金剛石因其強度好、硬度佳、熱膨脹系數(shù)低等優(yōu)勢,已在諸多領域廣泛應用。由于金剛石固有的尺寸弊端,需附著在結(jié)合劑（如鐵基結(jié)合劑）基體上方能制備成形狀各異的工具。然而金剛石光滑且難潤濕的特性使得其與基體之間的界面結(jié)合能力差,結(jié)合強度低,故而制約了其力學性能的發(fā)揮。為此,本論文通過金剛石的表面刻蝕和表面沉積鉻-鐵復合鍍層兩種策略以增強金剛石與結(jié)合劑之間的附著力,具體如下:（1）以鐵粉為催化劑,硫酸鐵為刻蝕添加劑,通過材料配比-真空燒結(jié)兩步工藝加速金剛石刻蝕過程。通過優(yōu)化材料配比和真空燒結(jié)過程中的工藝參數(shù),結(jié)合相應表征技術(shù),系統(tǒng)探究了原料配比、刻蝕添加劑、鐵粉粒度、燒結(jié)溫度和保溫時間這五種因素對金剛石刻蝕前后的表面形貌和性能的影響,得出了最優(yōu)的金剛石刻蝕工藝。結(jié)果表明,溫度對金剛石的刻蝕作用最為顯著,隨溫度升高,金剛石{111}面刻蝕坑傾向于橫向鋪展,其形狀為多邊形,而{100}面的刻蝕坑形狀由圓/橢圓形逐漸向規(guī)則四邊形演變;與原始金剛石相比,經(jīng)900℃刻蝕后,金剛石質(zhì)量下降幅度僅為1.18wt.%,單顆粒抗壓強度與沖擊韌性的降低幅度僅為4.80%和4.59%。最后的刻蝕機理分析顯示金剛石石墨化... 

【文章來源】：燕山大學河北省

【文章頁數(shù)】：67 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

(a)立方晶體結(jié)構(gòu);(b)六方晶體結(jié)構(gòu)

具行業(yè)的各種需要。但是金剛石是各種范疇金剛石工具的主體，金剛石與結(jié)合劑間的結(jié)合力直接決定著工具的使用性能，這是所有金剛石工具不可避免的問題。研究表明，金剛石表面刻蝕可以增強金剛石與結(jié)合劑之間的界面結(jié)合強度、降低工具中金剛石的非磨削損耗，提高金剛石工具的切削效率，延長使用壽命[3]。金剛石表面刻蝕會在其表面形成具有一定形狀和大小的刻蝕坑，增大了金剛石表面的單位面積�？涛g后的金剛石與結(jié)合劑材料復合時，其接觸面積明顯增大，與此同時利用金剛石表面的刻蝕坑與結(jié)合劑之間形成“錨定結(jié)合”[4]（如圖1-2所示），從而了增加了兩者之間的界面結(jié)合力[5]。除此之外，許多研究還發(fā)現(xiàn)了通過在金剛石表面制備鍍層同樣可以提高金剛石與結(jié)合劑間的結(jié)合強度[6-9]。其原因是金剛石表面鍍層的存在不僅彌補了金剛石合成過程的微裂紋、避免金剛石發(fā)生高溫石墨化，而且使金剛石具有了金屬或類金屬性能[10,11]。金剛石表面鍍層與結(jié)合劑的浸潤性優(yōu)于金剛石與結(jié)合劑的潤濕性，故此金剛石表面鍍層作為金剛石和結(jié)合劑之間的過渡層，降低了金剛石的表面能，從而增強了金剛石與結(jié)合劑間的結(jié)合力。綜上所述，金剛石表面刻蝕和在其表面制備鍍層可以提高金剛石與結(jié)合劑之間的結(jié)合強度，這對金剛石工具性能的改善具有重要的實際應用意義。圖1-2金剛石與結(jié)合劑的結(jié)合狀態(tài)示意圖[2]1.3金剛石表面刻蝕的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀金剛石的高硬度、高耐磨和高強度等卓越的機械性能使得其表面只能通過化學

第2章實驗材料、設備及分析測試手段-11-表2-2實驗儀器列表儀器名稱設備型號生產(chǎn)廠家X射線衍射儀D/MAX-2500/PC日本理學公司掃描電子顯微鏡S-4800日本Hitachi公司拉曼光譜儀RM2000英國RENISHAW公司電子分析天平MS105DU瑞士蘇黎世梅特勒-托利多集團真空微蒸發(fā)鍍膜機實驗室自制數(shù)控超聲波清洗器KQ-300DE昆山市超聲儀器有限公司電烘箱YNHT-20吳江億能烘箱制造有限公司金剛石靜壓強度測定儀ZMC-型鄭州磨料磨具磨削研究所金剛石沖擊韌性測定儀CYCJ-04A型鄭州磨料磨具磨削研究所2.2實驗過程2.2.1金剛石刻蝕工藝金剛石刻蝕工藝示意圖如圖2-1所示。圖2-1金剛石單晶刻蝕流程示意圖原料的預處理、表面刻蝕及提純詳述（1）金剛石表面預處理:由于金剛石親油疏水的特性，故此在刻蝕金剛石之前，為了排除雜質(zhì)的干擾，需要對其進行表面凈化處理。首先用1mol/L的稀鹽酸溶液酸洗、其次用1mol/L的氫氧化鈉溶液堿洗金剛石去除表面油污，然后用蒸餾水沖洗金剛石至水溶液PH=7，最終得到純凈的金剛石。


本文編號：3404655