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第1章 绪论 1

1.1 超硬材料的发展 1

1.1.1 金刚石的发现 1

1.1.2 合成金刚石的发展 2

1.2 超硬材料的性能和应用 4

1.2.1 磨料及工具 4

1.2.2 金刚石功能材料 5

1.3 其他超硬材料 7

参考文献 8

第2章 金刚石的结构和性能 10

2.1 金刚石的化学组成 10

2.2 金刚石的结构 12

2.2.1 碳的原子结构 12

2.2.2 金刚石的晶体结构 14

2.2.3 金刚石晶体形貌 15

2.3 金刚石的化学性质 17

2.3.1 金刚石的氧化性 17

2.3.2 金刚石的石墨化 18

2.3.3 金刚石的化学稳定性 18

2.3.4 金刚石与过渡金属的化学反应 18

2.4 金刚石的机械性质 18

2.4.1 金刚石的硬度、耐磨性 18

2.4.2 金刚石的解理 20

2.4.3 金刚石的强度 21

2.4.4 金刚石的弹性模量 22

2.5 金刚石的物理性质 23

2.5.1 金刚石的热学性质 23

2.5.2 金刚石的光学性质 24

2.5.3 金刚石的电磁性质 26

参考文献 27

第3章 静压催化剂法合成金刚石 29

3.1 静压催化剂法合成金刚石的机理 30

3.1.1 固相直接转变机理 30

3.1.2 溶剂说 32

3.1.3 催化剂说 33

3.1.4 熔媒说 33

3.2 石墨-金刚石相变的热力学和动力学 34

3.2.1 碳的相图 34

3.2.2 金刚石晶粒的形成与长大 35

3.2.3 金刚石晶体生长与外部条件的关系 39

3.3 高压设备介绍 40

3.3.1 两面顶压机 41

3.3.2 六面顶压机 42

3.4 高温高压的产生和测量 44

3.4.1 高压的产生和测量 44

3.4.2 高温的产生和测量 45

3.5 金刚石合成的原辅材料 46

3.5.1 密封材料与传压介质 46

3.5.2 石墨材料 48

3.5.3 催化剂材料 51

3.6 静压催化剂法合成工艺 53

3.6.1 合成块组装 53

3.6.2 金刚石合成典型工艺 55

3.6.3 合成棒现象分析 59

3.7 金刚石的提纯、分选与检测 61

3.7.1 金刚石的提纯 61

3.7.2 金刚石的分选 64

3.7.3 金刚石的质量检测 67

参考文献 70

第4章 动态高压合成金刚石 72

4.1 动压法合成金刚石的发展史 72

4.2 动态高压合成金刚石基础 74

4.2.1 碳的相图 74

4.2.2 碳的雨贡纽状态方程 74

4.2.3 爆轰法合成纳米金刚石 78

4.2.4 爆炸法合成微米金刚石和多晶纳米金刚石 78

4.3 爆炸法合成金刚石 80

4.3.1 爆炸法合成的主要装置 80

4.3.2 爆炸法合成的工艺 81

4.3.3 金刚石的提纯 83

4.3.4 爆炸法合成的金刚石晶体结构及性能 83

4.4 爆轰法合成纳米金刚石 85

4.4.1 爆轰法合成纳米金刚石的主要装置 85

4.4.2 爆轰法合成的工艺 87

4.4.3 纳米金刚石的提纯 88

4.4.4 爆轰纳米金刚石结构及性能 90

4.5 纳米金刚石的应用 97

4.5.1 超精密抛光 97

4.5.2 纳米金刚石润滑油 99

4.5.3 纳米金刚石复合镀层 100

4.5.4 纳米金刚石涂料 101

4.5.5 纳米金刚石复合材料 101

4.5.6 纳米金刚石在医药卫生领域的应用 102

参考文献 102

第5章 低压合成金刚石 107

5.1 低压合成金刚石的发展概况 107

5.1.1 金刚石薄膜的发展概况 107

5.1.2 金刚石薄膜的合成方法 108

5.1.3 金刚石薄膜的性质和应用 109

5.2 化学气相沉积合成金刚石的生长机理 112

5.2.1 CVD合成金刚石过程中的经验和规律 112

5.2.2 CVD生长金刚石机理 114

5.2.3 金刚石薄膜生长动力学因素 119

5.3 金刚石薄膜生长方法 120

5.3.1 热丝法CVD 120

5.3.2 微波等离子体CVD法 122

5.3.3 等离子体喷射法CVD 124

5.3.4 其他CVD方法 124

5.4 类金刚石薄膜生长方法 126

5.4.1 概述与表征 126

5.4.2 类金刚石薄膜的制备方法 127

5.4.3 类金刚石薄膜的性质及应用 129

参考文献 130

第6章 立方氮化硼的性质与应用 134

6.1 氮化硼的结构 134

6.1.1 六方氮化硼 134

6.1.2 菱方氮化硼 135

6.1.3 立方氮化硼 135

6.1.4 纤锌矿氮化硼 136

6.2 立方氮化硼的性质与应用 136

6.2.1 机械性质 136

6.2.2 光学性质 137

6.2.3 电磁性质 137

6.2.4 热学性质 138

6.2.5 CBN的化学性质 139

6.3 静压催化剂法合成立方氮化硼的机理 139

6.3.1 BN的相图 140

6.3.2 CBN合成区域 141

6.3.3 CBN合成机理 141

6.4 合成立方氮化硼的原材料 142

6.4.1 HBN的制备 142

6.4.2 HBN原料对合成CBN的影响 143

6.4.3 催化剂与立方氮化硼的合成 144

6.5 立方氮化硼合成工艺、提纯及检测 145

6.6 立方氮化硼大单晶的培育 146

6.7 立方氮化硼薄膜的制备 147

6.7.1 PVD制备CBN薄膜 148

6.7.2 化学气相沉积（CVD） 149

6.7.3 存在的问题和发展方向 149

参考文献 150

第7章 聚晶超硬材料 155

7.1 聚晶金刚石的发展 155

7.2 聚晶金刚石的性能特点与用途 157

7.2.1 聚晶金刚石的性能特点 157

7.2.2 聚晶的性能指标 158

7.2.3 聚晶金刚石的应用领域 160

7.3 聚晶金刚石的分类 162

7.3.1 生长型 163

7.3.2 烧结型 163

7.3.3 中介结合型 164

7.3.4 生长-烧结型 165

7.4 金刚石聚结过程分析 166

7.4.1 烧结过程 166

7.4.2 基本的物理化学变化 166

7.4.3 烧结体结构 167

7.5 生长型PCD制造工艺 169

7.6 烧结型PCD制造工艺 170

7.6.1 聚晶金刚石烧结工艺流程 170

7.6.2 固相烧结 171

7.6.3 液相烧结 173

7.6.4 D-M-D中介结合的聚晶金刚石的烧结 176

7.7 聚晶立方氮化硼的制备 177

7.7.1 制造方法分类 177

7.7.2 制备工艺流程 178

7.7.3 PCBN复合片的制备 179

7.8 纳米聚晶金刚石和纳米孪晶金刚石（立方氮化硼）的制备 179

参考文献 180

第8章 金刚石功能材料及发展 183

8.1 热传导材料 183

8.2 宽禁带半导体 186

8.2.1 肖特基二极管 186

8.2.2 场效应晶体管 187

8.2.3 场发射材料 187

8.2.4 光发射材料 188

8.2.5 二次电子发射材料 188

8.3 金刚石电极材料 188

8.3.1 金刚石电极的电化学性质 189

8.3.2 金刚石电极在电化学中的应用 190

8.4 纳米金刚石粉体的电化学性质及应用 191

8.4.1 纳米金刚石的导电机理 191

8.4.2 纳米金刚石的表面修饰 192

8.4.3 纳米金刚石的电化学性能 194

8.4.4 纳米金刚石在电化学领域的应用 195

8.5 生物医药领域 200

8.5.1 生物细胞标志 200

8.5.2 生物传感器 201

8.5.3 定向药物基因传输 202

8.5.4 保健品级化妆品添加剂 203

8.6 其他应用 203

8.6.1 射线及探测器件 203

8.6.2 量子计算机单电子源 204

8.6.3 声波材料 204

8.6.4 保护涂层 204

参考文献 204

第9章 新型超硬材料的研究进展 209

9.1 引言 209

9.2 纳米孪晶CBN 209

9.3 纳米孪晶金刚石 213

9.4 新金刚石 215

9.4.1 激光消融法 216

9.4.2 炭黑催化法 220

9.4.3 HR-carbon模型 224

9.5 小结 227

参考文献 228

第10章 金刚石工具概论 229

10.1 金刚石工具的构成 229

10.2 金刚石磨料 232

10.2.1 金刚石磨料的相关行业标准 232

10.2.2 金刚石的热稳定性 233

10.3 金刚石工具的种类及结合剂 236

10.3.1 金刚石工具的分类 236

10.3.2 金刚石工具的结合剂种类及特点 236

10.4 金刚石工具制造工艺简介 239

10.5 金刚石工具工作过程中的行为分析 241

参考文献 244

第11章 金刚石工具及复合热传导材料 246

11.1 金属结合剂金刚石工具 246

11.1.1 金属结合剂配方体系 248

11.1.2 金属结合剂金刚石工具的制备方式 251

11.1.3 金属结合剂金刚石工具中金刚石的选用 252

11.1.4 金属结合剂金刚石工具的几何形状及其设计 255

11.1.5 金属结合剂金刚石工具的质量监控 256

11.1.6 金属结合剂金刚石工具制造工艺简介 258

11.2 树脂结合剂金刚石工具 260

11.2.1 树脂结合剂的种类及其填料 261

11.2.2 树脂结合剂金刚石工具中金刚石的选择 261

11.2.3 树脂结合剂金刚石工具的制造工艺 262

11.3 陶瓷结合剂金刚石工具 263

11.3.1 陶瓷结合剂的组成及性能要求 264

11.3.2 传统陶瓷结合剂的成分调控 265

11.3.3 纳米陶瓷结合剂的开发应用 270

11.3.4 陶瓷结合剂金刚石工具中磨料的选择 277

11.3.5 陶瓷结合剂金刚石工具的制备工艺 278

11.4 电镀金刚石工具 278

11.4.1 金刚石复合镀层的结构及作用 279

11.4.2 电镀金刚石工具的制造工艺 279

11.5 钎焊金刚石工具 282

11.6 金刚石线锯工具 284

11.6.1 金刚石线锯的类别 285

11.6.2 电镀金刚石线锯的制备工艺 287

11.6.3 金刚石线锯技术现状和研究方向 290

11.7 金刚石复合热传导材料 291

11.7.1 复合材料的热膨胀系数和热导率 292

11.7.2 金属基金刚石复合热传导材料 293

11.7.3 陶瓷基金刚石复合热传导材料 296

11.7.4 高分子基金刚石复合热传导材料 299

参考文献 299

第12章 金刚石工具的界面问题 308

12.1 界面问题的提出及发展过程 308

12.1.1 金属结合剂工具的界面问题 309

12.1.2 陶瓷结合剂工具的界面问题 311

12.2 实现金刚石与结合剂冶金结合的条件 315

12.2.1 成分条件 315

12.2.2 结构条件 316

12.2.3 工艺条件 316

12.3 超硬磨料表面的金属化及其技术 316

12.4 真空微蒸发镀钛技术 321

12.4.1 真空微蒸发镀覆技术的产生 321

12.4.2 真空微蒸发镀钛过程的热力学计算 323

12.4.3 镀层的质量和评价方法 327

12.4.4 镀钛对金刚石性能的影响 328

12.5 真空微蒸发镀钛金刚石的应用效果 330

12.5.1 真空微蒸发镀钛金刚石的作用 331

12.5.2 采用真空微蒸发镀钛金刚石的收益 335

12.6 金刚石真空微蒸发镀钛的系列产品及应用 335

12.6.1 镀覆单一金属或合金的超硬磨料 336

12.6.2 真空微蒸发镀覆之后再经电镀形成的多层复合镀超硬磨料 338

12.7 超硬磨料镀覆刚玉产品及应用 340

12.7.1 金刚石涂覆刚玉的技术要点 340

12.7.2 刚玉涂覆金刚石产品的性能检测 341

12.7.3 刚玉涂覆处理后的金刚石的使用效果及经济效益 344

参考文献 345