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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、TTI170

三、PPC170

四、值172

第七节IST-FACT系统的七项检测指标173

一、椭圆度Fe174

二、圆度Fc174

三、粒径分布PSD174

四、颜色RGB174

五、透光度T174

六、纯净度C175

七、表面粗糙度R175

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