《新型炭材料》丛书 超硬炭材料
作者：王艳辉，臧建兵 编著
出版时间：2017年版
丛编项：《新型炭材料》丛书
内容简介
本书对超硬炭材料（包括金刚石与立方氮化硼）的发展、超硬炭材料的性能、静（动）态高压合成技术、低压合成技术、金刚石工具的制备与应用、纳米金刚石的合成与应用、新型金刚石的探索做了较为全面、系统的阐述，可以作为高等院校学生教材，或者作为科研人员参考用书。
目录
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
5.2.1CVD合成金刚石过程中的经验和规律112
5.2.2CVD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CVD120
5.3.2微波等离子体CVD法122
5.3.3等离子体喷射法CVD124
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
6.2.5CBN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
6.3.1BN的相图140
6.3.2CBN合成区域141
6.3.3CBN合成机理141
6.4合成立方氮化硼的原材料142
6.4.1HBN的制备142
6.4.2HBN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
6.7.1PVD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
7.6.4D-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
7.7.3PCBN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CBN209
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
9.4.3HR-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