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第一章 金刚石的物理性质及其应用 1

1.1 慨述 1

1.2 金刚石晶体的分类 2

1.3 金刚石晶体结构与热力学参数 2

1.3.1 金刚石晶体结构 2

1.3.2 金刚石的结晶形态 3

1.3.3 金刚石的比表面自由能 4

1.4 金刚石的力学性质 4

1.4.1 金刚石晶体的硬度 4

1.4.2 金刚石的弹性、柔顺性和压缩性 6

1.4.3 金刚石的强度 8

1.4.4 金刚石的脆性 9

1.5 金刚石的热学性质 10

1.5.1 金刚石的热导率 10

1.5.2 金刚石的导温系数与比热容 11

1.5.3 金刚石的热膨胀系数与热稳定性 12

1.5.4 金刚石的抗热冲击性 13

1.6 金刚石的光学性质 14

1.6.1 金刚石的折射率、色散和双折射 14

1.6.2 金刚石的光吸收 15

1.6.3 金刚石的光导电性 17

1.6.4 金刚石晶体中的色心 17

1.7 金刚石强度的实际测定 18

1.7.1 压痕法 18

1.7.2 单粒压碎法 18

1.7.3 球磨法 20

1.7.4 冲击韧性测定仪 22

1.7.5 前苏联的金刚石磨粉动态强度的测定方法 23

1.7.6 Stupkina法 25

1.7.7 落锤法 26

第二章 碳与金刚石的合成 28

2.1 碳原子的结构和杂化轨道 28

2.1.1 碳原子的电子层结构 28

2.1.2 碳原子杂化轨道的量子力学解释 29

2.2 石墨——碳的一种同素异形体 31

2.2.1 石墨晶体 31

2.2.2 石墨夹层化合物 36

2.2.3 石墨的C—C键长与压力和温度的关系 38

2.3 Fuller碳——碳的一种新的同素异形体 40

2.4 碳的相图 41

2.4.1 理论预言 41

2.4.2 实验曲线 42

2.4.3 碳的相图与金刚石的合成 44

2.5 碳与金刚石合成的关系 45

第三章 合成金刚石的工艺理论 47

3.1 石墨-金刚石热力学平衡线 47

3.2 金刚石晶体成核的控制与生长 48

3.2.1 不同品级金刚石在相图中的区域 48

3.2.2 立方体形金刚石生长区 49

3.2.3 立方-八面体形金刚石生长区 50

3.2.4 金刚石生长与压力和温度的关系 51

3.3 晶体中杂质含量的控制与优化晶体生长 53

3.4 人造金刚石的表面微形貌与生长参数的关系 55

3.5 不同加热电源的特点和对金刚石生长的影响 57

3.5.1 工频交流加热 57

3.5.2 直流加热 57

3.5.3 低频加热 57

3.6 石墨原料的选择 58

3.7 触媒金属的选择 59

3.7.1 触媒金属在合成金刚石中的作用 59

3.7.2 选择触媒金属的原则 59

3.7.3 触媒金属类型 59

3.7.4 溶剂-触媒特性 59

3.8 金属-碳体系的相图 61

3.8.1 Fe-C体系相图 61

3.8.2 金属熔点对石墨的润湿性与对金刚石的合成效果 62

3.9 Ni70Mn25Co5、Mn-Ni-C系合金的特性及对金刚石晶体生长的影响 63

3.9.1 Ni70Mn25Co5合金的特性及其合成片的相分析 63

3.9.2 Mn-Ni-C系合金与金刚石晶体生长的关系 65

3.9.3 触媒材料的熔炼和加工 69

第四章 人造金刚石的合成工艺 70

4.1 细颗粒金刚石的合成工艺 70

4.1.1 原材料的特性 70

4.1.2 石墨和触媒粒度与所获金刚石单产和质量的关系 71

4.1.3 石墨和触媒配比与细颗粒金刚石单产和质量的关系 71

4.1.4 热力学条件对细颗粒金刚石晶体生长的影响 72

4.2 磨料级金刚石的合成工艺 72

4.3 锯片级金刚石的合成工艺 73

4.3.1 高压反应腔的结构 73

4.3.2 合成原材料选择 74

4.3.3 锯片级金刚石质量及稳定性控制 75

4.3.4 合成工艺曲线的设定 75

4.3.5 合成过程现象分析 75

4.3.6 合成后的组装状态分析 76

4.3.7 合成工艺条件分析 77

4.3.8 人造金刚石晶体的显微观察 77

4.3.9 合成金刚石过程中爆炸现象分析 77

4.4 大颗粒人造金刚石单晶的合成工艺 78

4.4.1 大颗粒金刚石单晶的生长方法 78

4.4.2 晶种植入与保护 79

4.4.3 晶体生长热力学原理——生长速率与碳源输送 80

4.5 溶剂、杂质和合成条件与晶体形貌的关系 81

4.5.1 溶剂和合成条件对人造金刚石晶体形态的影响 81

4.5.2 金刚石晶体分类与杂质的关系 82

第五章 人造金刚石的质量管理 84

5.1 人造金刚石的标准 84

5.1.1 国际标准 84

5.1.2 国家标准 84

5.1.3 行业标准 85

5.1.4 企业（公司）的标准 85

5.2 国内外人造金刚石品种（牌号）简介 86

5.3 人造金刚石的粒度及其组成 90

5.3.1 人造金刚石粒度 90

5.3.2 人造金刚石粒度组成 90

5.4 金刚石的取样方法 96

5.5 粒度组成的检验方法 97

5.5.1 mesh级金刚石粒度组成检验方法 97

5.5.2 micro级金刚石粒度组成检验方法 99

5.6 人造金刚石产品中杂质含量及其检测方法 100

5.6.1 mesh级产品中杂质含量及其检测方法 100

5.6.2 micro级产品中杂质含量及其检测方法 102

5.7 金刚石粉末中水分含量的测定方法 103

5.8 人造金刚石堆积密度检验方法 103

5.9 人造金刚石形状、形态和表面粗糙度的检验方法 105

5.9.1 人造金刚石形状的检验方法 105

5.9.2 人造金刚石形态的检验方法 106

5.9.3 人造金刚石表面粗糙度的检测方法 107

5.10 人造金刚石强度的检测方法 107

5.10.1 静态法 107

5.10.2 动态法 111

5.11 人造金刚石比表面积的检验方法 111

5.11.1 金刚石比表面积检验方法的原理 111

5.11.2 测量仪器与测量步骤 111

5.12 金刚石微粉研磨能力的测定方法 112

5.13 金刚石微粉加工的表面粗糙度的检验方法 114

第六章 超高压模具 116

6.1 超高压发生原理与设备分类 116

6.1.1 超高压设备结构类型 116

6.1.2 高压腔的形状与体积的关系 117

6.2 顶锤应力特征分析 117

6.2.1 侧向支承 117

6.2.2 底部支承 118

6.2.3 大质量支承 118

6.2.4 大质量支承顶锤的侧面支承 119

6.3 顶锤的条件增强和高压密封的特征与功能 119

6.4 高压密封垫的特性与功能 122

6.5 硬质合金顶锤、压缸破坏特征 125

6.5.1 超高压设备中硬质合金部件破坏的原因 125

6.5.2 等静压工艺制作顶锤、压缸的特点 126

6.6 Belt模具的几种改良型 127

6.6.1 GE型模具 127

6.6.2 石冢博型模具 128

6.6.3 欧洲型模具 128

6.6.4 中国型模具 128

6.7 顶锤、压缸的锥角选择及其有限元应力分析 129

6.7.1 顶锤、压缸的锥角选择 129

6.7.2 压缸、顶锤和模具的有限元应力分析 130

6.8 多层厚壁圆筒与多层环的优化设计 133

6.8.1 多层厚壁圆筒的应力分析 133

6.8.2 多层环优化设计 134

第七章 Belt模具设计实例 138

7.1 Ф20年轮模具设计 138

7.1.1 Ф20年轮模具设计的已知条件和设计要求 138

7.1.2 各层环的最佳K值与尺寸的确定 138

7.1.3 环界面间径向应力 139

7.1.4 环界面间过盈量计算 139

7.2 Ф40欧洲型模具的设计 140

7.2.1 模具的各层环应力计算 140

7.2.2 装配次序和保护环安全度校核 143

7.3 Ф32钢丝缠绕模具的设计 146

7.3.1 等张力钢丝缠绕原理 147

7.3.2 钢丝缠绕模具的结构及计算 148

7.3.3 缠绕工艺与实测结果 151

7.4 模具大型化 152

第八章 单压源金刚石合成专用压机 158

8.1 金刚石合成专用压机的类型 158

8.1.1 金刚石合成专用压机的主要组成系统 158

8.1.2 金刚石合成专用压机的技术性能要求 158

8.1.3 压机类型 158

8.2 两面顶压机机架介绍 159

8.2.1 预应力钢丝缠绕式机架 159

8.2.2 预应力拉紧杆式机架 159

8.2.3 板块式机架 160

8.2.4 叠板式机架 161

8.2.5 机架计算 161

8.3 主油缸的密封结构 162

8.3.1 间隙密封自动补偿装置的结构 163

8.3.2 间隙密封自动补偿结构的工作原理 164

8.3.3 间隙密封自动补偿结构的特点 165

8.4 金刚石压机的液压系统 165

8.4.1 金刚石压机液压系统的特点 165

8.4.2 金刚石压机液压系统分析 165

8.4.3 金刚石压机的系统压力控制 166

8.5 金刚石压机的副机结构 167

8.5.1 一台主机配置二台副机 167

8.5.2 二台主机共用一台副机 168

8.5.3 副机配置在主机的立柱上 168

8.5.4 一台主机配置一台副机 168

第九章 金刚石合成的控制系统 171

9.1 金刚石合成工艺对控制系统的要求 171

9.1.1 压力与加热系统的程序控制 171

9.1.2 控制精度 171

9.1.3 保护与报警 171

9.2 控制系统的主要单元 172

9.2.1 PI（比例-积分）调节器 172

9.2.2 数字PID调节器 173

9.2.3 程序器 174

9.2.4 压力传感器及放大显示器 175

9.2.5 低频加热电源及检测单元 176

9.2.6 可控硅调速装置 176

9.2.7 等效电阻检验及报警单元 177

9.2.8 可编程控制器（PLC或PC） 177

9.2.9 光栅数显装置 178

9.2.10 高压油泵与泄流阀 178

9.3 压力程序控制系统 178

9.3.1 压力程序控制系统工作原理 178

9.3.2 本系统的优缺点 179

9.3.3 压力系统的报警 179

9.4 加热程序控制系统 180

9.5 手动控制与微调系统 180

9.6 控制精度的讨论及调试要点 181

9.6.1 压力的控制精度 181

9.6.2 功率的控制精度 181

9.6.3 关于PID参数 181

9.6.4 压力系统和加热系统的调试 182

9.6.5 集中监控的可能性 182

第十章 压力密封与压力传递介质 183

10.1 压力密封与压力传递介质的选择原则 183

10.1.1 传压介质 183

10.1.2 密封介质 183

10.2 密封材料和传压材料的种类与性质 184

10.2.1 叶蜡石的性质 184

10.2.2 滑石的性质 186

10.2.3 白云石的性质 187

10.3 传压介质的制备工艺 188

10.3.1 六面顶压机所用粉压块的生产 188

10.3.2 两面顶压机所用传压介质的生产 190

10.3.3 两面顶压机用密封介质的生产 190

10.4 产品的检验与贮存 190

10.4.1 叶蜡石粉压块的检验与贮存 190

10.4.2 柱体的检验与贮存 191

10.4.3 密封碗的检验与贮存 191

第十一章 静态高压高温测量 193

11.1 概况 193

11.2 一级与二级压力测量 193

11.2.1 一级压力测量 193

11.2.2 二级压力测量 193

11.2.3 等热状态方程 194

11.2.4 电阻压力计 194

11.2.5 依据光学材料特性的压力计 195

11.2.6 利用材料介电常数变化的压力计 195

11.2.7 相变定点测量法 195

11.2.8 水银和其他单一物质的熔融线 196

11.2.9 八元素相变压力定点 196

11.3 低于10GPa相变定点测量工艺 200

11.3.1 测压丝的制备 200

11.3.2 元件制备及组装 201

11.3.3 测量仪器安装 201

11.3.4 四元素电阻突变图形 202

11.4 高压下的温度测量 203

11.4.1 中等流体静力对热电偶emf的影响 203

11.4.2 高压力、温度区间存在的问题 205

11.5 高压下热电偶emf的相对差值测量法 206

11.6 高压下热电偶emf的近似绝对差值测量法 207

11.6.1 金刚石生长边界理论和实测温度比较法 207

11.6.2 单组成物质相变压力效应和实测比较法 208

11.6.3 改进后的Bridgman法 209

11.6.4 直流热噪音测量法 211

11.6.5 间接互校测量法 212

11.6.6 热电偶emf压力效应绝对修正的结论 212

11.7 原位实时测量压力和温度 212

11.8 活塞计测量金刚石合成压力 213