )和聚晶金刚石复合片( PDC )
聚晶金刚石（PCD）和聚晶金刚石复合片 （PDC） 与大单晶金刚石相比，作为刀具材料的聚晶金刚石（PCD）以及聚 晶金刚石复合刀片（PDC）具有以下优点：①晶粒呈无序排列，各向同性，无解理面，因此它不像大单晶金刚石那样在不同晶面上的强度、硬 度以及耐磨性有较大区分，以及因解理面的存在而呈现脆性。②具有较 高的强度，特别是PDC材料由于有硬质合金基体的支撑而有较高的抗冲 击强度，在冲击较大时只会产生小晶粒碎裂，而不会像单晶金刚石那样 大块崩缺，因而PCD或PDC刀具不仅可以用来进行精紧密削加工和一般 半精密加工，还可用作较大切削量的粗加工和断续加工（如铣削等）， 这大大扩充了金刚石刀具材料的使用范围。③可以制备大块PDC金刚石 复合片刀具坯料，充足大型加工刀具如铣刀的需要。④可以制成特定形 状以适合于不同加工的需要。由于PDC刀具大型化和加工技术如电火花 和激光切割技术的提高，三角形、人字形以及其他异形刀坯均可加工成形。为适应特别切削刀具的需要还可设计成包裹式、夹心式与花卷式PDC刀具坯料。⑤可以设计或推测产品的性能，给与产品必要的特点以 适应它的特定用途。比如选择细粒度的PDC刀具材料可使刀具的刃口的 质量提高，粗粒度的PDC刀具材料能够提高刀具的耐用度，等等。 总之，随着PCD、PDC金刚石复合片刀具材料的讨论进展，其应用 已经快速扩展到很多制造工业领域，广泛应用于有色金属（铝、铝合金、铜、铜合金、镁合金、锌合金等）、硬质合金、陶瓷、非金属材料（塑料、硬质橡胶、碳棒、木材、水泥制品等）、复合材料（纤维加强塑料、金属基复合材料MMCs等）的切削加工，尤其在木材和汽车加工业，已 经成为传统硬质合金的高性能替代产品。 切削刀具用PDC、PCD材料要求：①金刚石颗粒间能广泛地形成D—D自身结合，残余粘结金属和石墨尽量少，其中粘结金属不能以聚结态或呈叶脉状分布，以保证刀具具有较高的耐磨性和较长的使用寿命。 ②溶媒金属残留量少。最好是在烧结过程中能起溶媒作用，而在烧结过 程完成后将以不起溶媒作用的合金形式充填于烧结金刚石晶粒间隙中，
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 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。金刚石增强铜基复合材料可以满足这些要求，实现航空航天设备的高效工作。其次是电子领域。金刚石增强铜基复合材料具有优良的导电性和导热性，可以应用于半导体器件、电子封装和高功率电子器件等领域，提高电子产品的性能和稳定性。此外，复合材料还可应用于高速列车、汽车发动机和模具制造等领域，提高产品的性能和可靠性。 综上所述，金刚石增强铜基复合材料具有良好的制备性能和优异的物理性能。通过合理选择金刚石颗粒和适当表面处理，以及优化的制备工艺，可以提高复合材料的性能，扩大其应用范围。随着科学技术的不断发展，金刚石增强铜基复合材料有望成为新一代高性能材料的重要代表，为各个领域的发展做出贡献 综上所述，金刚石增强铜基复合材料具有优异的力学性能、导电性、导热性以及化学稳定性和抗腐蚀性能。这种材料在航空航天、电子、交通运输和模具制造等领域具有广阔的应用前景。通过合理选择金刚石颗粒和适当的表面处理，以及优化的制备工艺，可以进一步提高复合材料的性能。随着科学技术的发展，金刚石增强铜基复合材料有望成为新一代高性能材料的重要代表，为各个领域的发展做出重要贡献
2023年聚晶金刚石复合片行业市场研究报告
2023年聚晶金刚石复合片行业市场研究报告 聚晶金刚石复合片是一种高性能的切割工具，在切割硬质材料（如石材、陶瓷等）和高硬度材料（如金刚石、硬质合金等）时具有很高的切割效率和切割质量。随着建筑、矿山和工业领域的快速发展，对切割工具的需求也越来越大，使得聚晶金刚石复合片成为了市场上的热门产品之一。 聚晶金刚石复合片是利用金刚石和金属粉末等材料进行高温烧结制成的，具有金刚石的硬度和耐磨性，同时也具有金属的韧性和导热性。聚晶金刚石复合片的制作工艺复杂，需要先将金刚石和金属粉末进行混合，然后进行烧结处理，最后进行加工和抛光等工序，制成成品。 聚晶金刚石复合片具有很多优点。首先，它具有很高的硬度和耐磨性，可以在切割过程中保持稳定的切割效率和切割质量。其次，它具有较高的导热性，可以快速散热，避免切割过程中产生过热现象。第三，聚晶金刚石复合片的成本相对较低，使用寿命较长，对用户来说是一种经济实惠的选择。最后，它还具有较好的切割平整度和切割精度，在切割过程中产生的噪音和振动较少，对工作人员和设备的影响较小。 目前，聚晶金刚石复合片的市场需求呈增长态势。首先，建筑行业对切割石材的需求不断增加，推动了聚晶金刚石复合片的需求。随着城市化进程的不断推进，城市建设中需要大量使用石材，如大理石、花岗岩等。而聚晶金刚石复合片具有快速、高效、精确的切割能力，能够满足建筑行业对切割石材的需求。 其次，矿山行业对切割矿石和岩石的需求也在增加。随着矿山的开采规模不断扩大，对切割工具的要求也越来越高。聚晶金刚石复合片具有切割硬质材料和高硬度材料的能力，能够满足矿山行业对切割工具的需求。
最后，工业领域对切割工具的需求也在增加。随着工业生产的快速发展，对高精度、高效率的切割工具的需求也越来越大。聚晶金刚石复合片具有较好的切割平整度和切割精度，能够满足工业领域对切割工具的需求。 然而，聚晶金刚石复合片行业也面临着一些挑战。首先，制造聚晶金刚石复合片的技术要求较高，需要具备先进的制造设备和工艺。其次，聚晶金刚石复合片的市场竞争激烈，需要不断提升产品质量和技术创新能力才能在市场上立足。最后，金刚石资源的供应也是制约聚晶金刚石复合片行业发展的一个重要因素。 综上所述，聚晶金刚石复合片是一种具有很大发展潜力的切割工具。随着建筑、矿山和工业领域的快速发展，对切割工具的需求也在增加，推动了聚晶金刚石复合片市场的发展。然而，聚晶金刚石复合片行业也面临着一些挑战，需要不断提高技术水平和产品质量，以满足市场需求。
高性能石油钻探用金刚石复合片的研制
高性能石油钻探用金刚石复合片的研制 张涛;卢灿华;窦明;刘俊涛;宁军垒 【摘要】采用非平面连接技术、梯度过渡技术和纳米结合剂技术,在六面顶压机上合成出高性能石油钻探用金刚石复合片.经性能测试,磨耗比在34万以上,抗冲击韧性85焦耳;在750℃保温2小时的条件下,具有很好的热稳定性;经显微结构分析,金刚石颗粒排列紧密,形成D-D结合致密的网状结构;制作成钻头后,在延长油田进行了钻井应用试验,取得了较好的钻探效果. 【期刊名称】《超硬材料工程》 【年(卷),期】2017(029)003 【总页数】6页(P13-18) 【关键词】六面顶压机;石油钻探;金刚石复合片;性能测试 【作者】张涛;卢灿华;窦明;刘俊涛;宁军垒 【作者单位】豫西工业集团中南钻石有限公司,河南南阳473264;豫西工业集团中南钻石有限公司,河南南阳473264;豫西工业集团中南钻石有限公司,河南南阳473264;豫西工业集团中南钻石有限公司,河南南阳473264;豫西工业集团中南钻石有限公司,河南南阳473264 【正文语种】中文 【中图分类】TQ164 石油钻探用金刚石复合片是PDC钻头的切削元件，其性能的优劣对金刚石钻头的钻进效果有着决定性的影响。在烧结过程中，由于金刚石层与硬质合金基体的热膨
胀系数、弹性模量相差较大，冷却时容易在两者的结合界面出现较大的残余应力，这会造成复合片的强度降低，导致在工作时金刚石层容易从基体上脱落，造成钻头失效。 近期，中南公司采用非平面连接技术、梯度过渡技术和纳米结合剂技术，突破了该领域的技术瓶颈，在六面顶合成压机上合成出高性能石油钻探用金刚石复合片，制作成钻头后，在延长油田进行了钻井应用试验，取得了较好的钻探效果。 本实验使用六面顶压机合成，为了提高硬质合金基体与金刚石层之间结合强度，采用了非平面连接技术，通过增加接触面积和特定的结构形状，提高界面的结合力；为了改善界面的匹配提高界面的结合强度，采用梯度过渡层技术，通过在界面处设置过渡层，使界面残余应力得到降低；为了解决在烧结过程中轴向压力损失问题，采用了六面顶压机加热与保压方向不等量供油的液压控制系统[1]；为了合成出高性能的PDC，采用了纳米结合剂技术，选用多峰值分布的高品级金刚石微粉，通过高温高压烧结得到性能优异的产品。 由于金刚石复合片切削齿在切削时，尤其是在用作钻头切削齿破碎岩石时，会受到强烈磨粒磨损及冲击，全部或部分金刚石层常易从硬质合金基体上脱落，从而严重影响切削齿的使用性能和寿命。因此，如何改进和提高金刚石层与硬质合金基体结合的牢固度，一直是行业中广泛关注和需要解决的一个重要问题。合理的界面结构对降低金刚石复合片热残余应力，提高金刚石复合片使用寿命至关重要。为了改善界面匹配和提高界面的结合强度，中南公司采用非平面连接技术，在硬质合金基体上设计出一种特定形状的界面[2]，如图1所示，硬质合金基体有一个同体同轴的凸台，凸台上均匀布设放射形凹槽、周向环槽和径向沟槽，通过在硬质合金基体与金刚石层相结合的界面上设置周向环槽和径向放射形凹槽，形成更为合理的凸凹界面结构，使金刚石层与硬质合金基体结合的牢固度进一步增强，提高了其抗冲击性和耐磨性。
金刚石复合片钎焊技术
金刚石复合片钎焊技术 针对金刚石复合片钎焊存在的问题，我们通过添加强化元素研制了一系列适宜不同应用对象的银基钎料，并对其熔点、润湿性和强度等钎焊性能进行了研究。同时，我们探讨了钎焊工艺对钎焊接头强度的影响。结果表明，在PCD不同的工作条件下，应采用合理的钎焊工艺并选取适宜的钎料。 聚晶金刚石PCD是一种由金刚石微粉与粘结剂在高温高压条件下烧结而成的复合晶体材料。由于PCD材料具有高硬度、高耐磨性、高弹性模量等显著优点，因此已成为高档机械加工刀具、地质及石油钻头、石材加工工具、混凝土工具等高耐磨工具的首选材料。但是，PCD的焊接工艺性差，钎焊是目前最常用的焊接方法。PCD的钎焊主要依靠润湿其中的金属粉或硬质合金基体实现。由于PCD中金刚石允许的加热温度受限制(一般不允许超过760-800℃)，所以钎料必须选用银基钎料。然而，常规银基钎料的耐热温度较低、对金刚石和碳化物的润湿性差，因此PCD工具在使用过程中的脱焊成为主要失效形式之一。因此，选用高性能的钎料并选择合理的工艺是提高PCD钎焊质量的关键。
针对PCD的钎焊特点，我们需要满足以下条件：熔化温 度不高于800℃，流铺性适宜钎料耐高温400℃以上，适宜通 用的感应钎焊或火焰钎焊，对PCD合金钢和硬质合金的润湿 性好。因此，我们对常用的银铜锌钎料进行了分析和选择，并在含银量50-65的银基钎料基础上添加强化元素，以改善钎料 性能。我们通过分析Co、Ni、Mn等元素在钎料中的作用， 确定Co、Ni、Mn作为主要添加元素，提高钎料接头强度。 同时，Si、Sn、In、B、Ti、Re等作为微量添加元素，改善流 动性、增加润湿性和降低钎料的熔化温度。根据以上分析，我们共研制了六种综合性能较好的合金。 钎缝强度主要取决于以下三个因素：被连接材料的组织和状态、钎料和钎剂、钎焊过程。因此，在制定钎焊工艺时，我们需要考虑被连接材料的焊前处理。结合面设计是非常重要的，PCD片的形状是由使用要求确定的，基体的槽型对钎焊强度 和焊接内应力影响很大。最基本的设计原则是单面焊和最小应力焊接。同时，几何尺寸校验也非常重要，最佳的装配间隙是0.1-0.15 mm，中部间隙应不大于四周间隙。
大直径聚晶金刚石复合片的合成及表征
大直径聚晶金刚石复合片的合成及表征 李思成;方海江 【摘要】利用国产六面顶压机，合成出了直径为51 mm 的国内最大的聚晶金刚石复合片。超声波微成像分析表明，样品无大批量分层、裂纹、金刚石厚度不均等缺陷。切削试验显示，在切削硬质合金时，样品与国外同类产品性能相当。%The largest polycrystalline diamond compact in China which is of a diameter of 5 1 mm has been synthesized by domestic cubic press. Scanning Acoustic Microscope (SAM)analysis shows that there is no any defect such as delamination,cracks or uneven thickness for the majority of the samples.Cutting test indicats that the cutting perform-ance of the sample is similar to that of the same type of product abroad when cutting ce-mented carbide. 【期刊名称】《超硬材料工程》 【年(卷),期】2014(000)006 【总页数】4页(P6-9) 【关键词】大直径;聚晶金刚石复合片;超声波微成像;切削试验 【作者】李思成;方海江 【作者单位】河南四方达超硬材料股份有限公司，河南郑州 450016;河南四方达超硬材料股份有限公司，河南郑州 450016 【正文语种】中文