超硬材料制造复习题.doc

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1、1、超硬材料：金刚石和立方氮化硼及以金刚石和立方氮化硼为主要成分的聚晶、复合片。2、金刚石为什么不适合加工铁基金属材料：由于金刚石在磨削高温下能与Fe基金属材料发生化学作用，金刚石中的碳与这些元素发生作用，生成碳化物，产生粘刀显现，使用寿命缩短，加工质量下降，因此，金刚石不适合加工钢材，包括普通钢和各种韧性合金钢。此类材料一般使用cBN工具加工。3、超硬材料今后的主要发展方向：单晶合成(采用不同原料、不同的高温高压合成设备和不同工艺，合成不同的单晶产品)单晶分选（合成的单晶产品，按照颗粒形状、粒度、堆积密度、杂质含量以及强度、韧度、耐热性等性能指标的

2、不同进行分选，从而分为不同的单晶晶种）表面镀覆（经过分选的不同品种的单晶，利用化学镀、电镀、真空镀等表面镀覆）聚晶制造（利用金刚石单晶粉末或石墨粉以及适当的金属粉和非金属粉等原材料，按照适当的配方，采用相应的工艺方法（高压高温烧结法或直接生长法），制造具有不同的形状、规格、性能和用途的聚晶）薄膜生长（采用在低压条件下的各种气相沉积生长法，制造具有特殊性能和较大尺寸的金刚石薄膜或类金刚石薄膜）4、人造金刚石合成基本方法：动态高压法、静态高压法、化学气相沉积（CVD）--亚稳态生长5、静压触媒法：是指在金刚石热力学稳定的条件下，在恒定的高压高温和触媒参与

3、的条件下合成金刚石的方法。6、列举金刚石的主要优异性能：最大硬度、最大热导率、最小压缩率、最宽透光波段、耐腐蚀7、金刚石结构的电子结构和晶体结构：电子结构：根据杂化理论，C原子在反应时，激发一个2s电子到2pz轨道上去。一个s轨道和三个p轨道混合起来，形成四个新轨道---sp3等价杂化轨道，每个sp3杂化轨道具有1/4的s成分和3/4的p成分，形状都相同，这四个轨道的对称轴之间的夹角都是109。28、。晶体结构：在金刚石晶体中，每个C原子与相邻的四个C原子按照等价的sp3杂化轨道形成四个共价键。所有价电子都参与成键，晶体中没有自由电子。金刚石晶体是典

4、型的共价键晶体，具有共价键的结构特性---方向性和饱和性。因此金刚石的硬度和熔点极高，而且不导电。8、碳的P-T相图（估计是个画图题）（必出）I：石墨稳定区和金刚石亚稳区；II：金刚石稳定区和石墨亚稳区；III：触媒反应区；IV：石墨稳定区；V：金刚石稳定区；VI：碳的金属相；VII：碳的液相。9、金刚石生长的温度梯度法（描述加画图）（必出）温度梯度法是在高温高压条件下，石墨转化为金刚石并溶于触媒中，在一定温度梯度驱动下扩散并在晶种上开始生长。即由于温度的不同，金刚石将由高温处的高浓度区向低温处的低浓度区扩散，并在低温晶种处结晶析出。温度梯度法的生长

5、驱动力(过剩溶解度)与轴向温度梯度正比。碳源触媒晶种10、金刚石的晶形与生长区域的关系图（一定出）I区：低温区II区：中温区III区：高温区11、静压触媒法合成金刚石用的原材料，主要包括以下三种：作为碳源的石墨；作为触媒的过渡金属及其合金；作为传压和密封介质的叶腊石。材料选择原则：石墨材料的选择原则：(1)较高石墨化度(90%左右)；(2)较高密度，有一定气孔率，且气孔分布均匀(28%左右)；(3)纯度高，有害杂质尽可能消除。灰分在0.02%以下。触媒材料的选择原则：Fe、Ni、Mn、Co、Cr等元素及其合金，是合成金刚石最基本、最有效的触媒。其中添

6、加B、Cu、Zn、Nb等元素，可赋予金刚石以特殊性能，如半导体特性；添加B、Ti则得蓝色金刚石，耐热性高；添加少量V、W有利于颗粒长大。另外希望成本低，易加工成型。国内曾经使用的触媒有：Ni70Mn25Co5，Ni40Mn30Fe30等，目前，最常用的触媒为FeXNi1-X，同时添加少量其他元素。12、三除法金刚石提纯：除金属、除石墨、除叶腊石13、超硬材料化学镀：化学镀是指借助于合适的还原剂使溶剂中的金属离子被还原为金属状态，并沉积在基体表面上的一种镀覆金属的方法。14、电镀定义：是在电流作用下的氧化还原过程。电镀的基本过程是，保持一定的pH值、温

7、度等条件，在直流电作用下，阳极发生氧化反应，金属铜失去电子，成为铜离子进入溶液；同时，阴极发生还原反应，铜离子在阴极上得到电子，还原为金属铜。15、金刚石微粉的定义：按照现行国家标准GB/T7991-1997的规定，粒度等于或细于54μm的金刚石粉，称为金刚石微粉。16、金刚石微粉的主要应用：⑴直接被使用或制成研磨膏⑵作为制造大颗粒聚晶的原料⑶将微粉镀在某些工件表面上以增加其耐磨性⑷微粉有时也可用于制造研磨用的电镀磨具。17、金刚石聚晶及人造金刚石聚晶的三种方法：金刚石聚晶(PCD)：是泛指由许多细晶粒(0.1~100μm)金刚石在高温高压下聚结而成

8、的一类超硬材料产品。人造金刚石聚晶按照烧结机理分为3个类型：烧结型（S-型）（聚晶是以金刚石细粉为原料，在有