超硬材料制造PDF电子书下载

第一章 概论 1

第一节 超硬材料发展史 1

一、人造金刚石和立方氮化硼问世 1

二、超硬材料工业发展历程 2

三、超硬材料发展前景 3

四、天然金刚石简介 4

第二节 超硬材料分类 6

一、金刚石分类方法 6

二、国内外超硬材料品种牌号及特征 6

第三节 超硬材料的工业应用 11

一、工业金刚石制品种类 11

二、金刚石适宜加工的材料 12

三、金刚石工业应用领域 13

五、立方氮化硼的工业应用 15

第四节 人造金刚石方法综述 16

一、静压法（静态超高压高温合成法） 16

二、动压法（爆炸法） 17

三、亚稳态生长法 18

第二章 金刚石的性质 19

第一节 金刚石的形貌特征 19

一、化学成份 19

二、颜色 19

三、密度 19

四、晶形 19

第二节 金刚石的化学性质 20

一、疏水性 20

二、常温下的化学稳定性 20

三、高温下的氧化性（热稳定性） 20

四、金刚石的石墨化现象（在非氧介质中的热稳定性） 21

五、金刚石与过渡金属的化学作用 21

第三节 金刚石的机械性能 21

一、硬度 21

二、解理与脆性 22

三、强度 23

四、弹性模量与压缩系数 23

第四节 金刚石的物理性质 24

一、金刚石的光学性质 24

二、金刚石的热学性质 24

三、金刚石的电磁学性质 25

第三章 石墨、触媒与金刚石的电子结构和晶体结构 26

第一节 金刚石的电子结构和晶体结构 26

一、金刚石中碳原子的电子结构 26

二、金刚石的晶体结构 26

第二节 石墨的电子结构和晶体结构 27

一、石墨中碳原子的电子结构 27

二、石墨的两种晶体构型 28

三、石墨与金刚石结构比较 28

第三节 过渡金属的结构及其催化特性 29

一、过渡金属的电子结构及其催化特性 29

二、过渡金属的晶格几何结构及其催化特性 30

第四章 金刚石合成机理 32

第一节 合成机理概述 32

第二节 溶剂说 32

第三节 催化剂说 33

一、薄膜催化机理 33

二、多位催化机理 34

三、兼有溶剂和催化剂观点的几种学说 35

第四节 固相结构转化说 36

一、固相转化说 36

二、结构转化理理 36

第五节 液晶态逐层转化说 37

一、合成金刚石条件下石墨与触媒的存在状态——液晶态 37

二、液晶态逐层催化转变过程 38

三、逐层转化说对触媒电子结构和晶格结构的要求 38

第五章 金刚石生长过程动力学 39

第一节 碳的相图 39

一、相图上的区域划分 39

二、石墨-金刚石相平衡曲线 39

第二节 石墨-金刚石相变条件 41

一、石墨-金刚石互相转化的方向和限度 41

二、合成金刚石的压力温度条件 41

第三节 石墨向金刚石转化的动力 42

一、石墨-金刚石相变动力——化学位的差异 42

二、高压高温及触媒对相变活化能的贡献 43

三、无定形碳不易生长金刚石的原因 43

第四节 金刚石晶粒的形成 44

一、晶粒的临界半径 44

二、晶粒的形成率 45

第五节 金刚石晶粒的长大 47

一、适当的生长速率 47

二、稳定的生长过程 48

第六节 不同合成区间的晶粒生长状况 49

第七节 晶粒生长与升温升压过程的关系 49

一、一次升压 49

二、二次升压 50

第六章 静态高压高温的产生、测量与控制 51

第一节 静态高压高温的产生 51

一、静态高压的产生 51

二、静高压装置中高温的产生 52

第二节 静态高压高温的测量 55

一、静态高压的测量 55

二、高压下高温的测量 56

第三节 静态高温高压的控制 58

一、温度与压力的手动控制 58

二、温度与压力的自动控制 58

第七章 六面顶合成设备 66

第一节 概述 66

第二节 铰链式多压源六面顶压机 67

一、压机总体结构、工作油缸和增压器 68

二、液压元件及其作用 71

三、液压系统工作原理 74

四、电气控制系统 77

五、常见故障的原因与消除方法 79

第三节 六面顶压技术改进和发展趋势 79

第八章 金刚石合成用原材料 82

第一节 石墨 82

一、天然石墨和人造石墨 82

二、石墨的主要性能 85

三、石墨材料与金刚石晶体生长的关系 87

四、石墨材料的选择原则 91

第二节 触媒 91

一、触媒材料种类 91

二、触媒材料的物理性能、晶体结构及状态图 92

三、金属、碳体系的相图 93

四、触媒材料的熔炼与加工 96

五、触媒片的厚度 96

六、触媒材料的选择原则 97

第三节 传压介质 98

一、合成金刚石对反应容器的要求 98

二、叶蜡石的性质 98

三、其它传压介质 103

四、叶蜡石块的制备 104

第九章 六面顶合成技术 107

第一节 高压装置的调整 107

一、六面顶装置的调整 107

二、调整不当所造成的试棒变形 108

第二节 合成棒与合成块的设计与组装 109

一、合成棒中压力与温度的分布规律 109

二、组装原则 110

三、组装方式 110

四、以优质高产为双重目标的合成棒结构优化设计 111

第三节 磨料级金刚石合成工艺 113

一、合成工艺参数简析 113

二、观察合成效果判断压力温度 114

三、RVD金刚石合成工艺 114

四、MBD金刚石合成工艺 115

第四节 高品级金刚石合成工艺 115

一、SMD系列金刚石合成工艺 115

二、理想生长区间与实际生长区间——优晶区生长还是富晶区生长问题 116

三、压力温度的稳定与动态匹配 117

第五节 大腔体合成工艺的特点 119

一、合成腔体大型化进程 119

二、大腔体工艺特点 119

第十章 两面顶合成设备 121

第一节 概述 121

第二节 两面顶压机的结构和控制方式 123

一、两面顶压机的结构形式 123

二、两面顶压机的控制方式 126

第三节 超高压模具 128

一、超高压模具的基本类型 128

二、Belt型及其改良型模具的特点 129

三、影响硬质合金压缸和顶锤寿命的主要因素 131

四、凹砧装置简介 132

第十一章 两面顶合成技术 133

第一节 高压腔及元件设计 133

一、压缸和顶锤锥面角的选择及角度配合 133

二、高压密封垫的特性与功能 134

第二节 原材料选择 135

一、传压介质 135

二、密封材料 136

三、石墨 137

四、触媒 137

第三节 合成元件组装及合成工艺 138

一、合成元件组装 138

二、合成工艺 138

三、合成后组装状态分析与爆炸分析 139

第四节 大颗粒人造金刚石单晶的合成工艺 140

一、生长方法 141

二、晶种的植入与保护 141

三、生长速率 142

第五节 年轮式两面顶超高压技术的进展 142

一、压机大型化 143

二、产品系列化 143

三、产品质量高档化 145

四、大单晶实现产业化 145

五、高压磨具水平逐渐提高 146

六、产品成本大幅度下降 146

第十二章 人造金刚石的提纯与分选 147

第一节 提纯原理与方法 147

一、除金属 148

二、除石墨 150

三、除叶蜡石 153

第二节 分选原理与方法 153

一、粒度分级（筛分） 153

二、选形 154

三、磁选 157

第十三章 人造金刚石质量检测 159

第一节 人造金刚石质量指标及检测项目综述 159

一、粒度 159

二、强度 161

三、堆积密度 161

四、比表面积 162

第二节 粒度及其组成 162

第三节 单颗粒抗压强度 164

第四节 冲击韧性 165

一、意义 165

二、冲击韧性测定方法要点 165

三、冲击韧性的具体测试步骤 165

第五节 堆积密度与杂质含量 168

一、堆积密度 168

二、杂质含量 169

第六节 TTI、PPC、CFS、ECC及值 169

一、综述 169

二、TTI 170

三、PPC 170

四、值 172

第七节IST-FACT系统的七项检测指标 173

一、椭圆度Fe 174

二、圆度Fc 174

三、粒径分布PSD 174

四、颜色RGB 174

五、透光度T 174

六、纯净度C 175

七、表面粗糙度R 175

第十四章 超硬材料化学镀 176

第一节 超硬材料表面镀覆概述 176

一、超硬材料表面镀覆的发展 176

二、表面镀覆的超硬磨料品种 176

三、超硬磨料表面镀覆层的作用 178

四、镀覆磨料在树脂磨具中的应用 179

第二节 化学镀原理 180

第三节 化学镀前的表面处理 182

第四节 化学镀铜 184

一、化学镀铜工艺规范 184

二、溶液配制 185

三、化学镀铜反应机理 185

四、溶液成分和工艺条件的影响 186

第五节 化学镀镍 187

一、化学度镍层的性质 187

二、化学镀镍工艺规范 187

三、溶液配制 188

四、化学镀镍反应机理 188

五、溶液成分和工艺条件的影响 188

六、化学镀镍增重量的定理控制简介 190

第六节 化学镀含钨合金 190

一、意义 190

二、化学镀钴钨合金和镍钨合金原理与工艺 191

三、化学镀含钨合金的效果 191

第十五章 超硬材料电镀 193

第一节 电镀铜 193

一、概述 193

二、焦磷酸盐镀铜 194

三、有机膦酸盐镀铜 196

第二节 电镀镍 197

一、概述 197

二、硫酸盐镀镍工艺规范 198

三、溶液配制与调整 198

四、电极反应 199

五、溶液成分和工艺条件的影响 199

第三节 电镀镍钼合金和镍钨合金 200

一、电镀镍钼合金 200

二、电镀镍钨合金 201

第四节 电镀仪器设备 202

一、低压直流电源 202

二、电镀滚桶（流瓶）装置 203

三、镀层增重量的自动检测与控制装置 204

四、超声波电镀装置 206

第十六章 超硬材料真空镀 208

第一节 直空镀概述 208

一、真空镀方法概述 208

二、真空镀膜机简介 210

第二节 真空溅射镀 211

一、普通阴极溅镀 211

二、磁控阴极溅镀原理 212

三、磁控阴极溅镀工艺 213

四、金刚石表面溅镀金属的效果 214

第三节 真空离子镀概述 215

一、概述 215

二、真空离子镀基本原理 215

三、空心阴极离子镀 216

四、活性反应离子镀 216

第四节 真空微蒸发镀 217

一、真空微蒸发镀的特点及效果 217

二、镀层结构特征 219

三、界面化合物的生成条件 220

第十七章 金刚石微粉制造 221

第一节 粉碎法 221

一、原料加工处理 221

二、微粉粒度分级 222

三、分级后的酸处理 224

四、微粉质量检查 225

第二节 生长法 228

一、生长法特点概述 228

二、原料选择、加工与组装 229

三、合成工艺参数的选择 231

四、提纯与分选 232

第三节 爆炸法 232

一、爆炸法使用的装置 233

二、爆炸法使用的原材料 234

三、爆炸法工艺流程 234

第十八章 金刚石聚晶制造原理 237

第一节 金刚石聚晶概述 237

一、金刚石聚晶的概念 237

二、金刚石聚晶的特性 237

三、金刚石聚晶的品种 238

四、金刚石聚晶的用途 239

第二节 金刚石聚结过程分析 240

一、金刚石聚晶烧结过程中的基本物理化学变化 240

二、烧结体的显微结构 241

三、粘结剂用量及加入方式 242

四、烧结压力温度临界曲线 242

五、烧结工艺参数对烧结过程及聚晶质量的影响 242

第三节 金刚石聚晶烧结机理 243

一、粉体烧结过程基础知识 243

二、金刚石聚晶粘结机理 244

第十九章 金刚石聚晶制造工艺 248

第一节 金刚石表面净化处理 248

一、化学净化法 248

二、真空加热净化法 248

三、真空阳离子轰击净化法 248

第二节 烧结型聚晶制造工艺 249

一、工艺流程 249

二、原材料选择 250

三、组装方式 250

四、烧结温度压力范围 251

五、几类聚晶的制造方法 251

第三节 生长-烧结型聚晶制造工艺 252

第四节 聚晶质量检测 254

一、相对耐磨性检测 254

二、热稳定性检测 254

三、抗冲击性检测 254

四、PCD界面结合整体性的超改朝换代波检测 255

第二十章 金刚石薄膜生长技术 256

第一节 金刚石亚稳态生长法概述 256

一、金刚石薄膜生长技术方法分类 256

二、金刚石薄膜制备条件的条件 256

第二节 金刚石薄膜的性质与应用 258

一、金刚石薄膜的主要物理性质 258

二、金刚石薄膜的主要用途 260

第三节 金刚石薄膜生长方法 261

一、金刚石薄膜生长典型方法 261

二、形成金刚石薄膜的可能性 262

三、金刚石薄膜生长的一般规律 263

四、金刚石薄膜的形成机理 264

五、非金刚石初底生长金刚石薄膜过渡层的机理 266

第二十一章 立方氮化硼单晶制造 268

第一节 立方氮化硼的工业应用 268

一、立方氮化硼磨具 268

二、立方氮化硼刀具 269

第二节 立方氮化硼的结构与性质 270

一、氮化硼结构类型 270

二、六方氮化硼 271

三、立方氮化硼 271

第三节 氮化硼的p-T状态图 272

一、氮化硼的相图 272

二、触媒存在条件下HBN向CBN的转变 273

第四节 原材料 273

一、六方氮化硼 273

二、触媒材料 274

第五节 立方氮化硼合成工艺 275

一、触媒参与下立方氮化硼合成工艺流程 275

二、组装方式 276

三、合成条件 276

四、影响立方氮化硼合成效果的因素 276

五、立方氮化硼的提纯 277

六、立方氮化硼质量检测 278

第二十二章 立方氮化硼聚晶及薄膜制造 279

第一节 立方氮化硼聚晶制造 279

一、微晶立方氮化硼 279

二、立方氮化硼聚晶 280

第二节 立方氮化硼薄膜制造 283

一、CVD法合成氮化硼薄膜 285

二、PVD法制备氮化硼薄膜 288

主要参考文献 291