纳米金刚石应用中存在的几个问题

本文介绍了纳米金刚石的发展历史及目前的研究状况。提出了在纳米金刚石应用中存在地问题：纳米金刚石中的C元素含量及纳米金刚石相的含量；纳米金刚石的分散技术问题和纳米金刚石的分级技术问题，这些技术问题不但存在于纳米金刚石的研究中，而且也普遍存在于所有的纳米粉体材料中，这些急待解决的技术问题严重制约了纳米粉体材料的广泛应用。     

纳米金刚石抛光液中磨料的可控性团聚研究现状

纳米金刚石抛光液在超精密抛光中应用广泛,但纳米金刚石极易发生团聚,限制了它在抛光领域中的应用。对纳米金刚石抛光液中磨料的分散机理、分散方法以及国内外在纳米金刚石抛光液制备中的一些研究现状进行了综述,提出了纳米金刚石抛光液的研究方向。     

纳米金刚石作为抛光材料的应用

抛光是金刚石应用的传统领域,即使在今天,抛光包括超精磨仍是仪表和机械制造工艺过程中的一个最重要环节。可是,常用的磨料颗粒尺寸均大于0．1μm（100nm）,已不能满足高级光学玻璃、晶体、宝石和金相表面的超高精度的表面加工。纳米金刚石兼具有金刚石和纳米颗粒的双重特性。纳米金刚石的易团聚性是严重影响其未能大量应用的重要原因。分散与分级技术是其能否实实在在服务于现代工业和科学技术的关键。初步研究结果表明,纳米金刚石应该是一种理想的超精抛光材料。本文对其发展现状,团聚与分散及其初步应用的效果等做了简要的阐述。     

纳米金刚石悬浮液制备的研究进展

纳米金刚石兼具纳米颗粒和超硬材料的性质,是一种具有重要应用前景的新材料.但是纳米金刚石容易团聚,其悬浮液的分散稳定性差,这是纳米金刚石一直没有得到广泛应用的重要原因.本文将从纳米金刚石悬浮液的分散原理和制备方法两个方面进行综述介绍纳米金刚石悬浮液制备的研究进展.     

纳米羟基硅酸镁的原位表面修饰和二次表面修饰

对纳米羟基硅酸镁粉体分别采用原位表面修饰和二次表面修饰进行表面化学修饰,在其表面引入众多有机短链和有机长链,使纳米羟基硅酸镁粉体在有机介质中有较好的相容性和分散稳定性。利用透射电子显微镜和傅立叶红外光谱仪分别表征了表面修饰改性前后纳米粉体的表面形貌和红外吸收光谱。结果表明:修饰剂与粉体表面发生化学吸附。未经表面修饰处理的纳米粉体呈纳米颗粒和纳米管/棒的团聚体;经过原位表面修饰处理的纳米粉体的分散性得到很大改善,呈局部分散的表面形貌;经过原位表面修饰和二次表面修饰,纳米羟基硅酸镁粉体在有机溶剂中得到有效分散。     

乌克兰的爆轰金刚石

1、静态合成金刚石纳米粉体 静态合成的金刚石纳米粉体（尺寸小于100纳米的颗粒）已经在超硬材料研究所（ISHM）生产、研究、应用了三十多年。     

含纳米金刚石粉镍钴基复合镀层的研究

通过对爆轰制备的纳米金刚石粉进行去除杂质,亲水处理,制备出分散稳定的含纳米金刚石粉的镀液。利用这个镀液制备出含纳米金刚石粉的Ni—Co复合电镀层,并研究了镀液中分散不同含量纳米金刚石粉对制备镀层的表面形貌,晶粒尺寸的影响,镀液中纳米金刚石粉含量从2g／L增加到6g／L,镀层的晶粒尺寸减小近一半。纳米金刚石粉对晶粒的细化程度和镀层中含有的纳米金刚石粉的含量有很大关系。镀层的显微硬度与镀液中分散的纳米金刚石粉的含量并不成线性关系,镀层的显微硬度最大可达601．53HV。团聚的纳米金刚石粉导致镀层晶粒的异常长大。     

金刚石磨具纳米Si3N4改性聚酰亚胺树脂结合剂研究

本文研究了纳米Si3N4改性的聚酰亚胺树脂及其在金刚石树脂磨具中的应用.采用傅立叶红外光谱、扫描电镜、热重分析(TG)等方法对改性树脂的结构与性能进行了表征.结果表明:纳米氮化硅可与聚酰亚胺形成化学键,并均匀地分散在聚酰亚胺中,没有明显的团聚现象.研究发现纳米Si3N4可以明显改善聚酰亚胺树脂的力学性能和耐热性,从而提高树脂磨具的强度和导热性.其中金刚石树脂磨具抗折强度和硬度在7%纳米Si3N4时同时达到最大,其中抗折强度提高21.4%,硬度提高12%.     

水基纳米金刚石悬浮液的制备与应用

通过对纳米金刚石进行解团聚分散、提纯与分级,制得了高纯、粒度分布在100nm以下的水基纳米金刚石悬浮液,并用XRD、SEM、SAXS、Zetasizer3000HS等对金刚石的晶体结构、粒度与形貌、表面电性、纯度等性质进行了表征,进而研究了纳米金刚石抛光石英晶体的性能。结果表明：纳米金刚石对石英晶体具有良好的抛光效果,在20μm×20μm范围内获得表面粗糙度Ra为0．214nm的超光滑表面。     

使用恒温水解法可均匀分散纳米金属氧化物

为解决纳米粉体的团聚问题,我们综述了采用恒温水解法在低温下（80~90℃）将纳米级氧化锆和氧化钛沉积到碳纳米管和碳化硅上的实验,并使用XRD、DSC和TEM对上述生成产物进行了表征。实验结果表明:在非沸腾恒温水解法制备的样品中,所有的纳米颗粒均匀、完整地沉积在碳纳米管或碳化硅的表面,且没有形成多余的氧化物颗粒或团聚体。非沸腾恒温水解法有效地解决了纳米粉体的团聚问题。      

纳米金刚石/镍电刷镀复合镀层机械性能研究

本文对普通快速镍镀层和纳米金刚石/镍复合镀层的显微硬度和耐磨性进行了研究,分析了纳米颗粒含量、镀层厚度、加热温度等参数对纳米复合镀层显微硬度及摩擦性能的影响。结果表明:由于纳米金刚石的弥散强化作用,使得复合镀层的硬度和耐磨性大幅提高,摩擦系数明显降低。镀液中纳米金刚石含量约30g/L时,镀层硬度最高为650HV,经过300℃处理,硬度仍能保持在480HV之上。     

纳米金刚石粒径对Ni-P化学复合镀层耐磨性和耐腐蚀性的影响

为提高化学镀镀层的耐磨性和耐腐蚀性,采用化学镀制备含不同粒径的纳米金刚石Ni-P-D复合镀层,通过SEM、XRD、摩擦磨损试验、磨粒磨损试验和电化学试验,探究纳米金刚石粒径对Ni-P镀层微观形貌、力学性能、摩擦磨损性能、磨粒磨损性能和耐腐蚀性能的影响。经化学复合镀可以得到与基体结合良好,厚度约为30 μm,含纳米金刚石的Ni-P-D复合镀层;含50 nm 金刚石的Ni-P-D复合镀层的硬度最高,抗摩擦磨损和磨粒磨损性能最好;随着纳米金刚石粒径减小,Ni-P-D复合镀层的摩擦系数和抗腐蚀能力提高,含5 nm金刚石的Ni-P-D复合镀层的摩擦系数最小,抗腐蚀能力最强。      

温度和厚度对纳米金刚石涂层残余应力的影响

目的通过改善液相等离子喷涂制备纳米金刚石涂层的工艺参数,提高纳米金刚石涂层的显微硬度与结合强度。方法利用Ansys有限元软件对纳米金刚石涂层中的残余应力进行数值模拟。建立纳米金刚石涂层的有限元分析模型与热传导方程,探讨了涂层的厚度与降温速度对纳米金刚石涂层残余应力的影响。通过扫描电子显微镜对制备的纳米金刚石涂层表面进行分析,并且利用显微硬度计和表面划痕仪测定纳米金刚石涂层的显微硬度和结合强度。结果纳米金刚石涂层的主应力为拉应力,涂层的最大主应力随着厚度的增大而具有先增大、后减小、再增加的特点。随着涂层厚度的增加,涂层的最大剪应力由涂层表面转移到涂层界面,其值先减少,后保持稳定。涂层整体、涂层界面和涂层表面的最大主应力与最大剪应力,随涂层温度的升高而呈线性递减的趋势。纳米金刚石涂层的主应力集中在涂层的四周,而涂层的剪应力分布在涂层表面。纳米金刚石涂层表面较光滑,由大量纳米级的细小扁平颗粒紧密排布而形成。结论采用适当的工艺参数制备出厚度为0.1 mm的纳米金刚石涂层,其显微硬度和结合强度分别约为150HV和9 N。     

加入纳米金刚石对铜基体上 Ni-P 化学镀层性能的影响

为增强化学镀Ni-P镀层的性能,以纯铜为基体,在镀液中加入纳米金刚石,共沉积Ni-P/纳米金刚石复合镀层,研究了纳米金刚石的加入对镀层性能的影响。结果表明:纳米金刚石质量浓度为12 g/L时,获得的镀层质量较好;纳米金刚石的加入大大提高了镀层的摩擦磨损性能和耐腐蚀性能。     

含纳米金刚石润滑油减摩抗磨添加剂的摩擦学性能

研制了一种含纳米金刚石润滑油节能抗磨添加剂，对其摩擦学性能及机制进行了研究。结果表明：所研制的含纳米金刚石润滑油抗磨添加剂上有优异的摩擦学性能，摩擦表面存在含金刚石的表面膜。     

高速发展的中国超硬材料

1963年对于中国超硬材料行业来说，是一个值得永远怀念并载入史册的年份。这一年，中国科学家打破国际封锁和技术断垄，成功地合成出我国第一颗人造金刚石，一举成为世界上为数不多的掌握此项技术的国家之一。经过40年的发展，特别是近5年的高速发展，使我国成为世界上超硬材料第一生产大国。我们现在所使用的生产技术都是多年来自主研究开发的。数以千计的“千吨级”六面砧压机的投入运营，高压腔的扩大，产量的大幅度提高；应用粉末法合成金刚石范围的逐步扩大；具有自主知识产权的“年轮式”两面砧装置及其合成高品级金刚石技术的掌握；纳米金刚石单晶，多晶合成技术的深入研究及其产业化应用初见成效；立方氮化硼产量快速增长及新品种的不断增加等，充分展示中国超硬材料工业正向更高水平和更新的方向发展。     

Ni-Co/纳米金刚石复合镀层抗磨损性能的研究

采用电沉积法在45#钢样品表面制备了含有纳米金刚石的镍-钴合金基复合镀层。对复合镀层的显微硬度和微观结构进行了测试。并考察了阴极电流密度、镀液pH值等主要工艺参数对纳米复合镀层耐磨性的影响。结果表明：纳米金刚石的弥散强化作用，可以有效地提高镀层的硬度。在干摩擦条件下，纳米复合镀层的耐磨性是镍-钴合金镀层的3倍；     

纳米金刚石的加入对镁合金Ni-P镀层组织和性能的影响

目的提高镁合金化学镀层的力学性能。方法选择出一组优良镁合金化学镀Ni-P工艺参数,在Ni-P镀液中加入不同的纳米金刚石浓度。通过观察所得镀层的微观组织形貌,对比镀层形貌组织;通过对复合镀层进行热处理,分析镀层组织结构的变化;通过测定金刚石加入前后镀层的摩擦系数,检测了复合镀层的耐磨损性能;通过查看镀层腐蚀斑点数目,检测复合镀层的耐腐蚀性能。结果随着纳米金刚石浓度的增加,复合镀层的形貌越好,当纳米金刚石加入量达到6 g/L时,所得复合镀层的微观形貌均匀、致密。热处理使镀层结构由非晶态变为结晶态,显微硬度明显提高。金刚石的加入致使镀层的摩擦系数降低且稳定,相比化学镀Ni-P镀层,加入金刚石后的复合镀层的腐蚀斑点数较少。结论纳米金刚石的加入大大提高了镀层的力学性能。     

激光熔覆纳米金刚石减摩涂层研究

采用激光熔覆技术制备了纳米金刚石减摩涂层,对熔覆层的组织形貌、硬度、摩擦性能等进行了实验研究,探讨了熔覆层减摩机理.结果表明,熔覆层耐磨性能比基体提高61.4%;熔覆层中含有大量金刚石相,提高了熔覆层的硬度,提高了熔覆层自润滑性及耐磨性,细化了熔覆层晶粒.     

纳米多晶金刚石的制备合成研究

本文采用纳米金刚石粉作为原料,铁基(或镍基)金属粉做烧结助剂,利用超高压六面顶压机,在高温高压条件下进行了纳米多晶金刚石的制备实验。研究了铁基(或镍基)金属粉与纳米金刚石粉体系再生长烧结的温度压力条件,并通过SEM、XRD等测试手段对多晶金刚石样品进行了微观形貌和内部成分分析。研究结果表明:合成的多晶尺寸不仅与触媒的种类有关,而且与触媒的粒度粗细也有关系;在6 GPa、1100℃、合成时间60 s的条件下,制备的纳米多晶金刚石材料比较均匀致密,金刚石之间以D-D键结合为主。