聚晶金刚石复合体超高压液相烧结理论研究

在对前人有关聚晶金刚石超高压烧结机理的综合分析与评价的基础上,通过对金刚石与不同组分的钴熔体相互作用规律,及金刚石从钴熔体中的结晶热力学与动力学的理论研究,提出了石墨优先金刚石"溶解"和金刚石石墨化"溶解"的观点,阐明了钴熔体的性质对金刚石(石墨)的浸润扩散溶解过程,以及金刚石再结晶析出过程的影响,认为在金刚石 钴烧结系统中存在三种主要烧结机构:颗粒重排,溶解 析出和聚晶固架形成机构。不同温度条件下不同碳含量钴熔体在烧结过程中,对于促进金刚石表面石墨化,进一步引起颗粒重排,实现sp3结构碳原子在金刚石颗粒间的有效迁移传递以及D D直接结合等方面起到了十分重要的作用。根据上述金刚石超高压液相烧结理论的基本观点,可较合理地解释聚晶金刚石复合体(PDC)在超高压烧结过程中观察到的一些基本现象和实验事实。

D-D结合型金刚石聚晶晶界结构及其生长模式

利用ＳＥＭ，ＥＰＭＡ（ＷＤＳ）观察分析了聚晶金刚石层中ＤＤ结合聚晶晶界结构、组成和性能，讨论了晶界金刚石微晶的形成机制，证明了聚晶金刚石层中存在ＤＤ结合的网络状结构，在此基础上提出了ＤＤ结合界面的２种生长模式重结晶金刚石搭接生长模式和原始金刚石接触面沉积生长模式。

聚晶金刚石复合体界面组织及界面反应的研究

采用SEM、WDS、XRD等分析方法 ,研究了超高压合成的聚晶金刚石复合体 (PDC)的界面结构及界面反应 ,分析了粘结相钴扩散规律及作用机理 。

聚晶金刚石复合体的研究进展

介绍了国内外对聚晶金刚石复合体的研究状况 ,如衬底与复合界面的研究、原材料的选择、添加剂的种类、金刚石表面石墨化、织构细化以及烧结工艺等对聚晶金刚石复合体性能影响的研究。

超高压技术研究

在很高压力作用下 ,物质内部结构将发生变化并伴随一系列物理性质的改变 ,为了研究这一变化过程 ,出现了一门新的学科———高压物理。高压物理发展的关键技术是超高压技术。人造金刚石是超高压技术发展最辉煌的成果 ,同时人造金刚石的诞生又促进了超高压技术的进步。

金刚石-硬质合金系统超高压烧结过程的X射线衍射研究

对金刚石 -硬质合金系统不同烧结阶段快速冷却固化的实验样品的X射线衍射分析结果表明 ,金刚石 -硬质合金系统高压烧结经历了金刚石粉末超高压破碎、金刚石表面石墨化、金刚石溶解 -析出以及金刚石聚晶结构形成和长大等一系列复杂的烧结过程。进一步计算结果表明 ,在 5 .8GPa ,1 4 0 0℃超高压烧结过程中 ,碳在钴熔体中的饱和溶解度为 3.6 % ,析出的金刚石微晶的平均粒度为 0 .0 5 9μm。

金刚石钻头钻进过程中金刚石磨损规律试验研究

通过对人造岩石 (瓷砖 )进行钻进试验 ,并在试验过程中采用连续显微照相和称重的方法 ,对人造金刚石孕镶钻头在钻进过程中金刚石的磨损规律进行试验研究。实验结果表明 ,如能提高金刚石的包镶强度和金刚石本身的强度 ,减少金刚石脱粒和破碎 ,则金刚石钻头钻速和寿命能够大幅度提高。

金刚石层厚度对复合片(PDC)残余应力的影响

通过X射线应力测试和有限元分析相结合的方法,研究了金刚石层厚度对聚晶金刚石复合片(PDC)残余应力的影响,并根据实验测试结果推导出了PDC表面中心与边缘的应力随金刚石层厚度变化的关系式。随着金刚石层厚度由0.5 mm增加到2.0 mm,PDC表面中心的压应力从1800 MPa下降至700 MPa左右,而边缘部分的应力逐渐由压应力转为拉应力。金刚石层加厚虽然对边缘部分的最大拉应力影响不大,但使PDC边缘拉应力区宽度由0.76 mm增加到了2.85 mm。金刚石层厚度的增加还使得PDC边缘界面附近y方向的最大拉应力和位于界面边缘处的最大剪应力显著加大,这是金刚石层较厚的PDC界面容易产生裂纹的主要原因。

激光拉曼光谱法测定金刚石复合片残余应力

采用显微拉曼光谱仪对直径为25.4 mm、总厚度为3.2 mm的刀具用金刚石复合片(PDC)层表面和侧面不同位置的残余应力进行测试,获得PDC金刚石层表面径向及侧面的应力分布。然后,用电火花切掉PDC的硬质合金基体,再测定金刚石层表面的拉曼光谱,从而得出金刚石层的微观残余应力。研究结果表明:PDC表面中间部分的应力为压缩应力,最大值约600 MPa,从中心到边缘逐渐降低,在离边缘2 mm左右变为拉应力;边沿拉应力的产生是基体的厚度较小,PDC朝金刚石层方向弯曲造成的;金刚石层侧面的应力为拉应力,最大值达580 MPa,位置靠近PDC界面,这是PDC出现金刚石脱层的主要原因之一;实验测得的PDC微观应力为62.5 MPa。

金刚石热稳定性研究

通过热处理、酸处理实验，利用Ｘ－ｒａｙ 衍射、发射光谱分析、ＸＴＬ－ Ⅱ显微观察对合成金刚石进行了较系统的研究。结果表明：粉末触媒合成金刚石杂质含量少，强度高，热稳定性要好，并指出缺陷、杂质组成、含量及存在形式是影响金刚石热稳定性、强度的重要因素。杂质的大量存在导致金刚石的热稳定性急剧下降，温度为１１００ ℃时，尤为明显。

PDC材料烧结过程中钴在金刚石层中的扩散熔渗迁移机制

讨论了PDC材料烧结过程中钴在金刚石层中的固相扩散、钴液熔渗、两次钴高浓度峰的"波浪"式迁移过程中的运动规律及其作用机制,并根据实验观测的数据进行了有关计算。结果表明:在5.8GPa、1300℃条件下,钴的扩散系数D≈1.6×10-7cm2/s,是一般常压及相同温度条件下钴固相扩散系数(3×10-10cm2/s)和相同压力条件下钴的液相扩散系数(5×10-5cm2/s)的中间值;对于粒度W≥10μm的金刚石烧结体系,钴液熔渗作用时间非常短暂,略大于0.5s,而对于W≤1μm的超细金刚石烧结体系而言,钴熔渗作用时间为28s,比粒度W≥10μm的金刚石烧结要长得多;两次钴高浓度峰的迁移速度分别约为50μm/s和100μm/s。

PDC材料超高压烧结中聚晶金刚石晶粒异常生长及其抑制机制研究

通过非正常工艺条件下的PDC材料高压合成实验 ,考察了烧结温度、保温时间以及不同的金属添加剂对PDC材料烧结过程中金刚石聚晶晶粒异常生长行为的影响 ,发现添加Fe -Ti(Zr)金属系统对烧结过程中晶粒异常生长有明显的抑制作用 ,并认为其抑制作用的实质就是控制金刚石从金属

金刚石合成机制的研究

孤立原子不存在轨道混合问题。碳原子在形成金刚石时,原子间互相影响,使电子运动状态发生变化,形成sp3的杂化轨道,C- C形成共价键。文章分析了金刚石合成的机理,论述和比较了片状触媒和粉状触媒合成金刚石的过程和差异,提出了“单间生长机制”的观点,认为在粉状触媒工艺中金刚石生长的环境条件优越,合成出的金刚石晶体均匀对称,品质良好。

铜处理对大白菜芝麻状斑点病发生及总酚含量的影响

选择感病品系03B9与抗病品系C24为试材,在水培条件下,研究不同铜浓度处理对大白菜芝麻状斑点病发生、总酚含量及多酚氧化酶活性的影响。结果表明:随着铜处理浓度的升高,两品系芝麻状斑点病的斑点数明显增加,03B9芝麻状斑点病发生程度明显高于C24。铜处理期间C24总酚含量、PPO活性较03B9平均高出25.6%和77.0%。试验结果初步表明,水培条件下铜胁迫促进了大白菜芝麻状斑点病的发生,铜浓度与芝麻状斑点病发生程度有关,同时影响了叶柄总酚含量及PPO活性。

温度、压力条件对粉末工艺金刚石合成的影响

利用X 射线、SEM扫描等手段对原材料进行了分析测试。考查了合成温度、压力对粉末工艺金刚石合成的影响 ,探讨了其动力学效应 ,加深了对粉末工艺金刚石合成特性的认识。通过金刚石动力学分析说明石墨重结晶是金刚石合成过程中的一个重要问题。

合成金刚石用触媒材料的研究

分析了粉状和片状触媒在合成金刚石时的作用特点 ,通过“剥皮”试验确认金刚石成核过程中出现熔媒聚集现象。对金刚石杂质含量进行了检测 ,结果表明 :粗颗粒金刚石的杂质含量高于细颗粒金刚石杂质含量 ;片状触媒合成的金刚石杂质含量高于粉末触煤合成的金刚石杂质含量。从粉末触媒合成过程着手 ,探讨了金刚石的生长机制。

陶瓷结合剂金刚石砂轮的研究

采用Na2O、B2O3和SiO2为结合剂基本成分,添加CaO制备出粘结金刚石的低熔陶瓷结合剂。应用陶瓷结合剂金刚石砂轮对PDC产品进行磨削加工,实验结果表明,陶瓷结合剂金刚石砂轮磨削PDC比树脂金刚石砂轮具有较大的优越性。

不同浓度复硝酚钠处理对番茄穴盘苗的影响

以"青研一号"番茄为试材,采用苗期灌根方法,研究了不同浓度复硝酚钠灌根处理对番茄穴盘苗壮苗效果的影响。结果表明:各处理均使番茄幼苗株高不同程度地增加。复硝酚钠6 000倍液处理使幼苗茎粗、叶面积及G值显著高于清水对照。复硝酚钠3 000倍液处理使番茄幼苗的壮苗指数降低,而其它处理则相反。各处理的番茄叶片叶绿素含量、可溶性糖含量及根系活力均显著高于清水对照,都随着处理浓度的增大而增加,并且表现出低浓度促进,高浓度延缓的趋势。综合各因素,为培育壮苗,以幼苗二叶一心期施用复硝酚钠6 000倍液效果最佳。

聚晶金刚石复合片(PDC)残余应力的检测方法

本文介绍了三种近期国外检测PDC残余应力的方法:应变片测试法、中子衍射法和带高能同步加速器X射线衍射法。三种方法均能有效检测出PDC的残余应力且各有其特点。应变片测试法比较直观、简单,不过这种方法是破坏性的,而且在材料去除过程中容易引入误差;中子衍射具有较深穿透力,然而较弱的散射使其取样体积不能小于1 mm3;高能同步加速器产生的散射X射线能穿透直径19 mm的PDC样品,空间分辨率高,测量体积可精确至0.014 mm3,能详细地呈现出金刚石层、D/WC界面以及WC基体外径部分的二维应变分布情况,但测试易受Co峰的干扰。

PDC材料烧结中钴在金刚石层中的扩散熔渗迁移过程研究

对不同烧结阶段快速冷却固化的PDC实验样品金刚石层中钴的线分布 (EDX)分析结果表明 ,PDC材料烧结中钴在金刚石层中的运动过程经历了三个基本阶段 :(1)钴固相扩散 ;(2 )钴液熔渗 ;(3)两次钴高浓度峰在金刚石层中的“波浪”式迁移过程。其中第一次钴高浓度峰与金刚石聚晶结构形成密切相关 ;而第二次钴高浓度峰则与聚晶晶粒异常长大密切相关。钴在金刚石层中的“波浪”式迁移过程是由金刚石 钴系统中金刚石溶解再结晶生长过程造成的 ,在这一过程中温度梯度gradT和碳浓度差ΔC是钴峰“波浪”式迁移的直接驱动力。