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金刚石研磨膏厂家百科118图库彩图

更新时间:2019-11-06

  C 【化学组成】成分中可含有N、B、Si、Al、Na、Ba、Fe、Cr、Ti、Ca、Mg、Mn等元素。其间N、B最为重要,是现在金刚石分类的根本依据。首要依据是否含N分为两类:一是含N者为Ⅰ型,Ⅰ型又据N的存在方式进一步分为Ⅰa型和Ⅰb型。Ⅰa型中N含量大于0.1%,以细微片状的方式存在,增强了金刚石的硬度、导热性、导电性。天然金刚石中98%为Ⅰa型。Ⅰb型中N含量很小,N以单个原子置换金刚石中的C,Ⅰb型绝大多数见于人工金刚石中,而仅占天然金刚石的1%左右。二是不含N或含量极微(<0.001%),又依据是否含B进一步分为Ⅱa型和Ⅱb型。Ⅱa型一般不含B。天然的金刚石中Ⅱa型含量很小。具杰出的导热性是Ⅱa金刚石的特性。Ⅱb型含B杂质元素,往往呈天蓝色,具半导体功能,Ⅱb型金刚石在自然界中也稀有。此外,还可呈现混合型金刚石,即同一颗粒金刚石内,氮的散布不均匀,既有Ⅰ型区,又有Ⅱ型区;或既有Ⅰa型区,又有Ⅰb型区。 【晶体结构】等轴晶系;;a0=0.356nm;Z=8。 在金刚石的晶体结构(图Z-5)中C散布于立方晶胞的8个角顶和6个面中心,在将晶胞均匀分为8个小立方体时,其间的4个相间的小立方体中心散布有C(图Z-5(a))。金刚石结构中的C以共价键与周围的别的4个C相连,键角109°28′16″,构成四面体配位(图Z-5(b))。金刚石具有严密的结构,原子间以强共价键相连,这些特征造成了它具有高硬度、高熔点、不导电的特性。因为结构在{111}方向上原子的面网密度大,其距离也大,故发生{111}中等解理。   图Z-5金刚石的晶体结构 (引自潘兆橹等,1993) 【形状】自然界中金刚石大多数呈单晶产出,常见圆粒状或碎粒(图Z-6)。其单形首要是八面体{111},菱形十二面体{110}及它们的聚形。少量为八面体{111}、菱形十二面体{110}与立方体{100}、四六面体{hk0}成聚形。因为熔蚀效果常见晶体呈浑圆状,晶面曲折(图Z-7),并呈现蚀像,不同的单形有不同的蚀像,如八面体晶面呈现三角形,立方体晶面呈现四边形熔蚀坑。   图Z-6呈八面体晶形的金刚石单晶体   图Z-7金刚石的晶形 (引自王根元,1989) 现在也发现有些金刚石具四面体晶形(如我国辽宁已发现几颗四面体金刚石),这样就可能导致金刚石的对称型为3m,这与一般以为金刚石的对称型为m3m相对立,关于这个问题,现在已有研讨报导,以为是双晶结构引起的假像四面体晶形(A.Yacoot,M.Moore,1993)。 【物理性质】无色通明,常带深浅不同的黄彩,也有呈乳白色、浅绿色、天蓝色、褐色和黑色等等;典型的金刚石光泽,断口油脂光泽。平行{111}解理中等。硬度10。相对密度3.50~3.52。性脆。折射率N=2.40~2.48,具强色散性。纯洁金刚石导热性杰出,室温下其导热率几乎是铜的5倍。 【成因及产状】金刚石仅构成于高温高压的条件下,为岩浆效果的产品,现在仅见产于超基性岩的金伯利岩(角砾云母橄榄岩)、钾镁煌斑岩及高档变质岩榴辉岩中。 当含金刚石的岩石遭受风化后,能够构成金刚石砂矿。 世界上闻名金刚石产地有南非、扎伊尔、前苏联亚库梯等。我国山东、辽宁、贵州等地相继发现金刚石的原生矿床。 【判定特征】极高的硬度,标准金刚光泽,晶形概括常呈浑圆状。 【首要用处】金刚石具有很高的经济价值。依据用处不同可分为宝石金刚石和工业金刚石。前者首要使用其光荣诱人的色泽和极高的硬度,金刚石经人工琢磨成各种多面体后就成为“钻石”,钻石至今仍然是最紧俏、最贵重的宝石,质优粒大者报价更为贵重,如大于1g的优质钻石报价可达5000美元/克拉以上。后者首要使用其各种特性,如使用I型金刚石的高硬度制造外表轴承、玻璃刀、表镶钻头;用Ⅱb型金刚石制造固体微波器及激光器材折散热片;使用其优秀的红外线穿透性制造卫星窗口和高功率激光器的红外窗口。使用其半导体功能制造整流器、三极管等等。跟着科学技术的迅速发展,金刚石的用处越来越广泛。

  人造单晶金刚石作为刀具材料,市场上能买到的目前有戴比尔斯(DE-BEERS)生产的工业级单晶金刚石材料。这种材料硬度略逊于天然金刚石。其它性能都与天然金刚石不相上下。由于经过人工制造,其解理方向和尺寸变得可控和统一。随着高温高压技术的发展,人造单晶金刚石最大尺寸已经可以做到8mm。由于这种材料有相对较好的一致性和较低的价格,所以受到广泛的注意。作为替代天然金刚石的新材料,人造单晶金刚石的应用将会有大的发展。

  天然单晶金刚石是一种各向异性的单晶体。硬度达HV9000-10000,是自然界中最硬的物质。这种材料耐磨性极好,制成刀具在切削中可长时间保持尺寸的稳定,故而有很长的刀具寿命。     天然金刚石刀具刃口可以加工到极其锋利。可用于制作眼科和神经外科手术刀;可用于加工隐形眼镜的曲面;可用于切割光导玻璃纤维;用于加工黄金、白金首饰的花纹;最重要的用途在于高速超精加工有色金属及其合金。如铝、黄金、巴氏合金、铍铜、紫铜等。用天然金刚石制作的超精加工刀具其刀尖圆弧部分在400倍显微镜下观察无缺陷,用于加工铝合金多面体反射镜、无氧铜激光反射镜、陀螺仪、录像机磁鼓等。表现粗糙度可达到Ra(0.01-0.025)μm。     天然金刚石材料韧性很差,抗弯强度很低,仅为(0.2-0.5)Gpa。热稳定性差,温度达到700℃-800℃时就会失去硬度。温度再高就会碳化。另外,它与铁的亲和力很强,一般不适于加工钢铁。

  金刚石是碳的结晶组织一种多晶形的变体,它一般含有少量不同化学成份的杂质;在迄今已知的一切物质中,金刚石硬度最大。金刚石可以以原生矿和砂矿的自然形态出现,也可以用含碳物质来人工合成。    1、晶体内部无缺陷和杂质的透明晶体称为宝石级金刚石(钻石),它主要用于装饰品,它占天然金刚石的10%-15%,一般比黄金贵几百倍。    2、晶体内部有缺陷(如包裹体、斑点、裂纹),或因含少量其它元素而使晶体内部无缺陷但颜色对装饰品不理想的金刚石属于工业级金刚石,它用于制造金刚石工具。刀具一般都选用优质的工业金刚石作原料。    3、人造单晶它的基本性能与天然单晶相似,目前只因它的产品质量及其稳定性不佳问题,以及同体质材料成本比天然金刚石高,而制约了它在刀具方面的广泛应用。    4、人造金刚石聚晶(PCD)是由许多金刚石细粒构成,并以金刚石为主要成份的,通称为聚晶或聚晶体。复合片是将金刚石聚晶复合到硬质合金体上的一种超硬材料,它集金刚石的高硬度与硬质合金的高强度于一体,同时具有焊接及聚晶金刚石的特点。

  金刚石在自然界材料中具有特别优异的机械功能、热学功能、透光性、纵波声速、半导体功能及化学慵懒,是一种全方位的不行替代的特殊多功能材料。用化学气相堆积(Chemical Vapor Deposition 简称CVD)办法成长的金刚石膜具有与颗粒状天然金刚石和高压人工金刚石简直完全相同的功能,但却克服了小颗粒状天然金刚石和高压人工金刚石尺度巨细的约束。材料学家共同以为只要这种连续性大尺度块状材料,才干使得金刚石悉数优异功能得到充沛的发挥。金刚石膜的优异功能首要表现在以下几个方面:     1.机械功能: 金刚石在已知材料中硬度最高(维氏硬度可达10,400kg/mm2本站注:约合102GPa)、耐磨性最好且冲突系数极低。CVD金刚石膜中不含任何粘结剂,其多晶结构又使其在各个方向具有简直相同的硬度,且没有解理面,因而其归纳机械功能兼具单晶金刚石和聚晶金刚石(PCD)的长处,而在必定程度上又克服了它们的缺乏,并且报价低廉。它不仅可替代天然金刚石、高压人工单晶金刚石和聚晶金刚石在机械范畴运用并且大大拓宽了其运用规模:如制造各种合适拉制软硬丝的高功能拉丝模具;焊接型CVD金刚石东西(运用寿命超越PCD东西的1-3倍);制造形状较为杂乱的CVD金刚石涂层硬质合金刀具(运用寿命比涂层前进步10-50倍);其低冲突系数还可用于冲突部件如轴承的耐磨涂层等。据国外专家计算,仅运用于超硬材料方面就可以开发、改造出二千多种新产品。     2.声学功能: 金刚石在一切材料中的传声速度最快,为18.2km/s。运用此功能不仅能制造频率响应超越5GHz的声表面波器材(这种最高频响声表面波器材在通讯范畴的运用极端广泛)并且还可制造频响达60kHz以上的超高保真扬声器及功能最优异的声传感器。     3.热学功能: 天然金刚石热导率达20W/cm.K, 为一切物质中最高者, 比SiC大4倍, 比Si大13倍, 比GaAs大43倍, 是Cu和Ag的4-5倍; 高纯CVD金刚石膜热导率已到达乃至超越天然金刚石热导率,并且其较大面积膜片状形状使之成为极为抱负的电子器材大面积散热材料(又称为热沉),而高绝缘性与低热膨胀系数,可作为大功率半导体器材、微波器材和大规模集成电路最好的热沉。CVD金刚石膜热沉的很多运用将引起电子工业的一场巨大革新。     4.光学功能: CVD金刚石膜在X射线—紫外光—可见光—红外光很宽的波长规模内都具有高透过性且能抗高温、抗腐蚀、机械强度大,因而可用作在恶劣环境中运用的光学窗口等。如各种光制导的高速拦截头罩和运用极广的多色红外探测器窗口、红外焦平面阵列热成像设备窗口、高功率微波窗口、高功率激光窗口等;透X光特性可成为未来微电子器材制备的亚微米级光刻蚀技能的抱负材料。优异光学功能和较低的报价使得CVD金刚石膜在军用和民用光学范畴都有广泛的运用远景。     5.电学和半导体功能: 运用CVD金刚石膜优异的电学特性,可用于高温、高功率、高频率、强辐射环境中作业的电子器材及各种特性的传感器等。它的冷阴极发光特性,已有或许取得低功耗、高清晰、超薄、超大屏幕多种颜色的显示屏。其最有出路的高温半导体器材作业温度可到达600℃,金刚石高温半导体器材的面世,将是电子技能的一场革新。     6.化学性质: 室温时可耐一切酸、碱及溶剂,即便在高温时,也抗一切的酸腐蚀。可见,金刚石极端安稳,可用作抗腐蚀防护层。在医疗器械范畴,因为金刚石手术刀极端尖利并和人体血液不相容,手术作用佳,患者恢复快,CVD金刚石手术刀将替代现在运用的金属手术器械;CVD金刚石膜为纯碳元素组成且耐磨、耐腐蚀是植入人体内金属元件表面最好的涂层。    CVD金刚石膜在机械、热学、光学、声学、电子、航天等范畴广泛运用将对这些范畴发生革新性的影响。因而CVD金刚石膜材料被材料学家以为是二十一世纪材料,“金刚石膜年代已显露曙光”。

  金刚石是碳在高温高压条件下的结晶体,是自然界最硬的矿物。其名称来源于希腊文“Adamas”,意为坚硬无敌。    金刚石是一种稀有、贵重的非金属矿产,在国民经济中具有重要的作用。金刚石按用途分为两类:质优粒大可用作装饰品的称宝石级金刚石,质差粒细用于工业的称工业用金刚石。    宝石级金刚石,又称钻石,光泽灿烂,晶莹剔透,被誉为“宝石之王”,价值昂贵,是世界公认的第一货品,其占有程度和消费水平往往被视为是衡量个人和国家经济富裕程度的标志。达不到宝石级的金刚石(工业用金刚石),以其超硬性广泛用于机电、光学、建筑、交通、冶金、地勘、国防等工业领域和现代高、新技术领域。    金刚石按所含微量元素可分为Ⅰ型金刚石和Ⅱ型金刚石两个类型。Ⅰ型金刚石多为常见的普通金刚石。Ⅱ型金刚石比较罕见,仅占金刚石总量的1%~2%。Ⅱ型金刚石因常具有良好的导热性、解理性和半导体性等,多用于空间技术和尖端工业。具微蓝色彩的优质大粒Ⅱ型金刚石视为钻石中之珍品,如重3106ct(Carat,克拉)世界著名的“库利南”钻石,即属此类。    人类对金刚石的认识和开发具有悠久的历史。早在公元前3世纪古印度就发现了金刚石。自公元纪年起至今,钻石一直是国家与王宫贵族、达官显贵的财富、权势、地位的象征。    世界金刚石矿产资源不丰富,1996年世界探明金刚石储量基础仅19亿ct,远不能满足宝石与工业消费的需要。20世纪60年代以来,人工合成金刚石技术兴起,至90年代日臻完善,人造金刚石几乎已完全取代工业用天然金刚石,其用量占世界工业用金刚石消费量的90%以上(在中国已达99%以上)。金刚石主要生产国为澳大利亚、俄罗斯、南非、博茨瓦纳和扎伊尔等。世界钻石的经销主要由迪比尔斯中央销售组织控制。    中国发现金刚石约在200~300年前,在明清朝之际(约17世纪),湖南省农民在河砂中淘到过金刚石。金刚石的地质勘查工作始于20世纪50年代。迄今,在中国发现的重量大于90ct的著名金刚石有6颗,如重约158ct的“常林钻石”等。    中国金刚石矿产资源比较贫乏,通过近50年的地质工作,仅在辽宁、山东、湖南和江苏4省探明了储量。截至1996年底,中国保有金刚石储量2089.78万ct,在世界上不占重要地位。在质量上,中国辽宁省所产金刚石质地优良,宝石级金刚石产量约占总产量的70%。20世纪90年代以来,中国年产金刚石约10~15万ct,远不能满足本国消费的需要。国家所需工业用金刚石99%以上依赖国产人造金刚石,1997年中国人造金刚石产量达4.4亿ct,天然工业用金刚石所占消费比重极为有限。

  人类对金刚石的认识和开发具有悠久的历史。早在公元第3世纪以前,印度人就发现了金刚石砂矿,于公元130年至18世纪发现了“光明之山”、“杉苏”、“大莫卧尔”、“希望”等名钻。公元1726年,巴西发现金刚石砂矿床,世界金刚石生产中心逐渐从印度移向巴西。1866年南非发现金刚石砂矿,1867年又发现含金刚石金伯利岩型原生矿床,这是金刚石矿业发展的里程碑,世界金刚石生产中心又由巴西移至南非。20世纪扎伊尔、俄罗斯,博茨瓦纳、澳大利亚前后发现了金刚石矿床。生产中心亦不断更迭,从南非移至扎伊尔,又移至博茨瓦纳和澳大利亚等。迄今世界已发现的500ct以上的钻石原石约40颗,以南非发现的最多,尤以1905年在南非特伦威尔省普列米尔金伯利岩管中发现的重3 106 ct名为“摩利南”的钻石最大,被誉为“金刚石之王”,被加工成12颗钻石,其中最大一颗重530.2 ct,称为“非洲之星”镶在英王权杖上。    目前,生产金刚石的国家近20个,主要生产国有澳大利亚、博茨瓦纳、扎伊尔、南非、俄罗斯和巴西等。    中国在晋朝以前称金刚石为昆吾石。《晋书》中曾有于咸宁三年(公元277年)敦煌上送金刚石,产自天竺(即古印度)的记载。明朝(公元1596年)李时珍《本草纲目》中对金刚石的描述是可钻玉、补瓷、谓之钻。明朝(公元1625年)有金刚石在山东出土记载。17世纪末至18世纪初章鸿钊先生所著《古矿录》中提到在新疆、山东、黑龙江曾发现过金刚石。清朝道光年间(公元1821~1850年)湖南常德、桃源等地农民在淘洗砂金时发现过金刚石。1937年,山东郯城农民在翻种菜地时,拾到一颗重218.65 ct的金刚石,形似小鸡,色泽金黄,当地农民称之为“金鸡宝石”。      中国有计划地开展金刚石的地质勘查工作始于1952年。50年代勘查的重点为金刚石砂矿。1952~1953年地质部派专家并组成普查队对山东沂沭河流域进行踏勘和普查,1953年地质部组建湖南沅水地质队(后改名四一三队)开展湖南沅水流域金刚石砂矿的普查勘探工作,至1967年探明了湖南常德等4个金刚石砂矿。1957年地质部组建山东沂沭河地质队(后改名八○九队)对山东沂沭河流域和胶东地区进行金刚石普查勘探,先后探明了于泉、陈家埠等5个金刚石砂矿床。通过1964年全国第一次金刚石专业地质会议动员开展金刚石原生矿的普查找矿后,1965年贵州地质局一○一队在黔东镇远发现含金刚石的金伯利岩脉;同年8月山东地质局八○九队在蒙阴常马庄发现中国第一个具有工业价值金伯利岩型金刚石原生矿床——“红旗1号”,此后数年内陆续发现60余个金伯利岩体,至1977年探明常马庄、王村、西峪、头村和红喜庄5个有工业价值的金刚石原生矿床;1971年6月辽宁省地质局区调队在辽宁复县发现含金刚石的金伯利岩管,至1980年探明了30号、42号、50号、57号、68号和74号6个具工业价值金刚石原生矿床。辽宁、山东、湖南等省金刚石原生矿床与砂矿的发现和勘查,基本查明了目前中国金刚石矿产资源的格局。其后自1988年至今,地质矿产部一直坚持大力开展金刚石找矿,并与英国、澳大利亚、比利时、加拿大等国的矿业公司或专家合资或合作,在湖南、山东、贵州、广西、江苏、湖北、江西、山西、四川、新疆、西藏等地广泛开展工作,取得一定的进展。[next]    中国金刚石的开采也始于50年代,1957年国家计划委员会确定由沅水地质队负责组建,在湖南常德建设中国第一个金刚石砂矿。1958年8月湖南省常德专署动工建设桃源县车溪冲矿,当年生产金刚石428ct,填补了中国不生产天然金刚石的空白。1958年金刚石矿划归建筑工程部管理,将1个矿区扩大为4个矿区,1959年更名为建工六○一矿,1974年以后年产量基本稳定在8 000ct以上。山东郯城金刚石砂矿由郯城县工业局于1958年始建,1959年产金刚石247ct,1962年更名为建工八○三矿,1968年建成投产,规模为年产金刚石3 000ct。1967年地质部、建筑材料工业部组织对山东蒙阴原生金刚石矿进行选矿试验。随后建筑材料工业部组建七○一矿进行开采,宋家庄红旗一号矿是中国开采的第一个原生矿,1970年投产,规模为年产金刚石2万ct,1978年王家村矿区为中国第一个年产10万ct的原生金刚石矿建成投产。1980年辽宁省地矿局第六地质队组建滨海金刚石矿,试采瓦房店(复县)50号岩管,1981年生产金刚石8 773ct,1985年产量12 240ct,1987年由辽宁省地质矿产局、辽宁省瓦房店市和沈阳有色金属公司联合组建瓦房店金刚石有限公司转入正规露天开采。40年来,上述4个金刚石矿为中国发展金刚石生产做出了重要贡献。目前中国年产金刚石约10~15万ct。    据记载,中国发现重量大于90ct的6颗金刚石都是在山东境内发现的。第一颗就是1937年郯城农民罗振邦发现重218.65 ct,命名为“金鸡宝石”的那颗,这是迄今中国发现的最大粒金刚石,但后被日本侵略者掠走;第二颗于1977年在临沭县常林由魏振芳发现,重158.786ct,命名“常林钻石”;第三颗于1981年在山东郯城“八○三”矿采出,重124.27ct,命名“陈埠1号”;第四颗于“八○三”矿采出,重96.94 ct,命名“陈埠2号”;第五颗于1983年于“八○三”矿采出,重92.86 ct,命名“陈埠3号”;第六颗于1983年在“七○一”矿的破碎矿石中发现,重119.01 ct,取名“蒙山1号”。此外,重10~50 ct的大颗金刚石发现甚多,不胜枚举。

  化学性质    在金刚石晶体中,碳原子按四面体成键方式互相连接,组成无限的三维骨架,是典型的原子晶体。在金刚石晶体中,每个碳原子都以SP3杂化轨道与另外4个碳原子形成共价键,构成正四面体。由于金刚石中的C-C键很强,所以所有的价电子都参与了共价键的形成,没有自由电子,所以金刚石不仅硬度大,熔点极高,而且不导电。在工业上,主要用于制造钻探用的探头和磨削工具,形状完整的金刚石还用于制造手饰等高档装饰品,其价格十分昂贵。     观赏用途    钻石由于屈折度高,在灯光下显得闪闪生辉,成为女士最爱的宝石。巨型的美钻可以价值连城。而掺有颜色的钻石的价钱更高。目前最昂贵的有色钻石,要数带有微蓝的水蓝钻石。钻石分为一型和二型两种,这主要是根据它是否含有N元素:一型含;二型不含。而蓝色的钻石是二B型的,是半导体。     工业用途    由于钻石的硬度极高,科学家会利用高温高压制成钻石微粒,用于沙纸、钻探、研磨工具之上,可以用来切削和刻画其他物质。

  世界上最大的宝石金刚石名叫“库利南”,它的发现是相当偶然的。1905年1月25日,南非(阿扎尼亚)的普列米尔矿山(亦称总理矿),有一个名叫威尔士的经理人员,偶尔看见矿场的地上半露出一块闪闪发光的东西,他用小刀将它挖出来一看,是一块巨大的宝石金刚石。它的重量用当时的旧克拉单位(1克拉=205毫克)为 3024.75克拉。换算成现在通用的公制克拉(1克拉=200毫克)为3106克拉,即621.2克。体积约为5×6.5×l0cm,相当于一个成年男子的拳头。它纯净透明,带有淡蓝色调,是最佳品级的宝石金刚石。一直到现在,它还是世界上发现的最大的宝石金刚石。       库利南不是一个完整的晶体,它只是一个大晶体的一部分碎块。库利南由于太大,当时没有人能买得起。后由南非的德兰士瓦地方当局用15万英镑收购,在1907年12月9日,为祝贺英王爱德华三世的生日而赠送给英国皇室了。    1908年初,库利南被送到当时琢磨钻石最权威的城市荷兰的阿姆斯特丹,交给约•阿斯查尔公司加工,加工费8万英镑。由于原石太大,须要事先按计划打碎成若干小块。打碎它是一件极其困难的工作,因为如果研究不够或技术欠佳,这块巨大的宝石就会被打碎成一堆没有什么价值的小碎片。    打碎工作由荷兰著名工匠约•阿斯查尔进行。他用了几个星期的时间来研究库利南,按它的大小和形状造了一个玻璃模型,并设计了一套工具。他先用这些工具对玻璃模型试验,结果模型按照预想的要求被劈开。经过几天休息之后, 1908年2月10日,他和助手来到专门的工作室中,将库利南 放在一个大钳子里紧紧钳住,然后将一根特制的钢楔放在它上面预先磨出的槽中。约•阿斯查尔用一根沉重的棍子敲击钢楔,“啪”的一声,库利南纹丝不动,钢楔却断了。阿斯查尔脸上淌着冷汗,在那紧张得像要爆炸的气氛中,他放上了第二根钢楔。再使劲地敲击一下,这一次,库利甫完全按照预定计划裂为两半,而阿斯查尔却昏倒在地板上了。    库利南被劈开后,由三个熟练的工匠,每天工作14小时,琢磨了8个月。一共磨成了9粒大钻石和96粒小钻石。这105粒钻石总重量1063.65克拉,为库利南原重量的 34.25%。由此可知,金刚石在加工成钻石后,重量损失很大。九较大钻石中最大的一粒名叫“非洲之星第Ⅰ”也就是“库利南1号”,重530.2克拉,为水滴形,琢磨了74个面。它也是现今世界上最大的钻石,镶在英国国王的权杖上。次大的一粒叫做“非洲之星第Ⅱ”,重317.4克拉,外观方形,磨有64个面。它是世界上第二大的钻石,现镶在英帝国王冠下方的正中。其它7粒重量分别为94.4、63.6、18.8、11.5、8.8、6.8及4.39克拉。    由库利南磨成的9粒大钻,全部归英国王室所有。其中“库利南第I”和“库利南第Ⅳ”,曾被镶在1911年制成的玛丽王后的王冠上,后又取下归王后收藏,王冠上则用水晶的复制品代替。1919年,在普列米尔矿山又找到一颗重达1500克拉的宝石金刚石。按重量为世界第三。它也是一个大晶体的碎块,并且颜色和库利南相似。因此有人认为它与库利南是同一个大晶体碎裂而成的,故这块金刚石没有给它取专门名字。

  金刚石的原矿品位很低,规定的最低可采品位比国外(南非、扎伊尔等)低几倍甚至10多倍。如岩管最低可采品位定为0.075~0.15ct/m3,砂矿最低可采品位定为0.01ct/m3。要从如此贫乏的原矿中选出金刚石颗粒,必须采用复杂的选矿方法及多段磨矿、多段精选的工艺流程才能完成。 v在金刚石选矿过程中,最重要的是要保护金刚石晶体不被破损,否则会大大影响它们的使用价值。 金刚石常用的选矿方法有: 粗选-淘洗盘选矿、跳汰选矿、重介质选矿; 精选-X射线电选矿、油膏选矿、表层浮选、磁力选矿、电力选矿、重液选矿、化学处理(碱熔法)、泡沫浮选、磁流体静力分选、选择性磨碎筛分、手选等。

  人造聚晶金刚石(PCD)是在高温高压下将金刚石微粉加溶剂聚合而成的多晶体材料。一般情况下制成以硬质合金为基体的整体圆形片,称为聚晶金刚石复合片。根据金刚石基体的厚度不同,复合片有1.6mm、3.2mm、4.8mm等不同规格。而聚晶金刚石的厚度一般在0.5mm左右。目前,国内生产的PCD直径已经达到19mm,而国外如GE公司最大的复合片直径已经做到58mm,戴比尔斯公司更达到了74mm。     根据制作刀具的需要可用激光或线切割切成不同尺寸和角度的刀头,制成车刀、镗刀、铣刀等。     PCD的硬度比天然金刚石低(HV6000左右),但抗弯强度比天然金刚石高很多。另外,通过调整金刚石微粉的粒度和浓度,使PCD制品的机械物理性能发生改变,以适应不同材质、不同加工环境的需要,为刀具用户提供了多种选择。     PCD刀具比天然金刚石的的抗冲击和抗震性能高出很多。与硬质合金相比,硬度高出3-4倍;耐磨性和寿命高50-100倍;切削速度可提高5-20倍;粗糙度可达到Ra0.05μm。切削效率高、加工精度稳定。     PCD同天然金刚石一样,不适合加工钢和铸铁。这种刀具主要用于加工有色金属及非金属材料,如:铝、铜、锌、金、银、铂及其合金,还有陶瓷、碳纤维、橡胶、塑料等。PCD的另一大功能是加工木材和石材。     PCD刀具特别适合加工高硅铝合金,因此在汽车、航空、电子、船舶工业中得到了广泛的应用。

  金刚石选矿设备选型:由于要注意保护金刚石的晶体不受破坏(或使次生破碎率降至最低),在破碎、磨矿设备的选型上,常采用破碎强度较低或具有选择性破碎作用的设备。 粗、中碎常用圆锥、颚式破碎机,细碎和磨矿常用短头圆锥破碎机、湿式自磨机、棒磨机、格子型球磨机等,洗矿用圆筒洗矿机;分级用自定中心振动筛、单螺旋分级机、水力旋流器等;选矿(包括粗、精选)常用设备有淘洗盘、跳汰机、重介质选矿机、浮选机、带式或振动带式油选机、辊式表层浮选机、磁流体静力分选机、湿式X射线电拣选机、X射线手选机以及化学处理机等。

  以金刚石、立方氮化硼等超硬材料制备的东西(如钻头、扩孔器、磨具、滚轮等)已在石油、煤炭以及其它矿产的勘探和机械、外表、电子等工业部门的出产、设备加工中得到了很多使用。金刚石东西的制备办法主要有粉末冶金和复合电镀两种。和粉末冶金法相比较,复合电镀法具有设备简略,可减轻模具损耗,不会使金刚石遭到热损耗,易于修补等长处,因此在金刚石东西制作方面占有一席之地。依据镶嵌在金刚石东西表面上的金刚石颗粒层数的不同,可将制作办法分为表镶法和孕镶法二类。    孕镶法的工艺流程一般如下:前处理-镀不含金刚石的基质金属Ni或Ni-Co)-布砂施镀-再镀3~5μm亮光镍-表面修整。    电镀镍基金刚石镶嵌镀工艺规范如下;硫酸镍220~240g/L,硫酸钴15~30g/L,25~35g/L,氯化钠10~20 g/L,1,4-丁炔二醇0.6~0.8 g/L,糖精0.8~1.0 g/L,十二烷基硫酸钠0.08~0.1 g/L,金刚石(5~7μm)5~10 g/L,温度45~50℃,pH值4.1~4.5,电流密度2A/dm2,空气激烈拌和。

  1892年,穆瓦桑开始研究人造金刚石。在天然物质中,金刚石的硬度最大,它美丽而透明,又光彩夺目,从远古时代起就引起人们的注意。在伦敦大不列颠博物馆中陈列着一座公元前5世纪由希腊人制作的青铜雕像,雕像的眼睛是用两颗金刚石做成的。由此可见,人们使用金刚石的历史有多么悠久。罗马时代著名的自然科学家普里尼在《自然的历史》一书中对金刚石作了高度的评价:“不仅在各种各样的宝石中,甚至把人类所拥有的物质财富都计算在内的话,金刚石也称得上世界上最贵重的东西。在很长的一段时间里,只有少数国王才拥有这种至为珍贵的宝石之王。”    无色透明的金刚石质量最好,琢磨以后能加工成光彩夺目的宝石。金刚石特别硬,在莫氏硬度中,它处于最高级(10级)。既可以用来切割玻璃,在玻璃上雕刻花纹,也可以用作地质钻探中的钻头,钻探最硬的岩石。金刚石还可以制成车刀,切削硬质合金和钢材;制成砂轮,研磨硬质材料。钻有细孔的金刚石板叫做拉模或抽丝金刚石,用在电器工业中抽出直径只有0.001~0.2cm的铜丝和钨丝。    金刚石是这样贵重,化学家们都想知道它是由什么元素构成的。1797年,英国化学家钱南把金刚石放在密封的用金子做的箱子里,使箱子里充满氧气。在金刚石燃烧后,测定箱子里气体的成分是二氧化碳。上述装置中,金是不会跟氧气反应的,那么,金刚石的成分只能是碳。钱南的实验结果使人们大吃一惊,构成这种晶莹透明宝石的化学元素竟然跟最普通的黑色煤中的元素一样。    世界上金刚石的蕴藏量不多,而且矿床集中在少数地区。无论作为一种珍贵的宝石或者工业用品,它的需求量远远超过开采量。因此,化学家和物理学家开始探索人造金刚石的制备方法。穆瓦桑就是在这样的情况下开始研究人造金刚石的。虽然瑞典化学大师柏济力阿斯在1830年就对这一研究课题作出过评价:“这是具有和炼金学家一样的热情,但是可能是一种幻想的研究。”但穆瓦桑并没有因此而丧失信心。    一开始,穆瓦桑想利用氟代烃的分解反应来制取金刚石,结果得到的都是无定形碳。穆瓦桑想起多布里在1890年时,对含金刚石的陨石以及地壳形成过程的研究,多布里指出金刚石必须在高温和高压下才能形成。1892年,在法国地质学家弗里德尔向法国科学院提出的报告中,也提到他在美国亚利桑那州发现的陨石中找到过许多微细的金刚石。    穆瓦桑也研究了弗里德尔所提到的陨石和陨铁,发现其中除含金刚石外,还含有石墨和无定形碳。他还研究巴西和南非的含有金刚石的岩石,也发现其中含有石墨和铁。这些研究,使穆瓦桑形成这样的想法:石墨和无定形碳可以作为人造金刚石的原料;金刚石是在含铁的环境下形成的,因此它能够从含碳的铁中结晶出来。    穆瓦桑设计了制备人造金刚石的方法:在电炉中加热石墨坩埚中的金属铁,使铁熔融,并被碳饱和。把石墨坩埚中的熔融铁倒入冷水中,含碳的铁在固化时就会象水变成冰时一样,发生膨胀。而且在这样迅速冷却的过程中,总是外层的金属首先固化。等内部的金属开始变成固体时,就会在金属内部产生很高的压力。在这种条件下,一部分碳结晶而生成黑色的金刚石。用不同的酸处理固化的金属块,其他物质都溶解了,最后只留下黑色的金刚石。    1893年2月6日,法国科学院召开讨论这个发现的会议,报纸上也登载这条消息,这样贵重的宝石居然能用比较简单的方法制备出来,这简直不可思议,穆瓦桑的名字开始家喻户晓了。[next]    然而,从1894到1905年,无论是穆瓦桑本人所做的重复性实验,还是1894~1901年克鲁克斯等人的验证实验,得到的金刚石产量都很低,他们提出的唯一能够证明这种黑色物质是金刚石的证据,是它在氧气中燃烧时产生二氧化碳。另外,人造金刚石比天然金刚石要小得多,穆瓦桑制的最大的金刚石的直径只有0.7mm。尽管穆瓦桑一直到他逝世前都在研究人造金刚石,但在穆瓦桑时代始终没有造出过有宝石特性的便宜的金刚石。因此严格地说,穆瓦桑没有完成人造金刚石的研制任务。从此以后,化学家、物理学家和工程师们更加系统地研究人造金刚石的条件。    不少化学家曾经在没有空气的条件下,加热金刚石到2000℃,它就会变成石墨。    C金刚石—→C石墨    如果从反应可逆性的角度来考虑,似乎也有石墨转变成金刚石(C石墨—→C金刚石)的可能性,问题是怎样促进这种转变。    从金刚石和石墨的晶体结构来看,金刚石中每个碳原子跟另外四个碳原子以共价键相连,碳原子之间的距离是154pm;石墨是层状结构,在每一层中,碳原子之间的距离是142pm,但层和层之间的距离比较远,是337pm。如果施加足够的压力,使石墨结构中层和层之间的距离缩短,使层和层之间的碳原子也以共价键的方式连接起来,石墨就变成金刚石了。    要实现上述转变,必须弄清楚转变的条件是什么?石墨的密度是2.22g/cm3,金刚石的密度是3.51g/cm3,可见从石墨转变成金刚石的反应是个体积减小的反应。根据勒沙特列原理,增加压力可以使反应向体积减小的方向进行。所以从化学平衡的角度考虑,要实现从石墨向金刚石的转变,人造金刚石的重要反应条件是高压。    1954年,美国通用电气公司的工程师本迪和霍尔等人认为只靠短时间的高温和高压,还不能使石墨转变成金刚石,必须长时间地维持高温高压才能促成这种转变,也许这是他们不同于穆瓦桑的主要特点。    另外,从陨石中的金刚石是镶嵌在硫化铁中这一事实出发,本迪等人认为人造金刚石反应应该用硫化铁作熔剂。    于是本迪、霍尔等人设计一种叫做贝尔特的耐高温高压的装置。在石墨管中,把金刚石晶种放在硫化铁熔剂中,内装石墨,并用石墨盖盖好,再用金属钽作为装置的外壳。在9625兆帕和1650℃下,经过长时间的反应,终于使石墨转变成金刚石。    1955年,美国通用电气公司宣布试制成功人造金刚石的消息,并用以下事实证明他们得到的是金刚石:(1)用X射线衍射实验分别测定天然金刚石和人造金刚石的结构,两者的衍射图完全一样。(2)人造金刚石和天然金刚石的硬度完全一样。(3)请其他科学家用该公司设计的贝尔特装置重复做100多次试验,每次的结果都跟本迪、霍尔等的一样,这三个一样真是铁证如山,无可争辩地说明本迪、霍尔等人合成的确实是金刚石。这种极难得到的人造材料终于被科学家造出来了。

  金刚石选矿流程的选择主要决定于原矿的性质,选厂的规模等因素。合理的选矿流程应满足以下基本要求:保护金刚石晶体,使其破损率最小;确定合适的选别粒度上限和下限;得到最高的回收率(接近100%);尽可能地综合回收有价伴生矿物。 1、粗选流程。金刚石原生矿的粗选一般采用多段破碎磨矿多段选别的工艺流程。破碎磨矿通常包括粗碎、中碎、细碎、粗磨(棒磨)、细磨(球磨)、选择性磨矿等作业;也可以采用自磨,采用自磨可减少破碎磨矿的总段数,简化工艺流程,节省基建投资、降低生产成本。 金刚石砂矿的精选流程比原生矿简单。在选别之前,一般不需要进行破碎和磨矿,只需要将原矿进行洗矿(碎散)、筛分、脱泥即可将大块砾石和细泥分出废弃,得到净砂,再将净砂进行粗选。 2、精选流程。金刚石矿石的精选流程,原生矿与砂矿基本相同。一般是粗粒级采用x-光电选、油膏选、选择性磨矿筛分,手选等方法处理;中粒采用表层浮选、磁选、电选、选择性磨矿筛分等方法处理;小于1mm的细粒级采用化学处理、泡沫浮选、磁流体静力分选、重液选等方法处理。

  由于要注意保护金刚石的晶体不受破坏(或使次生破碎率降至最低),在破碎、磨矿设备的选型上,常采用破碎强度较低或具有选择性破碎作用的设备。    粗、中碎常用圆锥、颚式破碎机,细碎和磨矿常用短头圆锥破碎机、湿式自磨机、棒磨机、格子型球磨机等,洗矿用圆筒洗矿机;分级用自定中心振动筛、单螺旋分级机、水力旋流器等;选矿(包括粗、精选)常用设备有淘洗盘、跳汰机、重介质选矿机、浮选机、带式或振动带式油选机、辊式表层浮选机、磁流体静力分选机、湿式X射线电拣选机、X射线手选机以及化学处理机等。

  金刚石的化学成分为C,与石墨同是碳的同质多象变体。在矿物化学组成中,总含有Si、Mg、Al、Ca、Mn、Ni等元素,并常含有Na、B、Cu、Fe、Co、Cr、Ti、N等杂质元素,以及碳水化合物。    金刚石矿物晶体构造属等轴晶系同极键四面体型构造。碳原子位于四面体的角顶及中心,具有高度的对称性。单位晶胞中碳原子间以同极键相连结,距离为1.54(10-10m)。常见晶形有八面体、菱形十二面体、立方体、四面体和六八面体等。    金刚石莫氏硬度为10,显微硬度为98 654.9MPa(100 060kg/mm2),绝对硬度大于石英的1 000倍,大于刚玉的150倍。矿物性脆,贝壳状或参差状断口,在不大的冲击力下会沿晶体解理面裂开,具有平行八面体的中等或完全解理,平行十二面体的不完全解理。矿物质纯,密度一般为3 470~3 560kg/m3。    金刚石的颜色取决于纯净程度、所含杂质元素的种类和含量,极纯净者无色,一般多呈不同程度的黄、褐、灰、绿、蓝、乳白和紫色等;纯净者透明,含杂质的半透明或不透明;在阴极射线、X射线和紫外线下,会发出不同的绿色、天蓝、紫色、黄绿色等色的荧光;在日光曝晒后至暗室内发淡青蓝色磷光;金刚光泽,少数油脂或金属光泽,高折射率,一般为2.40~2.48。    金刚石的热导率一般为136.16w/(m•k),其中Ⅱa型金刚石热导率极高,在液氮温度下为铜的25倍,并随温度的升高而急剧下降,如在室温时为铜的5倍;比热容随温度上升而增加,如在-106℃时为399.84J/(kg•k),107℃时为472.27J/(kg•k);热膨胀系数极小,随温度上升而增高,如在-38.8℃时为0,0℃时为5.6×10-7;在纯氧中燃点为720~800℃,在空气中为850~1 000℃,在绝氧下2 000~3 000℃转变为石墨。    金刚石化学性质稳定,具有耐酸性和耐碱性,高温下不与浓HF、HCl、HNO3作用,只在Na2CO3、NaNO3、KNO3的熔融体中,或与K2Cr2O7和H2SO4的混合物一起煮沸时,表面会稍有氧化;在O、CO、CO2、H、Cl、H2O、CH4的高温气体中腐蚀。    金刚石还具有非磁性、不良导电性、亲油疏水性和摩擦生电性等。唯Ⅱb型金刚石具良好的半导体性能。    根据金刚石的氮杂质含量和热、电、光学性质的差异,可将金刚石分为Ⅰ型和Ⅱ型两类,并进一步细分为Ⅰa、Ⅰb、Ⅱa、Ⅱb四个亚类。Ⅰ型金刚石,特别是Ⅰa亚型,为常见的普通金刚石,约占天然金刚石总量的98%。Ⅰ型金刚石均含有一定数量的氮,具有较好的导热性、不良导电性和较好的晶形。Ⅱ型金刚石极为罕见,含极少或几乎不含氮,具良好的导热性和曲面晶体的特点。Ⅱb亚型金刚石具半导电性。由于Ⅱ型金刚石的性能优异,因此多用于空间技术和尖端工业。两类金刚石特征比较见下表。[next]    金刚石矿石有岩浆岩和砂矿两类。已知含金刚石的岩浆岩有金伯利岩、钾镁煌斑岩和橄榄岩3种,其中金伯利岩型和钾镁煌斑岩型具有工业意义。[next]    (一) 金伯利岩    金伯利岩即角砾云母橄榄岩,是大陆板块内部一种较其他岩浆来源更深的独立高温岩浆作用的产物。金伯利岩是一种超浅成相、偏碱性超基性岩,具角砾状、块状构造、斑状构造或凝灰状构造,常含有某种标型矿物、钛矿物和深源捕虏体,不含长石。岩体产于前寒武纪古老地台或地盾区,分布于大断裂构造的次级断裂中,呈岩管、岩脉、岩墙或岩床状沿断裂成群产出。岩石主要由橄榄石、金云母等铁镁矿物组成,通常含数种特征矿物,如金刚石、含铬镁铝榴石、铬透辉石、合计岸线长度约8000公里;45449.com!铬尖晶石、镁钛铁矿、钙钛矿、锐钛矿、金红石、铌铁矿等,铌钽等稀土元素含量较一般超基性岩可高出数倍至数十倍。岩石所含捕虏体中有深源岩石和矿物,如橄榄石、辉石类和透辉石矿物及二辉橄榄岩和斜辉橄榄岩等。按橄榄石和金云母含量的不同,金伯利岩可分为橄榄石型金伯利岩(橄榄石含量>50%)和金云母型金伯利岩(金云母含量>50%)。    目前,世界已发现金伯利岩体上万个,其中含金刚石的占20%~30%,具工业价值的不足5%。在具工业意义的含金刚石金伯利岩体中,呈岩管(筒)状产出的占90%,如南非、博茨瓦纳、扎伊尔、澳大利亚和中国等。    (二) 钾镁煌斑岩    钾镁煌斑岩又称橄榄金云火山岩,是一种超钾、富镁超基性火山岩。岩体呈岩管、岩颈、岩墙状成群产出于地台边缘的断裂活动带中,具角砾状和块状构造。角砾中含有深源捕虏体。岩石具斑状或晶屑结构,主要矿物为橄榄石、金云母,以及斜方辉石、透辉石、铬尖晶石、白榴石、富钾镁闪石、红柱石、钾钙板锆石和磷灰石等。化学成分中K2O为3%~12%,MgO5%~29%,SiO240%左右。    据橄榄石和白榴石含量的多少,钾镁煌斑岩又可分为橄榄石钾镁煌斑岩(橄榄石含量大于20%~50%)和白榴石钾镁煌斑岩(白榴石含量不小于20%~50%)。    据报道,虽然世界很多地区已发现有钾镁煌斑岩产出,但含金刚石矿的不多,具工业价值的多为橄榄石钾镁煌斑岩。目前,只有西澳大利亚阿盖尔地区金刚石矿床规模巨大,印度马加旺岩筒具工业意义,其他在美国、赞比亚、象牙海岸、中国贵州等地分布的钾镁煌斑岩中的金刚石尚无工业价值。    (三) 橄 榄 岩    在中国西藏、新疆等地发现几处橄榄岩型超基性岩体,亦含有金刚石及与金刚石共生的指示矿物,如镁铝榴石、钙钛矿等。目前,已发现的含量甚少,地质研究程度浅,其找矿意义与经济价值有待进一步探索。[next]    古砂矿在世界上分布广泛,主要分布于加纳、巴西、印度、南非等国,第四纪滨海砂矿广泛分布于非洲西南部的大西洋西岸,中国发现的具有经济价值的砂矿,主要为分布于湖南沅水流域、山东沂沭河流域和辽宁复州河流域的第四纪河流冲积砂矿,矿石品位低,金刚石粒小,常共生有金、锆石、钛铁矿等,可综合利用。

  生产能力:该厂于1958年投产,是我国第一座金刚石选矿厂。最大生产能力1万克拉/a。    原矿性质:该矿属细谷砂矿床。原矿中首要重矿藏为金刚石、黄金、锆英石、钛铁矿、金红石、赤铁矿、水铝石、石榴石。首要轻矿藏为石英、长石、云母、蛋白石等。原矿中金刚石含量为1~6mg/m3。金刚石均匀分量为10.9~15.4mg,首要会集在-4~1mm等级中。晶体质量较好。晶形以八面体和菱形十二面体为主。    选矿流程:该厂流程由洗矿、粗选、精选组成。原矿经两次洗矿后进入粗选。粗选选用跳汰选矿法。跳汰包含粗选跳汰、精选跳汰和扫选跳汰作业。粗选跳汰原选用分级当选,分级比为2,当选物料分为-16+8mm、-8+4mm、-4+2mm、-2+1mm、-1+0.5mm,5个等级别离当选,后改为不分级分选。选用不分级当选能够下降水耗,节约筛分设备。精选跳汰为了确保收回率,仍选用分级当选。精选由油选、表层浮选、手选、X光电选、手选等作业组成。该厂除收回主产品金刚石外,还收回副产品黄金。黄金选用混法收回。分选目标:金刚石收回率为98%左右。

  山东蒙阴金刚石矿是我国第一个金刚石原生矿。它既有岩脉、又有岩管。现在共建成三座选矿厂,即一选厂(1970年投产)、二选厂(1976年投产)、自磨实验厂(1976年投产)。以下介绍二选厂。    生产能力:10万克拉/a。    原矿性质:该厂处理的矿石为岩管矿石。分为斑状镁铝榴石金云母金伯利岩和细粒金云母金伯利岩两种类型。矿石中首要矿藏有金刚石、橄榄石(已蚀变为蛇纹石)、金云母、镁铝榴石、铬镁铝榴石、铬尖晶石、钙钛矿、磷灰石等。矿石中金刚石粒度较小,首要集中于细粒级,-2mm粒级约占57%,且晶体原生破损较严峻。首要晶体为菱形十二面体和八面体。原矿均匀档次为139mg/m3。斑状镁铝榴石金云母金伯利岩的档次比细粒金云母金伯利岩高。    选矿流程:该厂选用的是多段破碎磨矿多段选别流程。该厂为4段破碎磨矿。粗选为淘洗盘分选与泡沫浮选相结合,其间淘洗盘处理20—0.5mm物料,泡沫浮选处理-0.5mm物料。泡沫浮选的药剂准则如下:捕收剂—火油与柴油,份额1:1,总用量800g/t;起泡制——松醇油,用量50g/t。精选选用油选、表层浮选(粒浮)、化学处理、磁选、磁流体静力分选、手选等多种办法。该厂流程特点是粗选中选用了泡沫浮选,精选中选用了磁流体静力分选、分选粒度下限降至0.2mm。    分选目标:金刚石回收率80%左右。

   坐落南非联邦的西侧,西临大西洋,沿海金刚石砂矿非常发育,这儿的金刚石首要 是通过横穿南非区域的奥伦治河从南非联邦、莱索托等国的金刚石矿床(经风化、剥蚀)中搬 运来的。因为流水、波浪的重复冲刷,残次金刚石被筛选,因而,的金刚石以纯洁 无色金刚石为其特征,也可见到极宝贵的淡蓝色金刚石。     俄罗斯 俄罗斯是国际上闻名的金刚石资源大国,首要散布在西伯利亚的雅库特、白海东岸的阿尔汉 格尔斯克和乌拉尔区域。自1954年在雅库特区域发现金刚石原生矿以来,迄今在该区域共找 到800多个金伯利岩管,其间约有160多个岩管含金刚石,有13个具经济价值,最首要的金刚 石矿山是:“平和”、“成功”、“艾哈尔”、“国际”和“泉比利”等金伯利岩管,阿尔 汉格尔斯区域的金刚石原生矿,是近几年才发现的,现在没有挖掘。乌拉尔区域只要金刚石 砂矿,迄今未发现原生矿;金刚石产值有限,但质量较好,常见无色通明的宝石级金刚石。      俄罗斯金刚石产值居国际前列,首要挖掘西伯利亚雅库特区域的金刚石矿床,近几年的年产 量为1000万—1200万克拉。金刚石质量较佳,宝石级占25%,半宝石级占32%,工业级占43% 。雅库特区域的宝石级金刚石以净度高、无色和近无色系列为主,也发现一些淡黄金金刚石 ,不产五颜六色金刚石。     博茨瓦纳 博茨瓦纳自1967年发现金刚石原生矿庆以来,迄今共发现200多个金伯利岩管,其间3个具有 重要经济价值,即“奥拉帕”、“杰旺年”和“莱特哈尼”大型金刚石原生矿床。现在保有 金刚石储量约3亿克拉。     “杰旺年”金伯利岩管探明金刚石含量约2亿克拉,金刚石质量较佳,宝石级金刚石占40%, 被称为国际上最大的宝石级金刚石矿山。近几年金刚石产值为1000万—1100万克拉,该矿山 以产绿色 及金刚石和高净度、白色宝石级金刚石为其特征。     “奥拉帕”金刚石岩管探明储量超越1亿克拉,近几年产值为500万克拉。金刚石质量中等 ,宝石级金刚石占15%,以微黄—淡黄色宝石级金刚石为主,也可见极稀疏的高净度、白色 宝石级金刚石。“莱特哈尼”岩管金刚石质量与“奥拉帕”岩管中的金刚石适当。     澳大利亚 澳大利亚自1979年在西澳发现了“阿盖尔”(Argyle)超大型橄榄金云火山岩型金刚石原生矿 床以来,1986年金刚石产值到达2500万克拉,一跃而成为国际头号出产金刚石的国家。近几 年,澳大利亚年产金刚石为3500—4500万克拉,其产 量95%来自“阿盖尔”矿山,金刚石均匀档次为6.8克拉/吨,预算金刚石储量约6亿克拉。该 岩管自1984年挖掘以来,已采出金刚石3.5亿克拉,合70吨,现在保有储量约2.5亿克拉。“ 阿盖尔”岩管中的金刚石较差,宝石级金刚石占6%,半宝石级金刚石占38%,工业级金刚石占56%。    值得指出的是,澳大利亚“阿盖尔”岩管中含有必定数量的色泽艳丽的玫瑰色和粉红色的宝 石级金刚石,属稀世珍宝,均匀每克拉金刚石价格超越3000美元。其间一颗重3.5克拉的玫 瑰色高净度优质宝石级金刚石供应价到达350万美元。此外,还发现数量很少的蓝色宝石级 金刚石。[next]     刚果 刚果曾是国际上最大的金刚石出产国,1986年退居澳大利亚之后列国际第二位,近几年金刚 石产值不断下降,其间,“米巴”公司产值为680.39万克拉。其金刚石首要散布在布什玛依 和切卡帕区域,以金刚石砂矿为主,在布什玛依区域也有金伯利岩型金刚石原生矿。闻名的 岩管有“姆布基玛伊1号”和“基布阿A”岩管,均散布在布什玛伊区域。布什玛依区域的金 刚 石质量较差,灰色、褐色和浅黄色金刚石居多,无色通明金刚石很少。宝石级金刚石占7%, 共余为半宝石级和工业级金刚石。切卡帕区域的金刚石质量很好,以无色通明金刚石为主, 均匀每克拉供应价为150—160美元。     安哥拉 安哥拉是国际上重要的金刚石资源国。已知有94个金伯利岩管,其间有3个很有经济价值, 闻名的有“卡木蒂”大型金刚石原生矿床。近几年,安哥拉金刚石的年产值为150万—270万 克拉,所出产的金刚石以质量佳闻名于世,仅次于居国际第二位。金刚石以无色、 高净度优质宝石级金刚石为主,均匀每克拉供应价为257美元。     西非诸国 西非区域,包含塞拉里昂、加纳、几内亚、象牙海岸、利比利亚和马里等国,是国际上首要 挖掘金刚石储量不到2亿克拉,约占国际金刚石总储量的10%。     塞拉里昂是国际上重要的金刚石出产国,历史上最高金刚石年产值到达205万克拉。金刚石 砂矿首要散布在塞拉里昂东部的塞瓦河及其支流巴菲河、莫阿河和马诺河流域,估量保有金 刚石储量2000万克拉。118图库彩图,塞里昂金刚石质量佳,宝石级金刚石占60%以上,以高净度白色优质 级金刚石为主,宝石级大金刚石非常常见,最大者命名为“塞拉利昂之星”,重968.90克拉 ,无色通明,属国际闻名的优质宝石级金刚石。此外,还有分量为770.00克拉的宝石级金刚 石,晶体表面虽有少数黑色斑驳,但内部明晰通明,属无色系列,为国际闻名宝石级大金刚 石,被命名为“沃义河”金刚石。     加纳金刚石是1919年挖掘砂金矿时发现的,首要散布在加纳东南部的比里姆河上游流域,加 纳金刚石颗粒较小,但质量佳,以无色通明金刚石为主,宝石级金刚石占50%以上,均匀每 克拉金刚石供应价为165美元。    坦桑尼亚    在坦桑尼亚共发现100多个金伯利岩管,其间有5个岩管在不同时期挖掘过,只要一个岩管具有重要经济价值,即国际闻名的“姆瓦杜伊”岩管。    “姆瓦杜伊”岩管以盛产宝石级大金刚石闻名于世。例如,1956年发现的分量为240.83克拉的高净度白色金刚石,被命名为“姆瓦杜伊”金刚石。此外,还发现分量为256.07克拉的无色系列宝石级金刚石,重国155.00克拉的极为美丽的玫瑰色宝石级金刚石和分量为114.00克拉的极为宝贵的浅蓝色宝石级金刚石和分量为114.00克拉的极为宝贵的浅蓝白色宝石级金刚石。其间,分量为155.00克拉的玫瑰色宝石级金刚石,被命名为“威廉姆森”金刚石。[next]    巴西    巴西的金刚石砂矿首要散布在米纳斯吉拉斯州最西部的“三角形矿区”,即圣弗兰西斯科河上游地带。砂矿中的金刚石档次不高,但质量较好,以微黄白色金刚石为主,也有少数高净度白色金刚石。该区盛产宝石级大金刚石,被誉为“大金刚石之乡”。闻名的宝石级大金刚石有:带微黄白色的分量为726.60克拉的“瓦加斯总统”、带微棕白色的分量为407.70克拉的“杜特拉总统”、微黄色的分量为400.65克拉的“科罗曼德尔”以及“巨大的巴西”、“南边之星”、“埃及之星”等。    印度    印度是国际上最早发现金刚石的国家,大约在2800年前就已挖掘金刚石砂矿。长期以来,印度一直是国际金刚石的首要产地,后来因为巴西,特别是非洲发现金刚石矿床,印度金刚石的位置才大大下降。印度金刚石质量甚高,85%以上属宝石级,以无色通明高净度为特征。现在保有储量1000万克拉。    印度金刚石矿床首要散布在潘纳区域和安得拉邦区域。该区共发现8个橄榄金云火山岩管,潘纳区域金刚石砂矿档次较富,金刚石质量佳,颗粒大,宝石级金刚石占87%,安得拉邦区域以盛产宝贵宝石级大金刚石闻名于世,如无色高净度分量为793.50克拉的“巨大的马果”金刚石、无色高净度分量为787.50克拉的“蒙古大帝”金刚石、“摄政王”金刚石、“荷兰女皇”金刚石和“光亮之山”金刚石等。    我国    据文献记载,我国最早发现金刚石是清朝道光年间,曾先后在桃源、常德一带发现金刚石。大约在同一时期,山东郯城区域也连续发现金刚石。1953年以来,通过勘查作业,湖南、山东和辽宁等省发现金刚石矿床,现在金刚石年产值为15万—20万克拉。    辽宁瓦房店区域是我国金刚石的首要产区,既由原生矿,也由砂矿。该区金刚石质量极佳,大多无色通明,成色系列首要是D、E、F无色系列级和G、H、I、J近无色系列级;净度高;形状以八面体和菱形十二面体为主,也有少数立方体。瓦房店区域的金刚石,宝石级占60%以上,现在辽宁已发现的最大宝石级金刚石重65克拉。    山东沂蒙山区是我国金刚石的重要产区,也是我国最早发现金伯利岩型金刚石原生矿床的区域,此外,在郯城区域还散布有金刚石砂矿。沂蒙山区原生矿中首要是工业级金刚石,宝石级金刚石仅占15%。现在在原生矿中已发现的最大宝石级金刚石分量为119克拉,呈淡黄色,命名为“蒙山一号”金刚石。郯城区域砂矿中的金刚石,质量也较差,以产大金刚石闻名于世,如“栋家埠一号、2号和3号”金刚石等。1942年发现一颗分量为437.50克拉的淡黄色宝石级大金刚石,命名为“金”金鸡钻石”。    湖南常德、桃源区域是我国闻名的金刚石砂矿区,金刚石质量好,色彩以浅黄色和无色通明为主;净度高,八成为VVS和VS类;宝石级金刚石占60%以上。现在湖南沅水流域已发现的最大宝石级金刚石重52克拉。

  超微金刚石(UFD)是均匀粒径为纳米量级的微粉,关于把纳米材料视为二十一世纪材料的材料界来说,超微金刚石兼具了两层重要性,是金刚石宗族中极具发展前途的簇新成员。    爆轰即供给了碳源,也供给了相变所有必要的高温高压条件,使得UNF生成工艺较简略,为了收回爆轰固态产品-爆轰灰,可运用密闭金属容器,称为爆破罐,将带的挂在爆破罐的中心处,灌中充以惰性气体(如CO2,N2等),爆破后搜集爆轰灰(可用水冲刷),用酸和强氧化剂(如HClO4)除掉石墨等非金刚石型固态碳及金属杂物,最终用去离子水或蒸馏水除掉酸和水溶性杂质即可得到UFD。    就UFD的生成办法来说,冲击波法(用飞板高速冲石墨,转化的金刚石中有少数的UFD)和爆破法(将石墨粉和混合,制备成,在爆破罐中爆破,收回爆轰灰提纯得到金刚石)这两种办法UFD产值小,并且需要将UFD从颗粒中分离出来的工艺。    到目前为止,爆轰法是工业规划出产纳米颗粒金刚UFD的仅有办法。

  人造金刚石磨料是在高温超高压条件下合成出来的,高压腔内压力、温度条件不完全一致,生长的金刚石不尽相同,因而其性能亦不相同。已有研究表明,金刚石磨粒的强度和破碎性能主要取决于其晶形及其规则程度、内部缺陷及杂质含量和分布形式等。 分级分选的目的就是要将在高温超高压条件下合成出来的粒度、形状差异都很大的人造金刚石磨料的混合物料,借助筛分和不同的分选方法,使其精密按粒度大小,晶体形状与规则程度和完整性以及内部缺陷及杂质含量甚至表面性状的差异严格分类,达到使其指定产品的各项指标更趋一致,性能稳定性好的目标;保证产品质量性能的长期稳定,尽量满足不同用户的各种需求。我国通过压机直接批量生产微米级金刚石的历史并不长,以往的细颗粒金刚石(微米级)是通过压机合成后获得,其选形无法通过机械进行,传统上主要采用沉降法选形,该方法时间长、占地面积大,而且生产出的金刚石颗粒精度很难达到行业标准的要求,应用范围有限。除此之外,目前市面上的金刚石选形机在潮湿环境下选形效果不理想。 我们先来看看粒度范围与盘面粗糙度对应关系。 早在今年一月份,广西柳州华地探矿机械厂自主研发的细粒度金刚石选形机就实现400-800目(38—18μm)微米级金刚石晶体精确选形,成功解决了细粒度金刚石分选难题,填补了国内外该类设备空白,达到国际先进水平。 近日,该厂又传来消息,成功研制出国内首台全加热式温控数显金刚石选形机。新款机型能减少空气中水分子对金刚石选形效果的影响,实现温度数显屏和控制装置一体化、可视化操作,有效提高金刚石选形质量和工作效率。 此外,该厂研发人员通过多次试验,最终选取了一种利用硅胶加热膜的加热装置,设计成分块加热模式。经测试,随着加热装置温度增加到33℃以上或相对湿度降低到40%RH以下时,可以有效减少空气中水分子的毛细作用力引起的粘附力等外部因素对选形效果的影响,实现金刚石选形质量的提高,测试数据均达到研制小组设定的技术要求。

  提起钻石,人们就会联想到光彩夺目、闪烁耀眼的情景,它随着拥有者的活动而光芒四射。但因它的昂贵价格,大多数人只能望而却步。尽管如此,人们对钻石还是很向往的。 你知道钻石是什么吗?它的化学成分是碳(C),天然的钻石是由金刚石经过琢磨后才能称之谓“钻石”。天然的钻石是非常稀少的,世界上重量大于1000克拉(1克=5克拉)的钻石只有2粒,400克拉以上的钻石只有多粒,我国迄今为止发现的最大的金刚石重158.786克拉,这就是“常林钻石”。物以稀为贵,正因为可做“钻石“用的天然金刚石很罕见,人们就想“人造“金刚石来代替它,这就自然地想到了金刚石的“孪生“兄弟--石墨了。 金刚石和石墨的化学成分都是碳(C),科学家们称之为“同质多像变体”,也有人称“同素异形体”。从这种称呼可以知道它们具有相同的“质”,但“形”或“性”却不同,且有天壤之别,金刚石是目前最硬的物质,而石墨却是最软的物质之一。矿物学家用摩氏硬度来表示相对硬度,金刚石为10,而石墨的摩氏硬度只有1。它们的硬度差别那么大,关键在于它们的内部结构有很大的差异。 石墨内部的碳原子呈层状排列,一个碳原子周围只有3个碳原子与其相连,碳与碳组成了六边形的环状,无限多的六边形组成了一层。层与层之间联系力非常弱,而层内三个碳原子联系很牢,因此受力后层间就很容易滑动,这就是石墨很软的原因。 金刚石内部的碳原子呈“骨架”状三维空间排列,一个碳原子周围有4个碳原子相连,因此在三维空间形成了一个骨架状,这种结构在各个方向联系力均匀,联结力很强,因此使金刚石具有高硬度的特性。 石墨和金刚石的硬度差别如此之大,但人们还是希望能用人工合成方法来获取金刚石,因为自然界中石墨(碳)藏量是很丰富的。但是要使石墨中的碳变成金刚石那样排列的碳,不是那么容易的。十八世纪后期,人们就开始寻找合成的途径,直至本世纪中叶。1938年学者罗西尼通过热力学计算,奠定了合成金刚石的理论基础,算出要使石墨变成金刚石,至少要在15000个大气压、摄氏1500度的高温条件下才可以,到50-60年代建成了能达到上述条件的仪器装置。石墨在5-6万大气压((5-6)×103MPa)及摄氏1000至2000度高温下,再用金属铁、钴、镍等做催化剂,可使石墨转变成金刚石。 目前世界上已有十几个国家(包括我国)均合成出了金刚石。但这种金刚石因为颗粒很细,主要用途是做磨料,用于切削和地质、石油的钻井用的钻头。当前,世界金刚石的消费中,80的人造金刚石主要是用于工业,它的产量也远远超过天然金刚石的产量。 最初合成的金刚石颗粒呈黑色,0.5mm大小,重约0.1克拉(用于宝石的金刚石一般最小不能小于0.1克拉)。现在我国研制的大颗粒金刚石达3mm以上,美国、日本等已制成6.1克拉多的金刚石。我们说金刚石已从石墨中“飞”出,宝石级的人造金刚石也会在不久的将来供应于市场。

  在硬质合金上化学气相沉积(CVD)的金刚石薄膜涂层工具已经显示出极好的工业应用前景。但是,这类工具材料应用的最大技术障碍是所沉积的金刚石薄膜与硬质合金基体间的结合强度太低。主要原因在于:①热膨胀系数间有差异(WC的热膨胀系数为4×10-6~6.2×10-6/℃,金刚石的热膨胀系数为1.2×10-6~4.5×10-6/℃)。②C在基体Co中的溶解性很大。③C在基体Co中的扩散系数较高。后两个因素在CVD金刚石条件下会促进石墨的生长,干扰金刚石的形核和长大,导致了有限的金刚石形核和石墨沉积。如果有足够的金刚石形核则会生成连续的金刚石膜,但因为基体和金刚石膜间存在非粘附的石墨相,界面受到破坏,金刚石膜总是从基体上立即剥落。基体表面中的Co和沉积气源中C之间的反应是金刚石膜粘附于硬质合金刀具上的最大技术障碍。增强粘附的关键是移走基体表面的Co或抑制其活性或运动性。解决这个问题的共同方法是降低整个刀具中含有的Co量,或在刀具表面上施加一中间层。但Co结合相给刀具提供强度,刀具Co含量整体降低将影响其切削性能发挥的好坏。而在基体和金刚石膜间施加合适的中间层可以显著改善其间的结合性能。     本文综述了目前在提高金刚石薄膜与硬质合金基体间结合强度方面所进行的各种研究,包括制备细晶基体,对基体进行前处理,优化CVD金刚石膜的工艺条件,以及在基体和金刚石膜间施加过渡层等,并对硬质合金上沉积金刚石膜的研究前景进行了探讨,以期为金刚石薄膜刀具的应用奠定一定的基础。     1 基体材料及其前处理    1.基体材料     KUNIO SHIBUKI指出,WC-Co中WC颗粒尺寸对于金刚石形核有一定的影响。金刚石易于在WC颗粒边界处沉积,WC颗粒越细、尺寸越小,金刚石的形核密度越大,金刚石膜的粘附越好。32如当WC颗粒尺寸约为1µm时,金刚石膜的形核密度为9×106cm-2,而当WC颗粒尺寸约为0.5µm时,金刚石膜的形核密度为5×107cm-2。    图1 去碳硬质合金基体上沉积的金刚石膜[next]     1.表面去Co处理     在硬质合金基体上化学气相沉积金刚石膜时,由于Co不利于金刚石膜的沉积而必须表面去Co。KUNIO SHIBUKI指出,Co从WC-Co基体表面移走而在表面产生的孔洞大小对金刚石膜的粘附强度有一定影响。二四六天天好彩论坛夏普游戏手机专利曝。当孔洞尺寸和金刚石颗粒尺寸几乎相同时,金刚石膜的粘附强度最好,在切削Al-10%Si合金时,金刚石膜硬质合金刀片的后刀面磨损极小。     用硝酸溶液(HNO3:H2O=1:1)浸蚀基体10min后,可以使基体表面含Co量下降0.2%[9]。M.A.Taher对WC-6%Co和WC-22%Co基体先用1500目金刚砂纸研磨,然后在硝酸溶液(HNO3:H2O=1:3)中化学刻蚀10min以去除基体表面的Co,然后再对基体进行超声波处理(金刚石颗粒尺寸小于0.1µm处理3min)[10]。其能量散射谱(EDS)测试结果表明表面含Co量小于1%。对于表面含Co量小于1%的基体,Co对金刚石的形核及生长已经没有影响,此时金刚石的形核密度约为108cm-2。文中还指出要使金刚石膜获得较高的粘附强度,基体表面的粗糙度应处在一定的范围中(Ra=0.06~0.25µm)。     IO.SAITO指出,用2.5%CO-H2等离子体选择性刻蚀掉WC-Co表面的Co,在Co浓度为10%时制备的金刚石膜有最好的性质,其粘附强度为1.7kgfmm-2,维氏硬度为8500kgfmm-2。M.MURAKAWA等人用Ar离子溅射刻蚀WC-Co表面的Co,使含Co量降至0.8%,这是因为Ar离子对Co和WC的溅射速率相差很多,其溅射速率之比约是5:1。     李成明等人对硬质合金基体采用准分子激光辐照预处理的方法,利用Co和WC熔点上的巨大差异(WC熔点为2800℃,Co熔点为1495℃),利用高能激光束产生的选择性蒸发作用去除YG6硬质合金表面层的Co,同时利用激光表面改性作用使硬质合金表面粗糙化,从而对金刚石膜产生钉扎效应,而达到进一步增强金刚石膜与基体间的结合强度。     1.表面去C处理     对于热压烧结的WC基体,先用2%O2-H2等离子体去碳,随后再用金刚石颗粒对表面进行粗化,最后用MWPCVD法沉积金刚石膜,如图1所示。2%O2-H2等离子体刻蚀WC基体表面,使WC去C为W,W在金刚石沉积时又完全碳化,生成极细的WC颗粒(尺寸约为10~100nm)。其中WC的去碳和W的碳化过程对于金刚石膜粘附强度的提高起着重要作用,这是由于金刚石膜与极细的WC颗粒间的接触面积增加的缘故。从图1中可以看出,基体的细WC颗粒侵入到金刚石膜中。由于侵入WC颗粒的楔形效应,从而提高了金刚石膜的粘附。    2 CVD金刚石膜的工艺条件    1.气源种类和气体浓度 [next]    M.A.Taher等人研究了CH4浓度变化时(1%,3%,5%,7%,9%)金刚石膜的沉积。结果表明,沉积的金刚石膜晶粒尺寸和CH4浓度间有一定的关系,当CH4浓度为0.5%~1%时,金刚石晶粒尺寸为5~11µm;当CH4浓度为1%~4%时,金刚石晶粒尺寸为11~60µm。CH4浓度为3%时沉积的金刚石膜硬质合金刀片的机械性能最佳。     IO.SAITO等人研究了CO浓度对金刚石膜沉积的影响指出,在CO浓度为10%时制备的金刚石膜有最好的性质,其粘附强度为1.7kgfmm-2,维氏硬度为8500kgfmm-2。而在CO浓度为5%时制备的金刚石膜粘附强度为0.5kgfmm-2,维氏硬度为10000kgfmm-2;CO浓度为50%时制备的金刚石膜的粘附强度为2.5kgfmm-2,维氏硬度为4000kgfmm-2。     M.MURAKAWA等人指出,用HFCVD法,以乙醇为碳源,对硬质合金基体无需进行特殊的前处理,就可在富Co的WC合金上获得质量良好的金刚石膜层。而且,以此金刚石膜刀具用于剪切厚2.5mm的铝板时,在冲孔5×104后,在刀尖尖头上未发现金刚石膜上有磨粒粘附和被剪切材料碎片粘附的现象。     1. 沉积温度     KUNIO SHIBUKI等人指出,金刚石膜的粘附强度随沉积温度的增大而增大,结果见表1。在切削Al-10%Si合金时,金刚石膜硬质合金刀片的后刀面磨损极小。    3 施加过渡层[next]    在WC-Co和金刚石膜间沉积一中间层,把中间层作为C或Co的扩散障碍层,从而解决所沉积的金刚石薄膜与硬质合金基体间的结合强度太低的问题。由于中间层和金刚石膜间热膨胀系数的不同可能补偿其界面应力和膜应力。先前的研究是把Si的化合物作为金刚石沉积于WC-Co上的中间层。J.M.Albella等人对硬质合金基体上开发的一金刚石多层膜结构为WC-8%Co/B/TiB2/B/金刚石,其中B/TiB2/B总厚度小于1µm时(薄B层,0.6µmTiB2,薄B层),金刚石膜的粘附最好。中间层中每部分的目的不同:① 最初的B层与硬质合金刀具表面的Co反应,生成了Co2B和CoB。因此,沉积的第一层B是降低硬质合金刀具表面Co的活性和运动性的有效措施。② 然后,在第一层B上或硼化物层上沉积一层TiB2。对于TiB2,CoB在热力学上是稳定的,基材表面上无B会加强Co2B和CoB2与TiB2间的结合。TiB2的作用在于作为一扩散障碍层以分离C和Co。③ 最后的B层增强了金刚石对于TiB2的粘附。B和TiB2及B和金刚石间比TiB2和金刚石间的化学反应多。此外,B因为以无定形的形式沉积,可以作为一应力吸收剂。文中还指出,单层B或单层TiB2在增加金刚石形核密度上是有效的,但是不改善金刚石膜的粘附。     J.M.Albella等人对提高金刚石膜与硬质合金基体间的结合强度开发的又一多层膜结构,其工艺过程有三步:① CVD一层非连续的金刚石核;② 电沉积一层Ni,作用为固定住先沉积于基体上的金刚石核,并使Ni充满金刚石的整个间隙;③ CVD金刚石膜;其结构如图2所示。    4 展望[next]    改善硬质合金上金刚石膜的粘附强度的研究主要集中在以下几个方面:① 选择合适的基体材料。② 基体表面的前处理,集中在使表面产生宏观缺陷、在表面喷镀类金刚石型结构的晶籽及基体的去碳去钴处理。③ 优化成膜工艺条件。④ 在基体和金刚石膜间施加过渡层。这几个方面在一定程度上对于提高金刚石膜的粘附强度都是有效的,但迄今为止,还未发现根本性的解决办法。人们对前三方面的研究已经作了不少工作,但有关过渡层改善基体和金刚石膜间结合性能的研究才刚刚起步。考虑到刀具基材上化学气相沉积(CVD)金刚石薄膜的粘附强度较低,而金属Mo与金刚石薄膜间的结合性能很好,作者提出采用多层膜结构,即硬质合金基体/Ni-Mo电沉积层/Ni-Mo-金刚石颗粒(粒径在几个微米左右)复合电沉积层/化学气相沉积金刚石膜。引入Ni-Mo沉积层和Ni-Mo-金刚石复合电沉积层作为金刚石薄膜与硬质合金基体间的中间层来改善其间的结合性能。因为含Mo的沉积层,可以使金刚石在基体表面的成核密度大大提高,而金刚石颗粒的加入,可使金刚石在基体表面获得数个同质外延生长微区,从而提高其间的结合强度。目前,此项研究正在进行中。

  内容简介:类金刚石薄膜作为新式的薄膜材料,具有优异的红外光学、力学、电学、声学、热学等功能,具有宽广的运用规模。跟着航空航天、红外技能;激光、光纤通信等高科技的开展,对红外光学材料提出了更高的要求。而现在运用的锗、硅、硫化锌、等光学材料,现已不能满意要求,现在国际上非常重视类金刚石薄膜技能。类金刚石薄膜作为新一代的光学材料,它具有一系列优异功能:红外区通明、硬度高、耐磨擦、化学功能安稳、耐热冲击、热膨胀系数小等,能满意日益开展的军用及民用光学仪器的需求。用类金刚石薄膜作窗口维护膜及红外光学系统的红外增透膜及维护膜,有着非常广泛的运用远景。    选用脉冲真空电弧离子镀技能来镀制类金刚石薄膜,具有膜层功能安稳、3.4μm处无吸收峰、办法简略等长处。这一新技能我院具有自主的知识产权。现在咱们已在硅、锗基片上成功地镀制了类金刚石红外增透膜、维护膜,还为国内有关厂商镀制了刀具涂层,经测定在3~5μm和8~12弘m区域均匀透过率超越95%,膜层附着力好,耐磨、耐高低温、耐化学腐蚀。咱们现可镀制类金刚膜,氮化钛、碳化钛、钼、钨、钽等膜,这些膜在红外光学、刀具、磁头维护、芯片维护、表面改性、光滑、装修等范畴有着广泛的运用。

  微波等离子体化学气相沉积(MWPCVD)是一种新的薄膜制备方法,本文在自行研制的水冷反应室式MWPCVD装置中用这种方法进行制备金刚石膜的工艺研究。     首先详细解释了水冷反应室式MWPCVD装置的工作原理、结构和特点,并着重阐述了为该装置配套的新型微波功率源的原理设计,采用高压开关电源与普通不可控高压整流电源串联的独特方式为磁控管提供阴极负高压,并对阳极电流进行反馈控制,从而建立起高精度、大功率、快响应、抗干扰的压控微波功率源,满足沉积金刚石膜的需要。     在平稳微波下进行了沉积金刚石膜的研究,得到下述结果:1)用金刚石粉进行基片预处理时,随着处理方式¾¾研磨、超声、研磨加超声¾¾的不同,金刚石的形核密度也是不同的,研磨加超声的处理方式能够获得最大的形核密度,其次为研磨处理方式,而超声处理方式获得的形核密度最小;选用较细的金刚石粉将有利于提高金刚石的形核密度,减小沉积膜中金刚石颗粒的尺寸。2)当微波功率为1200W时,在4.0~10.66kPa的气压范围内,升高反应气压有利于提高金刚石膜的沉积质量;当微波功率为1500W时,在5.33~8.0kPa的低气压范围内,升高气压亦有利于提高金刚石膜的沉积质量,但在8.0~12.0kPa的高气压范围内,升高气压反而使金刚石膜的沉积质量发生劣化。3)较低的CH4浓度有利于沉积非金刚石相碳含量较低的金刚石膜;1%的适中CH4浓度有利于沉积结晶形态最佳的金刚石膜。4)基片H2微波等离子体处理有利于降低沉积样品中非金刚石相碳的含量,但不利于提高金刚石的形核密度。    在脉动微波下进行了沉积金刚石膜的研究,得到下述结果:1)采用合适的脉动微波,能使金刚石膜的沉积质量显著提高,并能使金刚石膜中的微晶石墨得到几乎完全的抑制。2)过长或过短的平底时间或脉动周期均不利于金刚石膜中非金刚石相碳含量的降低,只有适中的平底时间或脉动周期才有最佳的降低非金刚石相碳含量的效果。3)脉动微波会使金刚石的形核密度有所下降。4)脉动微波下,即使选用较高的CH4浓度,也能得到沉积质量比在平稳微波下采用较低的CH4浓度所制备的金刚石膜的沉积质量要明显提高的金刚石膜。     在平稳微波下研究了O2对金刚石膜的MWPCVD的影响。发现:1)在较低的O2浓度范围内,增加O2浓度有利于提高金刚石膜的沉积质量;但在较高的O2浓度范围内,增加O2浓度反而会降低金刚石膜的沉积质量。2)在较低的O2浓度范围内,增加O2浓度有利于提高金刚石的形核密度;但在较高的O2浓度范围内,增加O2浓度反而会降低金刚石的形核密度。3)随着反应气压的上升,沉积金刚石的O2浓度限是下降的。     以平稳微波在CH4/H2反应气体中对金刚石膜的低温(低功率低压)MWPCVD进行了研究,发现:1)即使基片温度低至355℃,仍能实现金刚石膜及质量较好金刚石膜的沉积;2)当微波功率为900W时,在3.47~2.4 kPa的气压范围内,降低反应气压有利于提高金刚石膜的沉积质量;3)在484~355℃的较低基片温度下沉积出的金刚石膜中均存在压应力。     对MWPCVD金刚石膜进行了透光性研究,得出如下结论:1)用MWPCVD法可制备出红外透明金刚石薄膜和金刚石自持膜;2)脉动微波有利于沉积透射率较大的金刚石膜薄膜和透射率较大、透光性较好的金刚石自持膜;3)在脉动微波下可制备出可见光区半透明金刚石自持膜。

  众所周知,在大理石矿山挖掘过程中使用金刚石串珠绳锯切开大理石现已是非常老练的技能。但是,通过意大利玛瑞尼(MARINI)公司的工程技能人员多年的不懈努。