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多晶烧结过程中金刚石表面石墨化研究

一、引言 高温高压下利用镍钦合金扩散浸溃进行的人造金刚石微粉多晶烧结过程中,金刚石经历了金刚石—石墨—金刚石的变化过程。金刚石晶粒的石墨化对金刚石晶粒间的结合具有重要作用(l1。本文利用俄歇电子能谱(AES)、X射线光电子能谱(XPS)和激光拉曼谱仪对金刚石晶粒的这种石墨化进行了表面分析和研究。证明它是发生于金刚石晶粒表面的一种反应过程,并发现此过程中还伴随着无定形碳的形成。 二、实验 人造多晶金刚石的烧结是以人造金刚石微粉为原料,在7.7GP“压力、150。一1700℃温度下,通过镍钦液相合金扩散浸渍而实现的。为了对烧结过程中的石墨化现象进行考查,本 一238一文选取在7.7CPa压力、1400“一150。℃温度下,烧结过程已经开始但尚未完成的欠烧结的多晶金刚石切片为样品。使用XSAM80O电子能谱仪和SPex激光喇曼谱仪进行了AES、XPS和喇曼分析。在AES分析中,使用电子束为激发源,其束能为Zkev,样品电流约为1 .7...  (本文共5页) 阅读全文>>

吉林大学
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新型梯度结构金刚石—硬质合金复合球齿的研究

本文从分析冲击钻进对钻头球齿的苛刻要求及传统硬质合金球齿的碎岩机理和损坏机理出发,提出了对金刚石-硬质合金复合球齿的组成分布及显微结构进行设计以形成梯度结构的设计模型,并进行了有限元分析优化,在此基础上,进行了梯度结构金刚石-硬质合金复合球齿的烧结试验,宏、微观性能测试,钻头设计、制造及钻进试验。对传统的双层结构金刚石-硬质合金复合材料进行了残余应力分析计算,指出该结构的复合球齿在烧结后的冷却过程中会产生较大的残余应力,从而降低材料的性能。设计了梯度结构金刚石-硬质合金复合球齿,确定了复合球齿的原料及梯度层中各组分的上下限体积分数,确定了梯度结构金刚石-硬质合金复合材料物性值及其分布规律,并利用有限元方法对不同梯度层数目的金刚石-硬质合金复合球齿的残余热应力进行了分析,得出了梯度层数目与复合球齿工作层内残余压应力、硬质合金基体内残余拉应力、界面剪应力及界面Von Mises 应力的关系。综合考虑有限元分析结果及复合球齿的设计目标...  (本文共167页) 本文目录 | 阅读全文>>

中南大学
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聚晶金刚石复合体界面及复合机理的研究

聚晶金刚石复合体作为一种特殊的复合材料,以其特有的性能在非金属及硬脆材料的加工方面获得了愈来愈广泛的应用。然而金刚石属于非金属材料,它与金属(或合金)之间在强度、硬度、弹性模量及结构等方面存在着较大的差异,特别是二者之间的界面能很高,使得绝大多数的单质金属或合金都难以有效地润湿和粘结金刚石颗粒,界面结合弱,限制了其应用范围。因此,研究金刚石与粘结金属间的界面结合问题及其复合机理具有特别重要的意义。鉴于目前国内外聚晶金刚石复合体的研究现状及存在的问题,以湖南省自然科学基金项目《聚晶金刚石复合体界面及复合机理的研究》(项目编号为00JJY2044)为依托,在导师的指导和前人工作的基础上展开本论文的研究。采用SEM、EDS、XRD、TEM、TG-DTA等研究方法,主要开展了以下几方面的研究:1、在六面顶压机上高温高压合成φ20mm聚晶金刚石复合体。并对合成φ34mm聚晶金刚石复合体所需的φ40mm的反应腔体进行了设计。2、在前人工作的...  (本文共167页) 本文目录 | 阅读全文>>

天津大学
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金刚石多晶材料的制备与功能特性研究

金刚石作为宽禁带半导体材料与其它材料相比,具有非常低的介电常数,很高的禁带宽度和极高的热导率及优良的光学性质。金刚石基多晶材料潜在应用亟待研究和开发,例如作为陶瓷基板、热沉材料、微波窗口材料等。本文分别采用高温高压法、溶胶-凝胶低温常压烧结法和固相反应低温常压烧结法制备了金刚石多晶材料,通过扫描电子显微镜、荧光光谱仪、阻抗分析仪等研究了其微观形貌、电学、热学和光学等性质,并探讨了不同烧结方法对这些多晶材料的性能影响。研究结果表明:高温高压快速烧结法制备的金刚石多晶材料,其具有近紫外发光特性。添加不同的过渡金属时,发现在低于Co共晶点温度时,具有低熔点高沸点的金属Zn元素以及Si和Zn的混合添加剂能够促进金刚石的烧结和致密化,并且能够抑制金刚石的石墨化。对所得到的含Zn金刚石多晶材料进行光致发光光谱的测试,发现当激发波长为200nm时,PL光谱在紫外310到390nm的范围内发现了一系列的尖锐的荧光谱,其发射线半高宽小于0.5nm...  (本文共115页) 本文目录 | 阅读全文>>

《高压物理学报》1989年02期
高压物理学报

多晶金刚石烧结中晶粒表面石墨化的实验研究

一、引言 高温高压下,以金刚石微粉为原料的多晶金刚石烧结过程中,金刚石晶粒表面的石墨化,对完成烧结过程具有重要的作用’6。晶粒表面石墨化,提供了在液相掺杂剂作用下,金刚石再结晶的驱动力,是实现晶粒间自体结合(diamond一iamo:ld bonding)的重要条件,再结晶所析出的沉积于晶粒间界的金刚石微晶,强化了多晶金刚石的晶粒间界,较之于金刚石、石墨更容易与掺杂fflJ发生反应,促进了有利于晶粒间中介结合(medium bond川g)的中间介质的生成。这些中间介质充填于未完全实现自体结合的晶粒之间,进一步强化了金刚石晶粒的聚结。 通常认为,多晶金刚石烧结过程中,金刚石晶粒表面的石墨化,首先是由于掺杂剂未液化前,处于高压腔中的晶粒不是均匀地承受着超高压作用,而是由于接触情况不同,承受着极不相同的压力,特别是妊于晶粒间空隙处的小晶粒或晶粒界面,实际上并未受到压力作用,在高温作用下,这些处于低压区的晶粒,在碳的p一T平衡图中位于石...  (本文共7页) 阅读全文>>

中南大学
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钻探用聚晶金刚石复合体高压合成、性能表征与优化研究

本文以提高钻探用聚晶金刚石复合体(PDC)的性能为目的,从PDC合成块尺寸的计算、合成块组装方式的改进出发,采用SEM、EDX、XRD、Raman光谱、DTA-TG和有限元分析等研究方法,对PDC的高压烧结过程、残余应力检测、性能表征与优化等方面进行了研究。基于有限元方法,探讨了合成块反应腔温度场的分布及其影响因素;在分析不同烧结时间PDC金刚石层表面XRD图谱的基础上,证实了PDC的烧结经历了金刚石的石墨化,发现了烧结过程中WC衍射峰强度的变化规律;分别采用应力释放法、XRD法和Raman光谱法测定了PDC金刚石层表面的残余应力,通过与有限元模拟结果对比,确认了这三种方法测定PDC残余应力的可行性;对PDC耐磨性、耐热性和抗冲击性能的表征方法进行了探讨并提出了改进措施;在优化PDC制备工艺的基础上设计并合成出了内置过渡层的PDC。对照国内外有关PDC的研究情况,本研究取得如下创新性成果:1、针对六面顶压机,提出了合成PDC所用...  (本文共191页) 本文目录 | 阅读全文>>