无润滑条件下工艺参数对Al6063金刚石线切表面粗糙度影响

金刚石线锯因具有超高的硬度和耐磨性,常用于切削各种硬质材料,因加工过程摩擦较为剧烈,通常加冷却润滑介质,但一些特殊需求下,铝合金需要线切时无法施加冷却液。基于单因素试验法,在无润滑条件下进行了Al6063材料的线锯试验,分析了加工表面不同区域粗糙度的分布规律以及配重、线速度与进给速度对加工表面粗糙度的影响规律。结果表明,加工面中间位置表面粗糙度最大;在试验范围内配重越大,对应的表面粗糙度值越小;金刚石线锯线速度越大,其表面粗糙度值越小;进给速度越小,所对应的表面粗糙度值越小。试验结果对提高加工表面质量有实际参考价值。

表面掺杂增强金刚石/铜复合材料界面结合的计算研究

采用基于密度泛函理论的材料模拟程序CASTEP模块,研究B、N、Si掺杂对金刚石表面结构的影响。结果表明,B、N、Si的掺杂可以改变金刚石表面的电子状态,其中硼原子会与碳原子形成强的键合作用,而硅和氮原子则形成弱的键合作用。并以B、N、Si封端金刚石作为增强体,分析掺杂金刚石对金刚石/铜复合材料的影响,结果表明,对金刚石进行表面掺氮和掺硅可以提高金刚石/铜界面的结合强度,其中掺氮的效果最好。电子态密度表明,掺杂金刚石表面第一层原子在费米能级附近的电子状态分布对电子-声子耦合有利。

纳米金刚石表面向洋葱碳转变的原位电镜研究

纳米金刚石向一种洋葱状石墨碳结构的转变对其性能改变显著,然而人们在研究这种始于表面的碳结构转变时却往往忽略了纳米金刚石表面不可避免会存在的非晶碳层的影响。本文借助原位环境球差电镜技术,利用电子束辐照和原位热氧化,获得了表面没有非晶碳层的纯净纳米金刚石颗粒,并证实了同样条件下表面含有非晶碳层的纳米金刚石更容易转变为洋葱碳,而表面结晶性好、不含非晶碳的纳米金刚石则更难转变为洋葱碳;此外,当电子束辐照耦合高温加热可以在更低的温度和更短的时间内将纳米金刚石全部转变为洋葱碳。本文的研究结果对抑制纳米金刚石表面石墨化转变提升其稳定性或促进纳米金刚石向洋葱碳转变并提升转变效率均具有一定的指导意义。

研磨压力对聚晶金刚石表面质量的影响

使用金刚石平磨盘对聚晶金刚石(polycrystalline diamond,PCD)复合片的金刚石层进行高速研磨实验,研究研磨压力对PCD研磨去除率、表面粗糙度和表面形貌的影响。结果表明:当研磨压力为0.10~0.18MPa时,随着研磨压力的增大,PCD的研磨去除率增大,表面粗糙度减小。PCD研磨表面缺陷主要包括沿晶破碎、微小凹坑、机械划痕、微裂纹等,且随着研磨压力增大,研磨表面平滑面积扩大,机械划痕变小。

精密模压模具用类金刚石薄膜表面失效与恢复

为了研究精密模压模具用类金刚石(DLC)薄膜的表面失效过程,探索恢复失效薄膜表面性能的方法,用磁过滤阴极电弧设备在硬质合金模具上制备无氢类金刚石ta-C薄膜,在精密模压机上使用该模具对玻璃开展模压。通过拉曼光谱检测经历不同次数模压薄膜结构变化情况,使用维氏硬度计、白光干涉仪检测模压前和多轮模压后ta-C薄膜的表面状态差异,从而评价薄膜在精密模压过程中的失效方式。结果表明:随着模压次数的增加,ta-C薄膜拉曼特征峰比值I_(D)/I_(G)从0.66上升到超过2.67,发生四面体配位sp^(3)向三配位键合结构sp^(2)的相转变。ta-C薄膜的硬度经模压后下降了15.5%,表面粗糙度由0.6 nm增大到25.8 nm,且膜层的整体均匀性下降。薄膜失效异常位置分析揭示了相转变主要发生在薄膜外表面,薄膜内部结构在模压过程中仍保持相对稳定,通过氧离子刻蚀可以使模压后的ta-C薄膜表面状态恢复。

金刚石微粉表面改性研究综述

金刚石表面改性技术可有效改善金刚石与基体材料间的结合状态,解决其表面惰性强、难润湿,界面热阻大、热导率小,以及超细颗粒比表面能大、易团聚等问题,极大地拓展了金刚石的应用领域。本文概述了金刚石微粉的制备方法及表面改性技术研究进展。

纳米金刚石膜/{100}晶面多晶金刚石膜台阶法快速生长研究

通过高功率微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)以及台阶式基底排列方法,可以在一次沉积过程中同时沉积纳米晶粒及<100>取向的{100}面多晶金刚石薄膜。详细比较在同一次沉积中同时制备的多种不同类别的金刚石产物的生长速率。采用台阶法并添加少量空气,微波功率从2.0k W增加至3.2 kW,在下面大硅片上生长的纳米金刚石膜的平均生长速率可从0.3μm/h增大到3.0μm/h;而在上面小硅片上生长的纳米金刚石膜的平均生长速率从3.8μm/h也增加到11.2μm/h,同时产物也转变为{100}晶面的多晶膜。另外,在上面小硅片上生长的金刚石膜的边角效应明显,在边界生长的金刚石产物的生长速率更高,从17.0μm/h增大到27.1μm/h。该结果表明少量氮气和氧气同时添加对金刚石生长的形貌多样性调节作用和对生长速率的提升作用强烈依赖于生长条件。

芯片用金刚石增强金属基复合材料研究进展

随着电子设备集成化程度越来越高,对高导热封装材料的需求也越来越大,金刚石增强金属基复合材料凭借其高导热性能成为研究焦点。然而,由于金刚石颗粒与金属基体之间的不润湿特性,具有高导热性的金刚石增强金属基复合材料难以制备。文中综述了金刚石增强金属基复合材料的研究进展,包括界面改性、工艺参数优化和复合材料制备方法,并指出了金刚石增强金属基复合材料目前存在的问题和今后的研究方向。

C-H-F氛围下金刚石薄膜的低温CVD生长过程分析

基于第一性原理的密度泛函理论对C-H-F氛围下低温CVD金刚石薄膜的生长过程进行仿真分析,计算H、F原子在氢终止金刚石表面发生萃取反应的吸附能、反应热与反应能垒,并分析CF_(3)、CF_(2)、CF 3种生长基团在带有活性位点基底上的吸附。结果表明:与H原子相比,F原子更容易在氢终止金刚石表面萃出H,并以HF形式脱附,且在C-H-F氛围下有利于在低温时产生更多的活性位点;CF_(3)、CF_(2)、CF基团在吸附后的结构和吸附能绝对值都更有利于金刚石相的生成,适当提高CF_(3)、CF_(2)、CF基团的浓度有助于实现金刚石相的更高速率生长。

多巴胺和γ-氨丙基三乙氧基硅烷共修饰纳米金刚石及硅橡胶复合材料的制备与导热性能

首先利用多巴胺的氧化自聚合在纳米金刚石(ND)表面包覆聚多巴胺(PDA),以引入羟基、氨基等活性基团,然后在ND上继续接枝γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH 550)得到ND-PDA-KH 550,再与硅橡胶(SiR)发生化学反应制得ND-PDA-KH 550/SiR复合材料。结果表明,在ND上接枝PDA和KH 550可有效改变ND表面的物理化学性质,提高ND与SiR基体的界面相互作用,降低界面热阻,从而显著提高复合材料的导热性能;当ND质量分数为6%时,ND-PDA-KH 550/SiR复合材料在25,50,75,100℃下的热导率分别为0.340,0.398,0.484,0.586 W/(m·K),比纯SiR材料的热导率分别提高了94.3%、118.7%、161.6%和211.7%。

金刚石固态微波功率器件研究进展和展望

被誉为终极半导体材料的金刚石具有超宽的禁带宽度、超高击穿电场、高的载流子漂移速率、极高的热导率、极强的抗辐射能力等特性,在微波功率器件领域具有很好的应用前景。金刚石微波功率器件的研究近几年引起了广泛关注,文章总结了金刚石微波功率器件的研究进展,重点分析了目前主流的氢终端金刚石、表面氧化物终端金刚石和掺杂金刚石实现的微波功率器件的研究进展、面临问题和发展展望。

细粒度金刚石砂轮超精密磨削硅片的表面质量

为实现硅片高质量表面的超精密磨削,研究了5000目、8000目和30000目金刚石砂轮磨削硅片的表面质量。利用数学模型预测了硅片磨削表面的粗糙度Ra并对预测结果进行了试验验证,分析了硅片磨削表面的形貌特征;通过磨床主轴电机的电流变化对比分析了5000目、8000目和30000目砂轮磨削过程中的磨削力变化趋势。研究结果表明:8000目砂轮磨削后的单晶硅表面粗糙度Ra小于10 nm,亚表面损伤深度小于150 nm,磨削过程中的磨削力稳定,磨削质量优于5000目砂轮,磨削过程的稳定性优于30000目砂轮。

CVD金刚石纳秒激光烧蚀机理及抛光试验研究(内封面文章·特邀)

通过有限元仿真研究了激光入射角度对纳秒激光烧蚀CVD金刚石的表面创成过程影响,并结合纳秒激光烧蚀CVD金刚石的试验,探究了激光功率、激光入射倾角与光斑重叠率等参数对CVD金刚石表面形貌及表面粗糙度的影响,分析了表面损伤的形成机理。在一定激光功率下,激光入射倾角增大会明显减轻加工表面的陷光效应,从而获得更加均匀的表面形貌。激光烧蚀CVD金刚石表面以沟槽、裂纹等为主要表面损伤特征,通过优化激光加工参数抑制了材料的表面损伤,降低了材料的表面粗糙度数值,实现了基于纳秒激光入射角度和扫描轨迹控制的CVD金刚石均匀抛光去除。

镍粉对金刚石微粉刻蚀的研究

为了探究金刚石微粉刻蚀的可行性,将金刚石微粉与镍粉以质量比1:5进行混合,以氮气为保护气氛,在700~900℃下用镍粉对金刚石微粉进行刻蚀。用X射线衍射和扫描电子显微镜对刻蚀好的金刚石的结构和刻蚀效果进行表征。结果表明:镍粉能对金刚石微粉进行刻蚀,且随温度的升高,刻蚀程度加剧,刻蚀面积和深度增加,当温度为900℃时,金刚石表面已完全刻蚀。

合成金刚石的晶体形态对天然金刚石的启示

作为深部地球研究的“信使”,不同类型天然金刚石的形成温度、压力及环境介质条件一直是地球科学中的重要内容。天然金刚石原石呈现出多种多样的晶型和表面形貌特征是其结晶过程、介质环境和运移过程的最直接记录。伴随着金刚石高温高压合成技术的发展以及合成金刚石的规模化工业生产应用,前人对合成金刚石的晶型及表面形貌特征进行了大量的描述并详细探讨了温度、压力及组分差异对晶体形态的影响。本文对不同条件下的合成金刚石与不同类型天然金刚石的晶型特征、表面形貌特征进行了详细的对比分析,旨在将高温高压实验中明确的生长条件及晶体生长规律应用于天然金刚石形成条件的研究中,并进一步为金刚石晶体形态反映出的地质环境特征、地幔流体/熔体组成和动力学条件的研究提供约束。

纳米金刚石载药及其抗肿瘤应用研究进展

《本草纲目》中提到金刚石主治磨水涂汤火伤。现代科学研究证明金刚石(特别是纳米金刚石)生物相容性良好、毒副作用小、物理化学稳定性好、硬度高、导热快、表面活性高且容易功能化等特性。纳米金刚石可以实现多种化学及核酸药物的担载,应用于抗肿瘤药物递送等领域。文章综述了近年来基于功能化纳米金刚石的开发及其在白血病、结肠癌、肺癌、肝癌、乳腺癌、胰腺癌等疾病中的应用进展,以期为金刚石更好地应用于临床提供新方向。

金刚石化学机械抛光研究进展

金刚石以优异的性能在力学、光学、热学和电子学(如半导体)等领域发挥着重要作用。然而,金刚石表面质量会影响其在这些领域的应用效果,因此通过高效抛光技术获得高质量表面一直是金刚石研究的重点内容。金刚石抛光技术主要有机械抛光、热化学抛光、激光抛光和化学机械抛光等,其中化学机械抛光(CMP)具有设备运行成本低、工艺简单、抛光后表面损伤小等优点。本文在对上述几种抛光方法进行分析对比的基础上,聚焦于CMP领域,对其发展历程进行了较详尽的对比与分析。早期CMP技术虽在工艺和抛光效率上存在一定局限,但为后续技术的创新与优化奠定了基础;H_(2)O_(2)及其混合物的应用,不仅增强了CMP过程中的化学反应活性,提高了材料去除率,还有效降低了表面粗糙度,改善了金刚石表面质量;光催化辅助化学机械抛光可使金刚石达到高表面质量,但设备相对复杂,无法满足大规模生产的需求,需要进一步研究和优化。此外,本文还对化学机械抛光的未来发展进行了预测,为相关领域研究人员提供参考。

基于金刚石涂层的石墨铣刀磨损特性研究

为深入分析金刚石涂层铣刀加工石墨的磨损机理以及对表面粗糙度的影响,采用单因素实验对石墨进行铣削加工,通过超景深显微镜对刀具的端齿进行测量,同时采用三维测量仪对刀具的周刃进行轮廓检测,并采用手持式粗糙度检测仪对加工表面进行粗糙度检测。结果表明:石墨铣削加工中,刀具的磨损形式以磨粒磨损为主,随着切削距离的增加,刀具端齿磨损不断加剧,出现从涂层脱落到刃口崩缺的变化,而周刃刃口轮廓出现较大的磨损;工件表面粗糙度在垂直进给方向上随着刀具磨损和切削距离的增加而增大。

硫系玻璃单点金刚石车削技术的研究进展

硫系玻璃是应用较为广泛且较难加工的红外光学元件。单点金刚石车削加工技术不仅具有较高的加工质量,还能有效避免磨料嵌入光学元件导致面形精度降低,适用于小口径、大批量硫系玻璃镜片的超精密加工。本文介绍了硫系玻璃单点金刚石车削加工的原理和条件,综述了硫系玻璃单点金刚石车削加工过程中机床、刀具、加工工艺等对面形精度和表面光洁度的影响。

单颗金刚石磨粒划擦2D SiC_(f)/SiC复合材料实验

为了揭示2D SiC_(f)/SiC复合材料的磨削去除机理,根据2D SiC_(f)/SiC复合材料的编织结构特点,分别在2D SiC_(f)/SiC纤维的编织表面(woven surface,WS)和叠加表面(stacking surface,SS)沿0°、45°和90°方向开展单颗金刚石磨粒划擦实验,测量其划擦力和划痕深度,并观察划痕表面形貌。结果表明:在WS0(纤维编织表面的0°方向)上SiC_(f)/SiC材料的去除方式主要为纵向纤维(纤维轴向与进给速度方向一致)的剪切、拉伸、弯曲断裂和横向纤维(纤维轴向与进给速度方向垂直)的剪切、弯曲断裂;在WS45(纤维编织表面的45°方向)上主要为纤维的剪切、弯曲、拉伸断裂;在SS0(纤维叠加表面的0°方向)上主要为法向纤维(纤维轴向垂直于划擦表面)的延性去除、剪切、弯曲断裂,纵向纤维的剪切、拉伸、弯曲断裂;在SS90(纤维叠加表面的90°方向)上主要为法向纤维的延性去除、剪切、弯曲断裂和横向纤维的剪切、弯曲、拉伸断裂。由于SiC纤维的各向异性,不同方向、不同断裂形式有不同的力学性能,剪切断裂所需要的力最小,拉伸断裂所需要的力最大。在相同划擦深度下,因WS0、WS45、SS0、SS90方向上断裂形式的不同和剪切、弯曲、拉伸断裂所占的比例不同,其划擦力大小依次为FSS0>FWS45>FSS90>FWS0。且磨粒切入复合材料后随着裂纹的扩展和相互贯通,SiC基体会一起被剥离去除,部分基体受到挤压去除后再次被磨粒划擦去除形成延性划痕。2D SiC_(f)/SiC复合材料切削时宜选择WS0方向,而尽量避开SS0方向。