基础与趋势 1
第一篇 超硬材料基础与发展趋势 1
第1章 从地球科学到超硬材料 3
1.1高压技术概述 3
1.1.1动态高压与静态高压 3
1.1.2地球各圈层的温度和压力 5
1.1.3地球科学对静态高压和动态高压的启示 5
1.1.4天然金刚石的发现及其他 6
1.2动态高压与静态高压的基本标志 7
1.2.1压力分类 7
1.2.2静态高压和动态高压与超硬材料的实际概念 7
1.3静态高压的创始 8
1.3.1布里奇曼（Percy Williams Bridgman ，1882——1961）简述 8
1.3.2毛河光简述 9
1.4人造金刚石的探索与发明 9
1.4.1人造金刚石的探索 9
1.4.2人造金刚石的发明 10
1.5目前国内静态高压体系 10
1.5.1国家超硬材料重点实验室 11
1.5.2当前实验室在超硬材料方面已开展的工作及评述 11
1.6立方氮化硼和新超硬材料BCN 14
1.6.1超硬材料理论类型 14
1.6.2新型超硬材料——立方氮化硼的优异性能 14
1.7人造金刚石及立方氮化硼的品种类型 15
1.7.1人造金刚石 15
1.7.2立方氮化硼 18
1.7.3类超硬材料BCN 18
1.8结论 19
第2章 金刚石行业超高压技术的发展 20
2.1超高压技术的发展 20
2.1.1概述 20
2.1.2国外两面顶超高压技术的发展 21
2.1.3我国超高压技术的发展 22
2.1.4两种超高压技术的抉择问题 23
2.1.5结语 24
2.2中国超硬材料的现状与发展趋势 25
2.2.1人造金刚石发展形势 25
2.2.2超硬材料制品的发展状况及进展 27
2.2.3展望与思考 29
第3章 高品质人造金刚石现状与综合性能对比实验研究 31
3.1用动态观念分析超硬材料国际形势 31
3.1.1两大强霸改组转轨的动向 31
3.1.2其他国家停产、保产甚多 32
3.1.3技术实力还相当雄厚 32
3.2运用动态观念分析超硬材料国内形势 32
3.2.1 2003——2004年是六面顶大压机高速发展的时期 32
3.2.2 120 M Pa～ 125M Pa设计和需求明显增多 33
3.2.3六面顶直径600～650mm缸径压机将在今后几年成为主导设备 33
3.2.4大型规模化效应的驱动 33
3.2.5国际金刚石市场：中、高品级的金刚石需求正趋向中国 33
3.3中国的高品质人造金刚石 34
3.3.1高品质金刚石总的评述 34
3.3.2六面顶压机提高人造金刚石关键技术 34
3.3.3大顶锤技改后配套技术已完善 35
3.3.4粉末触媒工艺技术快速发展 35
3.4国内外中高档金刚石综合性能对比实验研究 35
3.4.1引言 35
3.4.2实验材料及方法 36
3.4.3结果与讨论 36
3.4.4结语 40
3.5金刚石行业应迎接新的挑战 40
超硬材料科学与技术 43
第二篇 超高压高温装备与高精度控制系统 43
第4章 铰链式六面顶超硬材料液压机 45
4.1概述 45
4.2国产铰链式六面顶超硬材料液压机的基本原理 47
4.2.1机械结构 47
4.2.2液压系统 49
4.3代表机型——CS-Ⅵ（HD）型6 × 20000kN六面顶液压机 52
4.3.1主要技术指标 53
4.3.2主要技术创新点 53
4.3.3各部机构要点 54
4.4结论 58
4.4.1国产铰链式六面顶超硬材料液压机的主要优点 58
4.4.2国产铰链式六面顶超硬材料液压机目前的主要问题 58
第5章 新型大压机制造中若干问题与如何提高压机制造吨位 60
5.1引言 60
5.2当前大压机发展现状及改进意见 60
5.2.1关于能力问题 60
5.2.2谈谈设计的基本构思 61
5.2.3关于设备加工精度问题 62
5.2.4关于压机吨位问题 62
5.2.5关于增压器问题 62
5.2.6关于油路系统问题 63
5.3对主机设计的几点看法 63
5.3.1关于浮动原理 63
5.3.2关于主机的兜底缸、球底缸和铰链梁 64
5.3.3关于密封件 65
5.4关于大型六面顶压机工作压力提高到120 M Pa～ 125 M Pa的建议 65
5.4.1引言 65
5.4.2设计125MPa六面顶的指导思想和主要依据 66
5.4.3 120M Pa～125MPa大型六面顶压机设计可靠性 68
5.4.4结语 69
5.5结论 70
第6章 具有中国特色的六面顶液压机的研制现状和优势 74
6.1中国超硬材料合成高压设备的发展 74
6.1.1两面顶、四面顶与六面顶 74
6.1.2 20世纪70年代多种形式液压机 75
6.1.3两面顶液压机与六面顶液压机之争 75
6.2目前六面顶压机高品质金刚石的基本评估 76
6.2.1 2005年的评述 76
6.2.2现阶段的评述 77
6.3六面顶金刚石液压机的优点 78
6.3.1六面顶金刚石液压机的一般性优点 78
6.3.2新式六面顶压机的优点 78
6.4国际已经全面认可的中国六面顶液压机 78
6.5压机大型化步伐加快 79
6.6六面顶压机设计制造工艺水平不断提高 79
6.6.1主机结构设计制造方面 80
6.6.2液压控制方面 81
6.6.3电气控制方面 81
6.7六面顶压机应用及其优势 82
6.7.1六面顶压机得到广泛应用 82
6.7.2六面顶压机所具有的优势 83
6.8六面顶压机进一步发展的趋势 83
6.9结论 84
第7章 大型压机高精度全自动微机电控及群控系统 85
7.1导言 85
7.2对系统压力要求采用变频动态补压方式 85
7.3对合成腔体内的温度控制要求非恒功率曲线控制 87
7.4控制系统设计原理 87
7.4.1小泵变频动态补压压力曲线控制原理 87
7.4.2加热非恒功率曲线控制原理 88
7.4.3有关A /D转换模块控制精度问题 88
7.4.4程序设计 89
7.5控制系统特点 89
7.6新型控制两台及多台（群控）系统 90
7.7使用效果 92
7.8结论 92
第8章 高压形成的重要构件——顶锤 93
8.1硬质合金顶锤质量的评价 93
8.2硬质合金顶锤成分与制作工艺的选择 94
8.3顶锤受力状态的研究 96
8.4大压机顶锤设计若干问题的思考 97
8.4.1合成腔体与设备吨位和使用顶锤顶面边长的关系 97
8.4.2顶锤小斜面的角度讨论 98
8.4.3顶锤底面直径与顶面边长的关系及数值的确定 98
8.4.4顶锤高度的确定 99
8.4.5顶锤小斜边长度的讨论 100
8.4.6结语 100
8.5大顶锤生产中应注意的若干问题 100
8.5.1压机大型化的主要趋势 100
8.5.2大型顶锤应运而生与技术改造 101
8.5.3大顶锤生产中应防范的三大问题 101
8.5.4结语 103
8.6当前降低顶锤消耗应注意的若干问题 103
8.6.1顶锤的失效处理和合理保护 103
8.6.2查顶锤受力不均因素 104
8.6.3查顶锤受热不均因素 105
8.6.4努力提高顶锤寿命，积极提高企业效益 105
第三篇 超硬材料合成主要原辅材料 111
第9章 传压介质——叶蜡石、白云石矿物学研究与作用分析 113
9.1合成金刚石生产中叶蜡石传压密封材料矿物学研究 113
9.1.1显微结构研究 114
9.1.2 X射线粉末衍射分析 114
9.1.3化学成分研究 114
9.1.4结果讨论 115
9.2白云石内衬材料在合成金刚石传压密封介质中的作用 116
9.2.1引言 116
9.2.2白云石内衬材料的组成 117
9.2.3白云石内衬材料的变化 117
9.2.4白云石内衬材料的作用 119
第10章 传压介质合成块研制的新进展 121
10.1关于叶蜡石和白云石及其他添加剂的基本要求 121
10.1.1叶蜡石成分要求 121
10.1.2白云石的基本要求 122
10.2混合型组装块 123
10.2.1整体型 123
10.2.2分体型 123
10.2.3复合分体型 124
10.2.4 NaCl分体型 124
10.2.5新式整体复合型 124
10.2.6几种组装的优缺点 125
10.3非立方体的叶蜡石块 125
10.3.1预密封边叶蜡石块 125
10.3.2粉压成型预密封边叶蜡石块 125
10.3.3长方体叶蜡石块 126
10.4传压介质的尺寸 126
10.5大型-超大型传压介质块 127
10.5.1大压机的大合成块 127
10.5.2目前≥Φ500mm缸径压机合成块系列 127
10.6结论 129
第11章 高压下传压介质稳定性的研究 130
11.1概述 130
11.1.1国外研究状况 130
11.1.2国内研究状况 131
11.2研究内容及方法 131
11.2.1研究内容 131
11.2.2研究方法 132
11.3化学分析结果 132
11.4岩石矿物鉴定和X射线衍射分析报告 133
11.4.1测试仪器及测试条件 133
11.4.2样品的制备 133
11.4.3矿粉的岩石矿物鉴定及X射线衍射分析 134
11.4.4结语 136
11.5合成金刚石试验效果 137
11.6结论 137
第12章 叶蜡石块焙烧排列新形式及焙烧工艺 138
12.1普通排列形式 138
12.2品字形与梅花形排列 139
12.3悬吊串珠式排列 139
12.4窑式焙烧新工艺 140
12.5多点测温是控制炉温均衡的关键技术 140
第13章 片状触媒的研究和应用 142
13.1引言 142
13.2多种片状触媒合金的研究 143
13.2.1 NiM nCo合金触媒 143
13.2.2 FeNiM n合金触媒 144
13.2.3 FeNiM nCo合金触媒 144
13.2.4镍-铜基多元触媒 145
13.3添加剂的选择及试验 145
13.3.1添加元素组分 145
13.3.2试验所用设备 146
13.3.3触媒生产工艺流程图 147
13.4方案选择 148
13.4.1添加剂组分的选择 148
13.4.2尽量采用低熔点的合金 148
13.4.3选用能增加渗碳溶碳作用的元素 149
13.5高真空熔炼与轧制工作的新工艺技术 149
13.5.1关于真空冶炼 150
13.5.2惰性气体的保护调整 150
13.5.3关于熔炼时间 150
13.5.4关于浇铸 150
13.5.5多次回火和清洗 151
13.5.6结语 152
13.6合成工艺的综合性试验及结果 152
13.7结论 153
第14章 合成金刚石用触媒作用机制及粉末触媒材料 154
14.1触媒的作用原理及分级评价体系 154
14.1.1触媒的作用原理 154
14.1.2触媒的催化能力及其分级 157
14.2合成金刚石用触媒材料 160
14.2.1触媒材料研究发展史 160
14.2.2工业金刚石合成触媒材料发展历程 161
14.2.3粉末触媒材料 163
14.3国内外触媒材料发展趋势 166
14.3.1活性大、成本低的铁基触媒材料 166
14.3.2低熔点触媒材料 166
14.3.3新型无机化合物触媒材料 167
14.3.4触媒材料粉末化 167
第15章 金刚石专用片状与粉状石墨研制进展 169
15.1人造金刚石用石墨的分类 169
15.2人造金刚石用石墨的制备 170
15.2.1关于片状组装用石墨片 170
15.2.2关于粉状组装合成金刚石用石墨粉 171
15.3石墨性能对人造金刚石合成的影响 172
15.3.1石墨纯度对合成金刚石的影响 172
15.3.2石墨的电阻系数对合成金刚石的影响 172
15.3.3石墨的体积密度、气孔率和机械强度对合成金刚石的影响 173
15.3.4石墨化程度高低对人造金刚石合成的影响 173
15.3.5石墨的显微结构对合成金刚石的影响 174
15.3.6粉状石墨的石墨化程度对合成金刚石的影响 175
15.3.7粉状石墨的含氧量对合成金刚石的影响 175
15.4新型发热保温石墨片 176
15.4.1合成腔内的轴向温差 176
15.4.2有效的电阻式发热保温碳片 176
15.5结论 177
第四篇 超硬材料组装原则与工艺 179
第16章 关于压机大型化以后叶蜡石及其组装设计应考虑的若干原则及其应用 181
16.1叶蜡石及其组装设计应考虑的若干原则 181
16.1.1安全性（不放炮或少放炮）原则 181
16.1.2叶蜡石块体积最小的腔体容积最大的原则 182
16.1.3发热量足够多与散热量最少原则 182
16.1.4散热量小与接触面大原则 182
16.1.5构件高精度原则 182
16.1.6叶蜡石块、白云石衬管等高密度原则 182
16.1.7大内压力与小系统压力原则 182
16.1.8密封性与传压性相结合原则 183
16.1.9腔体的径高比呈似球或扁球状原则 183
16.1.10尽量采用稳定区原则 183
16.1.11串联与并联联合运用原则 183
16.2对当前大压机超硬材料合成组装块若干问题的应用 184
16.2.1引言 184
16.2.2粉末触媒合成块直接加热式组装 184
16.2.3粉末触媒合成块间接加热式组装 185
16.2.4几点评述 187
16.3结论 189
第五篇 超硬材料形核理论与生长 191
第17章 人造金刚石成核条件与形核的中心理论 193
17.1成核的相关条件 193
17.1.1概述 193
17.1.2合成工艺参数对成核数量的影响 194
17.1.3升压升温过程对触媒结构及物相变化的影响 196
17.1.4讨论 197
17.1.5结语 198
17.2形核的中心理论 199
17.2.1概述 199
17.2.2实验与结果 199
17.2.3成核的反应中心理论 202
17.2.4结语 206
17.3关于粉末块成核的简单描述 206
第18章 影响金刚石形核因素与亚稳态成核的探讨 208
18.1引言 208
18.2金刚石形核的影响因素 208
18.2.1合成温度、压力条件 209
18.2.2 熔媒种类 209
18.2.3碳源种类 210
18.2.4其他因素 210
18.3金刚石形核热力学条件 210
18.4金刚石形核动力学条件 212
18.5金刚石合成的亚稳态成核 213
18.6金刚石成核的逆转化 214
18.7结论 215
第19章 金刚石单晶生长理论与技术 216
19.1影响金刚石单晶生长的主要因素 216
19.1.1压力因素 216
19.1.2温度因素 217
19.1.3时间因素 218
19.2金刚石单晶的慢速生长与匹配的快速生长 220
19.3金刚石单晶生长速率的讨论 221
19.4金刚石单晶生长的热力学及动力学 222
19.4.1金刚石单晶生长的热力学 222
19.4.2金刚石单晶生长的动力学 226
19.5结论 227
第六篇 相对低温低压理论及其应用 229
第20章 相对低温低压理论与优越性 231
20.1相对低温低压理论的提出和建立 231
20.1.1在金刚石相图上分析相对低温低压 231
20.1.2相对低温低压合成金刚石的热力学和动力学分析 233
20.2相对低温低压合成金刚石的优越性 240
20.2.1相对低温低压在设备上的优越性 240
20.2.2相对低温低压对提高顶锤寿命有益处 241
20.2.3相对低温低压对合成工艺有利 242
20.2.4相对低温低压对节能有利 242
20.2.5由于温度下降给节能带来的好处 243
20.2.6相对低温低压可采取的相应措施 244
20.2.7结语 244
第21章 在相对低温低压区间合成SMD级高品质金刚石工艺的研究 245
21.1概述 245
21.2合成试验条件 246
21.2.1高温高压设备系统 246
21.2.2合成原材料 246
21.3相对低温低压工艺的指导思想 246
21.4相对低温低压工艺的实施 247
21.4.1顶锤的选择 247
21.4.2叶蜡石与堵头的选择 247
21.4.3组装工艺选择 248
21.4.4合成工艺的选择 249
21.5合成效果与结论 250
21.5.1合成效果 250
21.5.2结语 252
第七篇 相对平衡理论及其应用 253
第22章 相对平衡理论的基础与实质 255
22.1历史回顾 255
22.1.1 20世纪60年代至80年代初 255
22.1.2 20世纪80年代至90年代初 256
22.1.3 20世纪90年代中后期——对中平衡新的认识时期 256
22.2大“三角形”与小“三角形”及“三线一点” 256
22.2.1一种新观念的提出 256
22.2.2新观念的空间图形 257
22.2.3在数学式上看大小三角形 257
22.2.4关于“三线一点” 258
22.2.5三个“中心”的空间关系 258
22.2.6三个中心的相对位置对设备和模具受力状态的影响 259
22.3相对平衡理论的实质 260
22.3.1相对平衡理论的初始 260
22.3.2相对平衡理论的实质问题 261
22.4相对平衡理论的发展 262
22.4.1长方柱叶蜡石块的应用 262
22.4.2大小顶锤在一个高压体系中的应用 262
22.4.3不同角度顶锤的组合使用 262
22.4.4不同形状顶锤的组合使用 263
22.5结论 263
第23章 相对平衡理论实际应用研究 264
23.1两面和整棒均匀生长是优质高产低耗的关键 264
23.2长方块在合成金刚石工艺中的研究 265
23.2.1打破固有“正方形” 265
23.2.2长方块的实验效果 266
23.3异形顶锤在合成金刚石工艺中的研究 268
23.3.1试验基本情况 268
23.3.2长方锤与长方块组合的试验效果 269
23.4结论 270
第24章 应用相对均衡压力将长方块在Φ400～500mm缸径压机上合成的试验研究 271
24.1相对均衡压力合成概述 271
24.2 Φ400mm缸径压机上的试验研究 272
24.2.1传压介质与顶锤的设计 272
24.2.2工艺试验方案 272
24.2.3与正方块对比 273
24.3 Φ500mm缸径压机上的试验研究 274
24.3.1传压介质与顶锤的设计 274
24.3.2工艺方案试验 274
24.3.3与普通正方块合成效果比较 274
24.4问题讨论 275
24.5结论 275
第八篇 压机大型化及合成新工艺 277
第25章 超硬材料压机大型化发展走势和出路 279
25.1压机继续大型化是逐势 279
25.1.1国外超硬材料压机大型化的发展状态 279
25.1.2我国超硬材料压机将会继续大型化 280
25.2我国当前金刚石压机发展新逐势 281
25.2.1当前≥Φ560mm缸径压机是主产压机 281
25.2.2超薄型工作缸的压机在研制 281
25.2.3 125M Pa大型压机正在试制 281
25.2.4无工作缸的压机被部分企业认可 281
25.3压机大型化的瓶颈 282
25.3.1压机大型化必须顶锤大型化 282
25.3.2顶锤大型化历来是金刚石行业发展的瓶颈 282
25.4中国顶锤大型化的出路在哪里 283
25.4.1中国压机大型化不能只走简单的增大顶锤重量之路 283
25.4.2组合顶锤走过的艰辛之路 283
25.4.3组合顶锤实用照片 283
25.4.4组合顶锤出现的现实意义 284
25.4.5展望 284
第26章 Φ500mm缸径压机粉末一体化大腔体合成工艺的研究 285
26.1引言 285
26.1.1概述 285
26.1.2项目来源 285
26.1.3预计实现目标 286
26.1.4本设计总体原则 286
26.2 Φ40mm腔体超高压系统的建立 286
26.2.1设备的选择 286
26.2.2传压介质块外部尺寸的设计 287
26.2.3顶锤的选用和设计 287
26.2.4组装方式设计 288
26.2.5工艺参数的估算 289
26.2.6加热系统及其他部件的设计 289
26.3 Φ40mm腔体几项主要性能的对比试验 290
26.3.1片状触媒与粉末触媒的对比 290
26.3.2组装上片状触媒与粉末触媒的对比 290
26.3.3直接加热与间接加热的对比 290
26.3.4粉末触媒暂停时间的延长对比 291
26.4 Φ40mm腔体的合成效果 291
26.4.1金刚石的TI与TTI 291
26.4.2金刚石的单产与颜色、透明度 292
26.4.3顶锤消耗的统计 292
26.4.4金刚石的实物照片 293
26.5结论 293
第27章 Φ560mm缸径与更大缸径大型压机扩大合成腔体的优化合成 295
27.1总体设计指导思想 295
27.1.1小压机有挖潜能力的应该继续挖 295
27.1.2目前的主力压机重点挖潜 295
27.2 Φ560mm缸径压机的优化设计 296
27.2.1 Φ560mm缸径压机的优选 296
27.2.2优化顶锤设计 297
27.2.3优化合成块设计 298
27.2.4优化腔体设计 299
27.3 Φ560mm缸径压机合成Φ46mm腔体的工艺设计 299
27.3.1金刚石合成工艺暂停压力的选用 299
27.3.2金刚石合成工艺暂停时间的选用 300
27.3.3金刚石合成工艺合成压力的选用 300
27.3.4金刚石合成工艺合成时间的选用 301
27.3.5合成工艺中温度（W）的对比 301
27.3.6合成工艺曲线图及工艺调整的几点说明 302
27.4 Φ560mm缸径压机的合成效果及分析 302
27.4.1合成粒度分布及粗粒粒度占有率 302
27.4.2高品质金刚石占有率及实际金刚石 303
27.4.3顶锤消耗 304
27.5 ≥Φ600mm缸径压机的试验 304
27.5.1更大压机的基本状况 304
27.5.2新开发大型压机基本参数及产量、质量 306
27.6结论与问题 307
第九篇 粗颗粒高品质金刚石 309
第28章 关于钻探用≥0.5mm单晶金刚石合成工艺的研究 311
28.1引言 311
28.2主要核心技术 312
28.2.1压机大型化 312
28.2.2组装新技术 312
28.2.3扩大腔体 313
28.2.4粉末触媒新技术 313
28.2.5合成配套新工艺 314
28.2.6合成工艺中温度（W）的对比 316
28.3研究后获得的主要指标 316
28.3.1单次产量 317
28.3.2金刚石平均抗压强度 317
28.3.3 TI、TTI值及其他 317
28.3.4合成棒样品 318
28.3.5金刚石质量对比 318
28.3.6顶锤消耗 319
28.4结论 319
第29章 获得高品质金刚石值得重视的若干问题 321
29.1慢速生长是获得优质高产高品级金刚石的关键 321
29.1.1人造金刚石晶体生长过程分析 321
29.1.2在金刚石相图上分析相对低温低压 322
29.1.3优质金刚石晶体生长的控制步骤及其影响因素 323
29.1.4慢速生长对合成金刚石系统的影响 324
29.1.5结语 324
29.2布拉维法则在优质高品级金刚石生长中的应用 325
29.2.1布拉维法则 325
29.2.2布拉维法则在高品级金刚石生长中的应用 325
29.2.3布拉维法则培养所需金刚石晶体 327
29.3人造金刚石生产中若干重要工艺控制要素及应用的一些规律 327
29.3.1若干要素与晶体生长作用的关系 327
29.3.2若干要素在金刚石合成中的作用 328
29.3.3大压机大腔体若干要素的一些新概念 330
29.4关于剪式合成法的一些问题 331
29.4.1剪式合成法的基本形式 331
29.4.2运用剪式合成法的试验 331
第十篇 粉末触媒与高品质金刚石 333
第30章 粉末触媒合成金刚石的新认识与研究进展 335
30.1对粉末触媒合成金刚石的新认识 335
30.1.1历史回顾 335
30.1.2粉末触媒合成金刚石工艺中值得注意的若干问题 336
30.1.3粉末触媒合成金刚石的特点与问题 337
30.2粉末触媒合成金刚石组装与供碳进展 338
30.2.1粉末触媒生产金刚石形势 338
30.2.2关于组装结构的设计及供碳方式 339
30.3对合成高品级金刚石原材料的新认识 340
30.3.1关于石墨 341
30.3.2关于触媒（Fe基） 341
30.3.3关于衬管材质 341
30.4关于粉末触媒合成金刚石的工艺 341
30.4.1关于升温压力 341
30.4.2关于暂停时间 342
30.4.3关于合成时间 342
30.4.4关于双台阶合成压力 342
30.5目前合成腔体开发系列 342
30.6关于一些合成效果 343
30.6.1合成效果 343
30.6.2合成块经济技术指标 344
30.6.3产品特点 344
30.7建议 345
第31章 大腔体粉末触媒合成金刚石工艺特点和判断方法及效果 346
31.1粉末触媒合成金刚石工艺流程 346
31.2粉末触媒合成金刚石 346
31.2.1粉末触媒合成金刚石的特征 346
31.2.2粉末触媒合成特征对比 347
31.2.3粉末触媒合成金刚石质量好的根本原因 348
31.2.4颗粒均匀、粒度集中又一主要原因 348
31.3粉末触媒合成工艺特点 348
31.4粉末触媒合成金刚石判断之一——合成棒的整体观察现象 349
31.5粉末触媒合成金刚石判断之二——粉末触媒合成棒中金刚石在石墨中的裸露现象 351
31.5.1以（111）发育略大于（100）为特征 352
31.5.2以（100）与（111）相等发育为特征 352
31.6粉末触媒合成金刚石判断之三——粉末触媒合成棒观察要领 353
第32章 大型压机应用粉末触媒合成优质高产金刚石新工艺 355
32.1引言 355
32.2国内外研究现状和发展趋势 356
32.2.1国外研究状况 356
32.2.2国内研究状况 356
32.3研制指标 356
32.4研制情况 357
32.4.1试验基本条件 357
32.4.2原材料 357
32.4.3组装形式 357
32.4.4叶蜡石焙烧形式 358
32.4.5主要合成工艺参数 358
32.5典型试验与验证 358
32.5.1月台机产试验 358
32.5.2一个机台组三个月金刚石生产验证 359
32.6生产试验指标与任务下达指标的对比 359
32.6.1单产 359
32.6.2 SMD单产 360
32.6.3顶锤消耗 360
32.6.4质量指标 360
32.7粉末触媒合成金刚石相关问题讨论分析 360
32.7.1粉末触媒合成金刚石是一系统工程 360
32.7.2粉末触媒合成金刚石全工艺流程 361
32.7.3粉末触媒合成金刚石特征对比 361
32.7.4粉末触媒合成金刚石“燕尾式”工艺的有关讨论 362
第十一篇 金刚石特殊晶体形态合成 365
第33章 从几何晶体到“方晶”与八面体金刚石合成 367
33.1引言 367
33.1.1单形的基本概念 367
33.1.2几何结晶学中的47种单形 368
33.1.3金刚石晶体形态的基本概念 368
33.2“方晶”的简介 371
33.3“方晶”在相图上的位置及划级 372
33.3.1“方晶”在相图上的位置 372
33.3.2“方晶”的划级 373
33.4“方晶”调整的关键指导技术方案 373
33.4.1压力较高时如何找“脊线” 373
33.4.2压力比较合适时如何找“脊线” 374
33.4.3压力较低时如何找“脊线” 374
33.5在合成棒中如何判断“方晶” 374
33.5.1合成棒观察的位置 375
33.5.2金刚石合成片温度的观察 375
33.6有关试验结果与结语 375
33.6.1有关试验结果 375
33.6.2结语 376
33.7八面体金刚石的特征及合成 376
33.7.1腔体结构 376
33.7.2八面体金刚石合成材料 377
33.7.3八面体金刚石的合成工艺 377
33.7.4八面体金刚石的合成结果 377
33.7.5结语 378
第34章 细-微细颗粒优质金刚石合成新工艺的研究 379
34.1概述 379
34.1.1细-微细粒金刚石的用途 379
34.1.2细-微细粒金刚石的范围 379
34.2细-微细金刚石形核的控制特点 380
34.3关于组装结构的设计及供碳方式 381
34.3.1组装结构的设计 381
34.3.2粉末触媒的供碳形式 382
34.3.3 Φ38mm腔体细料结构设计 382
34.4合成工艺的特点 382
34.4.1工艺要求 382
34.4.2温度、压力设置 383
34.5合成细-微细金刚石六面顶压机的优势 383
34.6结论 383
第35章 粗大颗粒金刚石与单晶大颗粒金刚石的研究与开发 384
35.1概述 384
35.2优质粗大颗粒单晶与单晶大颗粒金刚石的合成 385
35.2.1优质金刚石生长区间 385
35.2.2合成金刚石的原材料 387
35.2.3单晶大颗粒金刚石合成的温度梯度法 387
35.2.4粗大颗粒单晶金刚石合成的控制 388
35.3粗大颗粒金刚石的开发 389
35.3.1粉末触媒合成粗颗粒金刚石 389
35.3.2单晶大颗粒金刚石的慢速生长与适度加快 389
35.3.3粗大颗粒金刚石与单晶大颗粒金刚石的应用 390
第十二篇 金刚石包裹体与连聚晶 393
第36章 晶体包裹体与人造金刚石中气态和固态包裹体 395
36.1自然界中晶体包裹体研究概述 395
36.1.1自然界中研究包裹体的意义 395
36.1.2包裹体的定义 395
36.1.3自然界中包裹体的分类 396
36.1.4研究矿物（晶体）包裹体与系统中参数的关系 396
36.2超硬材料中包裹体的研究 397
36.2.1金刚石中包裹体类型的认识 397
36.2.2金刚石中包裹体含有量的影响 397
36.2.3对金刚石生长速率的研究深化 398
36.2.4金刚石中包裹体的危害认识 398
36.3超硬材料中包裹体的主要类型 398
36.3.1金刚石中包裹体成分上的分类 398
36.3.2金刚石成分上具体几种类型 399
36.4金刚石中包裹体形态上的分类 399
36.4.1金刚石包裹体的基本形态 400
36.4.2气态包裹体的基本形态 400
36.4.3石墨包裹体的基本形态 401
36.4.4金属包裹体的基本形态 401
36.5超硬材料中包裹体的危害 401
36.5.1对金刚石性能的影响 402
36.5.2金刚石气态包裹体的危害 403
36.5.3金刚石固态包裹体的危害 404
36.6超硬材料中包裹体的成因分析与消除 404
36.6.1不同包裹体成因分析 404
36.6.2消除不同包裹体的基本方法 405
36.7结论 405
第37章 金刚石连聚晶成因的理论分析 407
37.1研究连聚晶问题的目的及分类 407
37.1.1研究连聚晶的目的 407
37.1.2连聚晶的分类及特征 408
37.2金刚石连聚晶合成工艺机理分析 408
37.2.1连聚晶形成的原因 408
37.2.2连聚晶的消除 409
37.3金刚石合成片中连聚晶样品制备和结构 409
37.4包覆在金刚石生长表面层金属膜的结构及组成研究 410
37.5人造金刚石连聚晶成因机制探讨 410
37.6结论 411
第十三篇 绿色环保提纯与产品质量检测 413
第38章 人造金刚石绿色环保型提纯新技术与装置 415
38.1引言 415
38.2人造金刚石提纯技术原理 416
38.3人造金刚石提纯技术研究现状 416
38.4 FR系列提纯新技术 417
38.4.1 FR系列提纯新技术的概况 417
38.4.2 FR系列提纯工艺流程 418
38.4.3 FR系列大型电解装置 418
38.4.4 FR系列几种电解液效果对比 419
38.4.5清除石墨反应器与净化器 420
38.4.6废水处理 420
38.5不同电解方法的对比 421
38.6结论 422
第39章 金刚石质量采用电脑检测系统的研究与应用 423
39.1引言 423
39.2测量方法 424
39.3测量流程 426
39.4参数的设定与检测 426
39.4.1粒径（Size值）的检测 426
39.4.2晶形参数的检测 426
39.4.3工业金刚石的光学特性 429
39.5结论 432
超硬材料制品新技术新应用 433
第十四篇 超硬材料制品新技术 433
第40章 金刚石工具用预合金粉末制备研究进展 435
40.1预合金粉末制造方法及其特点 435
40.2国外预合金粉末研究现状 436
40.2.1 Eurotungstone公司NEXT、Keen预合金粉 436
40.2.2 Dr.Fritsch公司预合金粉末 437
40.2.3 Umicore公司Cobalite系列预合金粉末 438
40.3国内预合金粉末研究现状 439
40.3.1有研粉末新材料有限公司YHJ系列预合金胎体粉末 439
40.3.2安泰科技股份有限公司Follow系列预合金胎体粉末 439
40.3.3国产预合金粉末综合性能 440
40.4预合金粉的性能评价 441
40.5发展与展望 443
第41章 当前金刚石工具制造中几种重要方法 444
41.1激光焊接金刚石圆锯片的研究进展 444
41.1.1引言 444
41.1.2激光焊接金刚石圆锯片的特点 444
41.1.3激光焊接金刚石圆锯片的影响因素 445
41.1.4激光焊接与高频焊接金刚石圆锯片的效果 447
41.1.5结语 448
41.2钎焊金刚石工具制备的研究现状和进展 448
41.2.1引言 448
41.2.2金刚石钎焊料研究现状 450
41.2.3金刚石钎焊专用设备 450
41.2.4金刚石钎焊工艺研究现状 451
41.2.5结语与展望 452
41.3金刚石有序排列及择优取向工具的制备方法 453
41.3.1引言 453
41.3.2金刚石有序排列及择优取向工具的优越性 453
41.3.3金刚石在工具中均匀分布的实施方法 454
41.3.4金刚石有序排列及择优取向工具的应用 457
41.3.5结语 458
41.4结论 459
第42章 电镀镍-铁和铁基金刚石钻头的研究 461
42.1金刚石钻头镀前准备 461
42.1.1钻头钢体加工与准备 461
42.1.2有机溶剂除油 462
42.1.3绝缘处理 462
42.1.4电化学除油 462
42.1.5弱腐蚀 463
42.1.6电镀过程 463
42.1.7电镀金刚石钻头的后处理 464
42.2电镀镍-铁合金胎体钻头 464
42.2.1镍-铁合金的特点 464
42.2.2镍-铁合金镀液基本配方与工艺 465
42.2.3镀液成分对镀层质量的影响 465
42.2.4电镀镍-铁合金试验研究方法 471
42.2.5电镀镍-铁胎体钻头试验 473
42.3不对称交-直流常温电镀铁基钻头 473
42.3.1特点与优越性 473
42.3.2铁的电解液的类型 474
42.3.3低温氯化物镀液工艺配方 475
第43章 应用表面理论和技术进行金刚石表面镀覆及应用 480
43.1金刚石化学镀和电镀Ni、Cu 481
43.2金刚石镀覆刺状刚玉 481
43.3金刚石真空镀覆亲和性金属 482
43.3.1真空物理气相沉积 482
43.3.2真空化学气相沉积 483
43.3.3真空微蒸发镀 483
43.4金刚石准原子层沉积 485
43.5结论 487
第十五篇 超硬材料制品新应用 491
第44章 热压金刚石钻头在硬岩大口径取心钻进中的应用 493
44.1科学钻探与中国大陆科学钻探 493
44.1.1科学钻探的目的任务 493
44.1.2国际科学钻探的若干资料 494
44.1.3中国大陆科学钻探 494
44.1.4中国人造金刚石立大功 495
44.2大口径金刚石钻头的研制 495
44.2.1基本思路 495
44.2.2钻头的设计依据 496
44.3钻头试验设计 498
44.3.1配方均匀设计 498
44.3.2钻头胎体配方及均匀设计步骤 498
44.3.3试验方法 499
44.3.4试验结果与分析 500
44.4热压钻头在科钻一井的应用 502
44.4.1科钻一井的岩性 502
44.4.2科钻一井的钻进条件 503
44.4.3钻头结构设计 503
44.4.4钻头的胎体性能设计 504
44.4.5金刚石参数 505
44.4.6超细预合金粉的应用 505
44.5金刚石钻头制造 506
44.5.1配料与组装 506
44.5.2烧结 506
44.6钻头的使用效果 507
第45章 关于cBN砂轮性能、应用与特点的探讨 508
45.1 cBN结构与性能 508
45.2 cBN磨具的特点与分类 510
45.2.1 cBN磨具主要特点 510
45.2.2 cBN砂轮的分类 510
45.3 cBN磨具的主要性能特征 511
45.4树脂结合剂cBN磨具 513
45.4.1树脂结合剂及其性能要求 513
45.4.2树脂结合剂cBN砂轮的制造工艺 514
45.4.3树脂结合剂cBN砂轮的特点及应用 514
45.5陶瓷结合剂cBN砂轮 515
45.5.1陶瓷结合剂主要性能 515
45.5.2陶瓷结合剂cBN砂轮的特点及应用 517
45.5.3 cBN陶瓷磨具的发展趋势 517
45.6金属结合剂cBN砂轮 518
45.6.1单层电镀和金属单层cBN砂轮的特点 518
45.6.2两种砂轮的磨削性能 519
第46章 积极研发半导体工业硅材料加工用金刚石工具 525
46.1引言 525
46.1.1半导体工业 525
46.1.2半导体工业的芯片加工工艺流程 526
46.2半导体加工所需的金刚石工具——修整器 527
46.2.1化学机械抛光垫修整器 527
46.2.2镍电镀型修整器 528
46.2.3高温真空钎焊修整器 530
46.2.4陶瓷基体陶瓷结合剂修整器 532
46.2.5 PCD（聚晶金刚石）修整器 533
46.3其他的金刚石工具 534
46.3.1单晶锭的裁切与晶圆切片——线切割（Slicing） 534
46.3.2晶圆倒角与圆边 536
46.3.3晶圆背面减薄超精密磨削 536
46.3.4晶圆（芯片）划片（dicing） 537
46.4结论 537
第47章 金刚石串珠绳锯的研究与开发 539
47.1概述 539
47.2金刚石串珠绳锯的构成与制造 540
47.2.1金刚石串珠绳锯的构成 540
47.2.2金刚石串珠绳锯的制造技术 541
47.3金刚石串珠绳锯的应用与开发 543
47.3.1金刚石串珠绳锯的应用领域 543
47.3.2金刚石串珠绳锯的研究现状及存在的问题 544
47.3.3我国金刚石串珠绳锯的发展状况 544
47.3.4金刚石串珠绳锯的发展趋势 545
47.3.5展望 545
第48章 超硬材料砂轮的现状与进展 547
48.1概述 547
48.2超硬材料砂轮的分类 548
48.2.1按使用超硬材料品种分类 548
48.2.2按使用超硬材料粒度、品级分类 549
48.2.3按超硬材料砂轮使用的黏结剂分类 549
48.2.4按超硬材料砂轮制作方法分类 549
48.2.5按磨具的结构与用途分类 549
48.3超硬材料砂轮的工作原理 549
48.3.1磨粒切入过程 549
48.3.2磨粒上的作用力 550
48.4超硬材料砂轮的应用 552
48.4.1硬质-超硬质材料加工 552
48.4.2汽车工业 553
48.4.3电子-微电子工业 554
48.4.4航天航空工业 554
48.5超硬材料砂轮研究动向 555
48.5.1超硬材料砂轮的研究新动向 555
48.5.2新型结合剂的研究新动向 555
48.5.3 cBN砂轮的新技术与进展 556
第49章 CVD金刚石及刀具研究和开发 558
49.1概述 558
49.2 CVD金刚石涂层刀具 559
49.2.1 CVD金刚石涂层刀具的关键技术问题 559
49.2.2 CVD金刚石涂层刀具硬质合金基体预处理技术 560
49.2.3金刚石膜结构的改进 564
49.2.4 CVD金刚石涂层刀具的应用开发 565
49.2.5结语与展望 568
49.3 CVD金刚石厚膜焊接刀具 568
49.3.1 CVD金刚石厚膜焊接刀具制造技术 568
49.3.2 CVD金刚石厚膜刀具应用开发 575
49.3.3结语与展望 577
第50章 PCD刀具材料及应用 580
50.1引言 580
50.2 PCD刀具材料的性能 580
50.2.1极高的硬度和耐磨性 581
50.2.2低的摩擦系数和高的弹性模量 581
50.2.3好的导热性和低的热膨胀系数 581
50.2.4刃口锋利且刃面粗糙度小 581
50.3 PCD刀具材料的研究现状 582
50.3.1金刚石复合片发展概述 582
50.3.2金刚石复合片的发展方向 583
50.4 PCD刀具制造工艺 584
50.4.1 PCD复合片的切割 584
50.4.2 PCD刀片的焊接 585
50.4.3 PCD刀片的刃磨 585
50.5 PCD刀具的设计及使用技术 587
50.5.1 PCD刀具的结构形式 587
50.5.2刀具几何参数设计 588
50.5.3切削用量的选择 588
50.6 PCD刀具的应用 589
50.6.1加工非铁金属材料 590
50.6.2加工非金属材料 593
50.7发展与展望 595
第51章 PcBN刀具材料及应用 597
51.1 PcBN刀具材料的特点与应用范围 597
51.1.1 PcBN刀具材料的特点 597
51.1.2 PcBN刀具材料的应用范围 599
51.2 PcBN刀具材料的分类、型号与性能 600
51.2.1有结合剂的PcB N 601
51.2.2纯PcBN 602
51.2.3表面镀覆PcB N 603
51.3 PcBN刀具材料微结构表征 604
51.4 PcBN刀具材料烧结过程及机理 608
51.4.1 Al及Al的化合物作为黏结剂 608
51.4.2 Ti及其化合物作黏结剂 609
51.4.3 Al、Ti及其化合物作黏结剂 609
51.4.4其他黏结剂 610
51.5 PcBN刀具的设计与制造工艺 611
51.5.1 PcBN刀具设计 611
51.5.2 PcBN刀具制造工艺 613
51.6 PcBN刀具应用 614
51.6.1切削用量的优选原则 614
51.6.2 PcBN刀具应用举例 616
51.7结论 621
超硬材料研究未来 625
第十六篇 开发的其他新超硬材料 625
第52章 发展为钻采业应用的复合片（PDC）、聚晶（PCD） 627
52.1国内外金刚石复合片（PDC）、聚晶（PCD）的研制情况 627
52.2金刚石复合片（PDC）、聚晶（PCD）在钻采业中的应用 629
52.3提高金刚石复合片（PDC）、聚晶（PCD）质量的主要方法 631
52.3.1采用合理制作设备 631
52.3.2设计合理的合成腔体组装结构 631
52.3.3采用最佳的黏结剂和组分配比 631
52.3.4消除残余应力，提高金刚石与WC/Co衬底结合强度 632
52.3.5采取多种措施，改进PDC性能 634
52.4结论 635
第53章 CVD金刚石生长与技术 637
53.1概述 637
53.2 CVD金刚石生长科学 637
53.2.1反应气体 638
53.2.2激活过程 638
53.2.3气相反应与生长先驱体 639
53.2.4气相运输和表面间相互作用 640
53.2.5 CVD金刚石在非金刚石基体上的形核 640
53.2.6生长机理与生长速率 641
53.3 CVD金刚石沉积技术 641
53.3.1热丝辅助化学气相沉积（HFCVD） 642
53.3.2微波等离子辅助化学气相沉积（MPACVD） 642
53.3.3燃烧火焰辅助化学气相沉积（CFCVD） 643
53.3.4电弧喷射等离子辅助化学气相沉积（AJCVD） 643
53.3.5表面波持续放电辅助化学气相沉积（SWCVD） 643
53.4研制CVD金刚石厚膜的效果 644
第54章 发展中的纳米金刚石新技术 647
54.1纳米材料与纳米金刚石 647
54.2纳米金刚石的制造合成技术 648
54.2.1纳米金刚石制造方法分类 648
54.2.2爆压爆温的作用 649
54.2.3爆炸容器容积 649
54.2.4炸药粒度与得率的关系 649
54.2.5马赫效应药 649
54.2.6装药与介质 650
54.3物性的分析与研究 650
54.3.1元素成分分析 650
54.3.2 X射线衍射分析 650
54.3.3透射电镜分析 651
54.3.4激光Raman分析 651
54.3.5红外光谱 652
54.3.6纳米金刚石的结构模型 653
54.4爆轰合成纳米金刚石的机理探讨 653
54.5纳米金刚石的应用 654
54.5.1滑润技术 654
54.5.2增强技术 655
54.5.3研磨与抛光 655
54.5.4电镀技术 656
54.5.5烧结与合成技术 657
54.5.6解团聚与分散技术 658
第55章 cBN研究新进展 660
55.1历史的简要回顾 660
55.2 cBN单晶发展现状 661
55.3化学反应制备cBN晶体 663
55.4 cBN单晶膜的外延生长 665
55.5 cBN晶体功能特性研究 666
第十七篇 超硬材料研制未来 673
第56章 金刚石电化学性能 675
56.1含硼金刚石薄膜电极 675
56.1.1含硼金刚石薄膜电极的制备 676
56.1.2含硼金刚石薄膜电极的电化学性能 676
56.1.3含硼金刚石薄膜电极的应用 678
56.2其他类型金刚石电极 679
56.2.1含硼金刚石粉末电极 680
56.2.2高压合成的含硼金刚石聚晶电极 681
56.2.3纳米金刚石电极 682
56.3结论 683
第57章 新金刚石的制备方法、晶体结构及应用研究现状 685
57.1新金刚石的制备方法 685
57.1.1射频等离子体CVD法 685
57.1.2石墨冲压快冷法 685
57.1.3冲压C60法 686
57.1.4高温高压法 686
57.1.5爆炸法 686
57.1.6碳等离子体沉积法 686
57.1.7氢等离子体退火金刚石表面法 686
57.1.8碳离子注入硅片退火法 687
57.1.9炭黑催化法 687
57.1.10催化碳纳米管法 692
57.2新金刚石晶体结构模型 692
57.2.1 Hirai模型 692
57.2.2面心立方结构 693
57.2.3 Glitter结构 693
57.2.4“缺陷金刚石”晶体结构模型 694
57.2.5新金刚石的“乱层金刚石”晶体结构模型 696
57.3新金刚石的性质及应用展望 699
57.3.1新金刚石稳定性实验 699
57.3.2新金刚石的电子结构 701
57.3.3炭黑催化产物电磁吸波性能实验研究 702
57.3.4炭黑催化产物/石蜡复合材料电磁吸波性能的计算机模拟 704
第58章 化学反应新方法获得金刚石的进展 707
58.1金刚石的性能 707
58.2几种人工合成金刚石的发展 708
58.2.1高温高压法（HPHT）合成金刚石 709
58.2.2低压法合成金刚石 709
58.2.3水热、溶剂热等其他合成技术 711
58.3化学反应新方法合成金刚石 711
58.4化学反应新方法合成金刚石机制探讨 713
58.5对天然金刚石起源的新探 714
58.6化学反应法获得金刚石的价值与意义 714
第59章 单晶大颗粒金刚石的研究与应用 716
59.1大颗粒金刚石的基本特征 716
59.2国内外大颗粒金刚石的研发与现状 717
59.2.1国外大颗粒金刚石的研发与现状 717
59.2.2国内大颗粒金刚石的研发与现状 718
59.2.3 CVD法金刚石单晶的研制 719
59.3生长大颗粒金刚石的关键技术 719
59.3.1高温高压温差法的关键技术 719
59.3.2直接合成法进行的探索 720
59.4单晶大颗粒金刚石的应用 721
59.4.1在珠宝首饰方面的应用 721
59.4.2在工程领域的应用 721
59.4.3在功能性质方面的应用 722
59.5结论 723
第60章 类超硬材料与亚超硬材料新探索 724
60.1类超硬-亚超硬材料的回顾与现状 724
60.1.1新型亚超硬-超硬材料 725
60.1.2其他新型超硬材料 726
60.2分析与讨论及晕圈图的建立 727
60.2.1亚-亚超硬材料的分类与讨论 727
60.2.2超-亚超硬材料晕圈图的建立 727
60.3类超硬材料与亚超硬材料设计 728
60.3.1从装备上、方法上进行设计 728
60.3.2从复合材料上进行设计 729
60.3.3理论上的突破，设计新的亚超硬材料 730
60.3.4充分运用计算机技术模拟设计新的亚超硬材料 730
60.4结论与展望 730
方啸虎的主要学术工作与观点和理论 732
主要编著者简介 746
后记 748