Ti基镶嵌金刚石颗粒掺硼金刚石电极及其性能

利用粉末压片机在Ti片表面镶嵌金刚石颗粒,以此为衬底,通过热丝化学气相沉积技术沉积掺硼金刚石(boron-doped diamond, BDD)薄膜,制备新型Ti基镶嵌金刚石颗粒BDD (Ti/D/BDD)电极,并制备Ti基BDD (Ti/BDD)电极作为对比。采用扫描电子显微镜、拉曼光谱仪和电化学工作站表征电极的形貌、B掺杂水平和电化学性能,利用紫外可见分光光度计测试电极模拟废水降解的效果。结果表明:沉积时间相同时,Ti/D/BDD电极比Ti/BDD电极具有更大的电化学活性面积,更低的薄膜阻抗,使得电极对酸性橙G表现出更高的降解速率,更低的降解能耗。沉积10 h时,Ti/D/BDD电极具有最高的双电层电容(1.87 mF),最低的薄膜电阻(0.4?);降解120 min后,Ti/D/BDD电极的色度移除率比Ti/BDD电极最高可提升53.1%,同时能耗降低14.2%。

多片式衬底HFCVD系统沉积金刚石颗粒物理场的仿真优化

探索热丝化学气相沉积(hot filament chemical vapor deposition,HFCVD)合成高效优质的金刚石已成为研究热点。采用可提高金刚石颗粒单次沉积产量的新型多片式栅状衬底,应用FLUENT流体仿真软件,在原有单个出气口数量及进气总流量保持不变的情况下,优化传统模型,将单个进气口拆分成5个大小相等的进气口,对影响金刚石单晶颗粒均匀性的进气口数量和排布方式工艺参数进行仿真,对比分析HFCVD系统内气体的物理场。结果显示:4组优化模型均提高了衬底温度及流速的均匀性,有利于金刚石单晶颗粒的均匀生长,但对其沉积速率影响不显著;进一步分析优化模型的温度场,发现5个进气口及单个出气口分别位于反应腔体顶部和底部的中间位置时系统的温度差最低,最满足金刚石单晶颗粒在多片式硅衬底上均匀生长的条件。HFCVD金刚石单晶颗粒沉积试验验证了仿真结果的正确性。

金刚石颗粒体积分数与刺碰概率和防刺性能的关系探讨

制备不同金刚石颗粒体积分数的金刚石颗粒/聚酰亚胺复合树脂片,使用摆锤式织物防刺、割、砍功能组合测量仪对复合树脂片的防刺性能进行测试,探讨金刚石颗粒体积分数对复合树脂片防刺性能的影响。研究结果表明,刺碰概率与复合树脂片中金刚石颗粒体积分数呈线性正相关;复合树脂片防刺强力与金刚石颗粒体积分数呈非线性正相关;刀具刺入体积和金刚石颗粒体积分数的关系曲线与复合树脂片防刺强力和金刚石颗粒体积分数关系曲线基本一致,且为互补函数,由此证实了防刺强力与刺碰概率间呈函数关系的推论。研究可为高效防刺复合树脂片的设计与制备提供定量化的依据。

金刚石颗粒表面化学镀镍及其在树脂磨具中的应用

通过化学镀镍工艺在金刚石颗粒表面镀覆一层金属镍，可一次镀也可多次镀。通过XRD、SEM、EPMA等分析，表明一次镀镀层形貌规则，多次镀镀层凹凸不平；镀层镍呈非晶态，形成Ni－P合金层。磨削试验表明，镀镍金刚石砂轮其耐磨性优于普通金刚石砂轮，多次镀镍金刚石的更佳。

Cu-32Mn-8Ti预合金粉末与金刚石颗粒的界面反应

采用自制Cu-32Mn-8Ti预合金粉末为粘合剂,在低真空钎焊条件下制备了金刚石复合材料。利用扫描电镜、能谱仪、X射线衍射仪等研究预合金粉末与金刚石颗粒界面反应。结果表明,在试验条件下,胎体中的Ti原子向金刚石表面扩散,形成约为3～5μm的扩散层,并与金刚石颗粒表面的C发生化学反应生成TiC,呈非连续层片状分布于金刚石颗粒表面,实现了金刚石颗粒与金属的化学键结合。

金刚石颗粒-金属粉末的CO_2激光烧结机理研究

采用高功率横流CO2激光光束、60%Cu-15%Sn-10%Ni-15%Ti(质量分数)合金钎料和保护氩气在45#钢板表面钎焊金刚石颗粒。研究了钎料厚度、激光功率、激光扫描速度、离焦量对钎焊层的影响,分析了钎焊层的微观组织结构,讨论了其冶金结合机理。结果表明:在激光功率850W、扫描速度9mm/s、光斑直径3mm、负离焦、激光钎焊粉料的厚度为0.5mm时,可获得金刚石颗粒、钎料合金、金属基体三者具有最佳结合性能的钎焊层;金刚石表面可能生成了TiC层,钎焊样品没有明显的缺陷,钎焊层、金刚石和钢板有较高的结合强度。

金刚石颗粒在水体系中的分散性能研究

金刚石颗粒在化学镀液介质中的稳定分散是实现复合镀工艺的先决条件。本文测定了金刚石颗粒悬浮液体系中颗粒的Zeta电位和粒径,探索了无机电解质类分散剂(SHP)和非离子型表面活性剂(PEG)对金刚石颗粒在水体系中表面动电位和粒径的影响。研究结果发现,随着SHP含量的增加,体系中金刚石颗粒表面的Zeta电位绝对值出现先增大后减小的趋势;在SHP含量为0.05%质量分数处Zeta电位绝对值出现最大值;表面活性剂SHP在同等含量下分散效果略优于PEG。

金刚石颗粒强化银基复合镀层

在制备银基金刚石颗粒复合镀层的基础上 ,研究了复合镀层的力学性能和电接触性能 ,以及电镀工艺对镀层结构的影响。结果表明 ,金刚石粉末能够提高银镀层的硬度 ,降低其电磨损率 ,从而提高电触头的寿命及耐大电流的能力。金刚石粒径越小、浓度越高 (在一定的范围内 ) ,强化效果越好。影响复合镀层结构的因素有很多 ,各因素必须相互协调 ,才可得到与衬底结合牢固的、颗粒均匀分布的结晶致密的复合镀层。镀液中金刚石含量不很高时 ,其最优化工艺与常规镀银相仿 ,使用适量的分散剂并加以搅拌有利于金刚石粉末在镀层中的均匀分布。

基于HALCON的金刚石颗粒参数测量技术研究

基于机器视觉技术研究了金刚石颗粒特征参数的自动测量方法,给出了采用机器视觉图像处理软件HALCON测量粒径、圆度、椭圆度、净度、形状等特征参数的关键步骤。最后对一些金刚石颗粒样品进行了实例测量,结果表明,采用文章所述方法,可以简单快速地获得金刚石的各种特征参数,粒径的测量精度可以达到亚像素级别,测量结果稳健可靠。

金刚石颗粒与硅基底的超声焊接及场发射性能(英文)

采用一种超声焊接工艺,通过施加纳米幅度的超声水平振动将金刚石颗粒牢固地焊接于硅基底表面。在此过程中超声力小于硅所能承受的剪切应力,使硅表面得以发生超声软化进而促成焊接的形成。焊接界面的分析结果表明硅与金刚石颗粒之间的连接不仅仅是机械嵌合,还包括原子之间的键合。当焊接时间为5 s、振幅为500 nm时形成了稳固的纳米焊接。焊接后的金刚石场发射阴极获得了较低的开启场强(电流密度为1μA/cm2时的场强)1.4 V/μm,并且当电场强度达到9.6 V/μm时,可获得到高达1 mA/cm2的电流密度。

微米级金刚石颗粒开断400V直流电弧的可行性探讨

为了探究固态流体颗粒新型灭弧方式在400V低压直流微网领域的应用可行性,进而提供新型灭弧方式的低压直流断路器设计思路,本文选用微米级金刚石颗粒作为低压直流断路器的灭弧介质,设计了2kV/3.5kA、电流上升率1.3kA/ms的直流合成回路,以及与之配套的灭弧室测试其灭弧性能。在预加电压为800V、短路电流峰值1～2kA条件下进行金刚石颗粒的熔丝熔断灭弧试验与操纵机构拉弧试验,分析微米级金刚石颗粒对400V直流短路电弧开断性能的影响。试验结果表明:使用平均直径为50μm的金刚石颗粒作为灭弧介质,能够有效提高燃弧电压,其燃弧电压提升幅度约为空气作为灭弧介质时的5～6倍。且采用机械力推动金刚石颗粒冲击电弧或在灭弧室内充入CO_2气体等方法,均可有效提升其灭弧速度。最后讨论了微米级金刚石颗粒在用作低压直流断路器灭弧介质的可行性和提升类似固态流体颗粒灭弧性能的改进措施。

基于Hough变换的金刚石颗粒测量方法研究

针对金刚石颗粒图像分析时的颗粒边缘非闭合性问题,提出了一种基于Hough变换的金刚石颗粒测量新方法;该方法首先对图像进行形态学去噪、平滑滤波和Canny边缘检测等预处理,得到金刚石颗粒图像的初始边缘曲线,然后采用Hough变换提取边缘曲线的直线特征,并通过极径和极角对多个直线特征进行判断和图形识别,得到确定的金刚石颗粒边缘轮廓,最后对得到的边缘轮廓进行拟合,测量出金刚石颗粒的粒径、椭圆度和圆度等参数大小;该方法在VC++环境下,用OpenCV编程技术对其进行了实验验证,结果表明:该方法可以准确快速地测量出金刚石颗粒特征参数,为金刚石颗粒的等级评定提供了技术支持。

纳米金刚石颗粒导热系数的分子动力学研究

应用分子动力学模拟的方法,研究了纳米金刚石颗粒的导热系数对温度和颗粒尺寸的依存关系.为了得到较为准确的模拟结果,采用了平衡态分子动力学模拟的方法.计算了较长时间的热流自相关函数,并得到了导热系数的收敛结果.结果表明,纳米金刚石颗粒由于尺寸的影响,导热系数低于体材料金刚石的导热系数;随温度的升高,导热系数出现一个峰值,该峰值点的温度小于体材料金刚石出现峰值点的温度;随颗粒尺寸的增大,导热系数增加,我们预测导热系数将在一定的颗粒尺寸时收敛于体材料金刚石的导热系数.

热丝化学气相法生长单晶金刚石颗粒的衬底温度场仿真及实验研究(英文)

本文使用金刚石磨料作为晶种颗粒,通过热丝化学气相法生长出单晶金刚石颗粒,并且建立三维的有限元模型,利用有限元仿真分析了生长过程中影响金刚石磨料生长速率以及沉积质量的各种因素,如热丝的排列方式,衬底的温度场,以及晶种的分布方式。通过固定在热丝CVD反应腔里的热电偶测量了实际的衬底温度分布,从而验证了仿真结果的正确性。另外,通过改变仿真模型优化了沉积单晶金刚石颗粒的工艺参数,获得适应于合成单晶金刚石颗粒的新技术,为化学气相沉积合成单晶金刚石颗粒奠定了基础,也为高温高压金刚石磨料品级的改进与提高提供了新途径。

氧等离子体对以石墨为碳源合成的CVD金刚石颗粒的影响

采用一种新型的金刚石颗粒制备方法,利用微波辅助化学气相沉积技术,向反应室内通入氢气,以固态石墨片同时作为碳源和衬底沉积金刚石颗粒。利用该方法合成的金刚石颗粒具有微米级尺寸,可用作研磨剂、抛光剂、形核剂等。但是合成的金刚石颗粒中仍含有少量的非晶碳,且合成颗粒的尺寸均匀性有待提高。为解决以上问题,本文中在反应不同阶段(初期、中期及末期)通入氧气,形成氧等离子体;研究氧等离子体对合成的金刚石颗粒形貌、尺寸、质量、纯度的影响,以及随氧等离子体添加阶段不同而产生的不同变化情况。结果表明,经氧等离子体处理的金刚石颗粒形貌略有改变,表面光滑度更好,且金刚石颗粒尺寸的一致性有所提高;经过激光粒度测试发现,金刚石颗粒的尺寸主要集中在25~29μm。添加氧等离子体有助于消除金刚石中的非晶碳,提高金刚石纯度;且在反应初期添加氧等离子体可最大程度提高金刚石颗粒质量。

纳米金刚石颗粒有望提前检测出癌症迹象

2013年10月25日讯，欧洲科学家正在开发一种非入侵式纳米科技探测平台，用于实时监测癌细胞内部的生物分子活动情况，该项技术一旦研发成功将能够提前检测出癌症发病迹象。

激光粉末床熔融成形金刚石增强铝基复合材料

添加质量分数3%金刚石颗粒并利用激光粉末床熔融技术制备6061铝基复合材料。采用光学显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射仪、电子密度计、电子式万能试验机对3%金刚石/6061铝基复合材料的微观组织、相对密度和拉伸性能进行了表征与分析。结果表明:金刚石与Al基体反应生成了针状Al4C3相,并沉积在α-Al基体上,导致晶界位错密度增加,强度提高,抗失效能力增强。金刚石的添加促使6061铝基体中热裂纹消失,但存在孔洞缺陷。较低的扫描速度增加了激光光斑与被加工材料接触的时间,导致金刚石颗粒部分石墨化,铝基体部分蒸发,进而形成内部缺陷,降低了复合材料的相对密度(97%)。金刚石的加入显著提高了激光粉末床熔融技术成形金刚石/6061铝基复合材料的抗拉强度,当激光功率为350 W、扫描速度为800 mm·s-1时,复合材料的极限抗拉强度达到最大值244.2 MPa,屈服强度211.6 MPa,伸长率2.1%。