爆轰合成超微金刚石及其在复合镀层中的应用

综述了超微金刚石（ＵＦＤ）的爆轰合成原理和方法，介绍了ＵＦＤ的特性及在复合镀层中的应用进展。

装药及外界保护介质对炸药爆轰合成超微金刚石的影响

研究了不同保护介质对超微金刚石（ＵＦＤ）生成的影响，认为爆轰产物与外部介质间的传热速度对ＵＦＤ得率影响很大；外部保护介质在爆轰产物膨胀阶段的保压作用在ＵＦＤ合成过程中有重要作用。实验结果指出，要提高ＵＦＤ得率，装药应存在一个最佳直径。用水和冰作为保护介质可使ＵＦＤ得率超过１０％，比利用马赫效应装药更适用于实际生产。

爆轰合成超微金刚石解聚与分散研究

通过机械剪切力和化学作用相结合的方法,主要采用球磨机和化学分散剂对爆轰合成超微金刚石(UFD)团聚体的解聚及其在水介质中的分散稳定性进行了研究。结果表明,在其它球磨条件不变的情况下,存在一个解聚的最佳球磨时间,为60min;使用具有协同效应稳定机理的化学分散剂组合,可以使UFD在水介质中稳定分散8d以上。

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 DYNA2 D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 .

爆轰合成纳米超微金刚石的热稳定性研究

用差热、热失重和Ｘ射线衍射分析对爆轰合成纳米超微金刚石的热稳定性进行了研究，分析了不同合成和提纯条件以及不同气氛对超微金刚石热稳定性的影响。研究结果表明，纳米超微金刚石在空气氛中的热稳定性较差，其起始氧化温度为５００～５３０℃；在惰性和还原性气氛中具有较好的热稳定性；包裹水条件下得到的金刚石及用Ｈ２ＳＯ４＋ＫＭｎＯ４提纯得到的超微金刚石的热稳定性较好。

超微金刚石和静压金刚石的制备、特性及应用

人造金刚石已越来越成为材料研究领域的一个重要分支,介绍了利用负氧平衡炸药中碳爆轰合成的超微金刚石(Ultrafine Diamond,简称UFD)的制备方法、特性和应用情况,并与静压法合成的金刚石进行了相应的对比。

金刚石的石墨化及其对炸药爆轰合成超微金刚石产出率的影响

金刚石的石墨化对于炸药爆轰过程中金刚石的产出率有重要的影响。对碳相图进行了讨论 ,提出采用金刚石 石墨的动力学平衡线来评价炸药爆轰过程中金刚石的石墨化。通过数值模拟 。

用显微金刚石池测试高分子弹性材料的红外光谱

本文论述了用显微金刚石池研究高分子弹性材料 ,方法简便、快速和精确。

纳米晶金刚石的爆炸合成及超微金刚石的应用

爆炸合成的金刚万中存在一种具有纳米级亚晶的金刚石织构，它是由石墨经固态无扩散相变而成的，具有明显择优取向的纤维状组织。除常见的立方金刚石外，还存在一种六方金刚石，二者常共生于一个晶粒中。六方金刚石也是超硬材料之一，经碎化后的纳米级金刚石超微粉，是磁头、电接触头等耐磨性能要求高的材料中的良好的强化相。

超微金刚石对Ni-P化学复合镀层性能的影响

为改善Ni-P化学镀层的性能,采用化学复合镀的方法在镀层中添加了爆轰合成超微金刚石(Ultrafine Diamond,UFD).研究了复合镀层的形成机理及镀液中UFD含量对复合镀层显微硬度及耐磨性的影响规律.实验用UFD众数粒径为114.6 nm,镀层显微硬度采用国产71型显微硬度仪进行检测,耐磨性采用国产MM200型磨损试验机进行检测.结果表明:随着镀液中UFD的加入,Ni-P合金粒子会以UFD颗粒为核心形成硬度较高的"包覆球","包覆球"沉积到镀件表面形成复合镀层.复合镀层的显微硬度及耐磨性均随镀液中UFD含量的不同呈规律性变化.与Ni-P化学镀层相比,当镀液中UFD含量为0.8 g/L时,复合镀层显微硬度可提高0.6倍;当镀液中UFD含量为1.0 g/L时,复合镀层耐磨性可提高4.8倍.

炸药的装药约束条件对爆轰合成超微金刚石得率的影响

将炸药注入不同材质的壳体中进行了约束爆轰合成的实验,并通过数值模拟分析了炸药的约束条件对超微金刚石(UFD)得率的影响。结果表明:各种约束介质都可在一定程度上提高UFD的得率,影响程度随着壳体密度和强度的增加而增强。

炸药爆轰合成超微金刚石的数值模拟

爆压对炸药爆轰合成超微金刚石的得率有很大影响,而实验过程中很难对它进行准确地观察和测量.本文用有限元动力学程序模拟爆轰产物的膨胀过程,得到炸药整个爆轰及膨胀过程中压力p随时间t的变化历程,对各种装药条件、约束条件、保护条件、起爆方式做了模拟,对计算结果与实验结果进行了比较,结果表明两者是一致的.

装药直径对炸药爆轰合成超微金刚石的影响

通过实验研究了不同装药直径和在同一直径下不同装药量对超微金刚石(UFD)生成的影响。结果表明，药柱直径对UFD收得率影响较大，在一定的爆轰条件下装药存在一个最佳直径；在同一直径下，随着药量的增加收得率基本不变。

基于MD模拟的低能FIB辐照金刚石靶材亚表层损伤形成机理研究

聚焦离子束(focused Ion beam,FIB)作为一种用于金刚石微铣刀的特种加工方式,其引发的损伤程度直接关联到刀具的加工性能和寿命。课题组采用LAMMPS软件进行分子动力学(Molecular Dynamics,MD)模拟,结合SRIM软件的分析结果,探究单晶金刚石亚表层损伤的形成机理和入射离子能量对损伤深度和范围的影响。模拟结果表明:随着入射离子能量的提升,离子束在材料内的渗透深度及引起的非晶层和点缺陷损伤均有所增加;进一步的研究发现损伤形成过程中材料局部温度的上升可能诱发自退火现象,且与离子入射能量成正比,该现象对于理解聚焦离子束加工引起的损伤有着至关重要的意义;而势能的变化与损伤形成之间的显著对应关系揭示了第一邻近原子的势能明显高于第二邻近原子,进而高于Other类型原子,这一发现有助于深入理解损伤形成的微观过程。因此,精确控制入射能量是实现金刚石材料高精度聚焦离子束加工的关键,且对自退火效应和势能变化的研究对损伤监控与控制同样重要。

微圆弧金刚石刀具刀尖圆弧的测量及评价

为实现对微圆弧金刚石刀具刀尖圆弧的评价,提出了一种基于高分辨率扫描电镜图像的评价方法,并对刀尖圆弧轮廓提取、轮廓曲线拟合、圆弧度评价等算法进行了研究.首先,运用Canny边缘检测算子提取刀尖圆弧图像的二维轮廓数据,并用移动最小二乘法对该数据进行拟合,使所提取轮廓光滑化;接着,建立了基于最小二乘准则的刀尖圆弧评价模型,并采用二次序列规划法对模型进行求解;最后,分析了轮廓拟合误差、测量不垂直度误差对刀尖圆弧评价结果的影响,并计算了刀尖圆弧半径及圆弧度不确定度值.实验结果表明所评价微圆弧金刚石刀具的刀尖圆弧半径为30.213μm,圆弧半径不确定度为351 nm,圆弧度为0.114μm,圆弧度不确定度为24 nm.由评价结果可以看出,本文所提出的方法可以实现微圆弧金刚石刀具刀尖圆弧纳米级精度的测量及评价.

基于微纳米金刚石过渡层的cBN刀具涂层制备

立方氮化硼(Cubic Boron Nitride,cBN)是仅次于金刚石的超硬材料,比金刚石具有更高的化学稳定性,可以胜任铁系金属的加工。本文在YG6硬质合金上基于微纳米金刚石过渡层开展cBN涂层的制备研究。本文在热丝化学气相沉积系统中制备微纳米金刚石过渡层(Micro/nanocrystalline diamond,M/NCD),在射频磁控溅射系统中制备cBN涂层,并对M/NCD与cBN涂层进行了成分、微观形貌与结合性能的研究。研究结果发现,在硬质合金基体上,M/NCD过渡层的结合性能明显优于NCD过渡层。磁控溅射制备cBN涂层过程中,存在适合cBN沉积的衬底偏压阈值,过高或过低的衬底偏压均不利于cBN含量的提高。

微/纳米金刚石复合涂层刀具的制备及切削试验

利用化学气相沉积法在硬质合金基体上制备微/纳米金刚石复合涂层,采用扫描电镜、Raman光谱仪、洛氏硬度计、微粒喷浆试验仪对涂层进行微结构与性能表征,同时进行切削试验。结果表明:涂层表面晶粒细小,颗粒尺寸达到纳米级,涂层纯度高,膜/基结合力好,耐磨性高。切削试验结果显示:微/纳米金刚石复合涂层刀具切削加工工件的表面粗糙度比硬质合金刀具小,其表面粗糙度平均值为0.931μm;从后刀面磨损量结果看出微/纳米金刚石复合涂层刀具使用寿命长;从前、后刀面磨损形貌看出金刚石复合涂层结合力好,耐磨性高。

CVD金刚石微剂量仪的辐射优化研究

金刚石材料具有大的能带间隙、快的电荷收集和低的介电常数等,在较恶劣的实验环境下(如对于超大规模的强子对撞机和同步辐射加速器进行近距离、高辐射条件下的信号探测),有望成为常规的硅、砷化镓等探测器的替代品。为了改进金刚石探测器的性能,本文采用5MeV质子对CVD金刚石微剂量仪进行了辐照,并采用侧向微束离子诱导电荷(IBIC)技术分析研究其性能。实验发现:①经46 Gy质子辐照后金刚石探测器的收集效率得到了很大的改善;②收集效率和计数的均匀性也得到了提高,尤其是计数的均匀性,在窄条宽很小情况下其均匀性已达95%以上。可见用质子辐照CVD金刚石是提高其性能的有效途径之一。