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第一篇 超硬材料与制品制造工艺3

第一章 人造金刚石单晶生产新工艺3

第一节 优质高产单晶工艺3

1．1 优质高产区的存在3

1．2 对材料的选择4

1．3 材料的几何尺寸4

1．4 叶蜡石的焙烧工艺5

1．5 叶蜡石规范化使用6

1．6 合理的组装6

2．2 观察合成片平直7

2．1 原来的基本状况7

第二节 调整同步对中7

2．3 精细的调整是必不可少的手段8

第三节 全面正确运用相图9

第四节 优质高产的主导思路13

4．1 增大着床面积的几种类型13

4．2 粒状凸出、密而不连、均匀分布、呈小球状是优质高产的有利措施14

4．3 提高粗粒度比，可明显提高产量、质量15

4．4 两面匀长是优质高产的途径15

4．5 调整温度最佳点——在一触媒片上使金刚石均匀15

第五节 限定合成压力上限可保证产量、提高质量16

6．1 包裹体类型17

第六节 金刚石中包裹体产生的原因及清除方法17

6．2 包裹体的危害18

6．3 包裹体形成原因分析18

6．4 金刚石包裹体的消除方法20

第七节 金刚石生长中的“黑籽”与“白头翁”产生与消除21

7．1 “黑籽”产生的原因及消除21

7．2 “白头翁”产生的原因及消除22

第八节 扩大腔体的新试验及展望23

第九节 细颗粒金刚石生长工艺24

9．1 实验方法24

9．2 实验结果26

第十节 人造金刚石大单晶的生长原理与工艺29

10．1 生长金刚石大单晶的方法29

10．2 生长金刚石大单晶的技术条件30

10．3 金刚石薄膜法(自发结晶法)生长金刚石大单晶34

10．4 金刚石薄膜法生长金刚石大单晶的特点和意义37

10．5 晶种法生长金刚石大单晶的原理——自发结晶法中自动过饱和度的建立37

10．6 晶种法生长金刚石大单晶的工艺39

第二章 人造金刚石烧结体(复合体)的制造工艺44

第一节 烧结体(复合体)制造方法44

1．1 金刚石烧结体的分类44

1．2 金刚石烧结体的制造方法45

1．3 金刚石烧结体的制造工艺47

1．4 复合体制造工艺要点50

第二节 关于PCD工艺水平及性能特点的探讨51

2．1 影响PCD耐磨性的主要工艺因素52

2．2 影响PCD制造工艺稳定性的因素59

2．3 关于PCD耐热性和韧性的几个问题60

2．4 国内PCD的性能特点和与国外产品对比情况60

2．5 分析和讨论64

第三节 新型晶须增强复合烧结体67

3．1 烧结体设计原理68

3．2 含金刚石烧结体制造工艺69

3．3 烧结体中金刚石热损伤的防护72

3．4 烧结体的增韧措施72

第三章 热压法金刚石制品制造工艺78

第一节 热压制造金刚石钻头79

1．1 石墨模具的设计80

1．2 钢体设计87

1．3 胎体材料的准备87

1．4 胎体中金刚石参数的设计95

1．5 金刚石钻头的水路系统107

1．6 装料计算119

1．7 金刚石钻头的成形与烧结123

1．8 金刚石钻头的加工125

第二节 热压法制造薄壁金刚石钻头126

2．1 薄壁金刚石钻头的用途126

2．2 薄壁工程钻头的规格系列127

2．3 热压制造薄壁金刚石钻头130

第三节 热压法制造金刚石锯切工具137

3．1 金刚石锯切工具的分类137

3．2 热压法制造金刚石锯切工具139

第一节 冷压浸渍法制造金刚石钻头143

1．1 成形143

第四章 冷压法金刚石制品制造工艺143

1．2 烧结144

第二节 冷压烧结(焊接)锯片152

2．1 原材料152

2．2 配方设计162

2．3 结合剂配制165

2．4 压制成形166

2．5 烧结174

第五章 无压浸渍法金刚石制品制造工艺181

第一节 无压浸渍法制造金刚石钻头181

1．1 石墨模具181

1．4 烧结183

1．2 钢体183

1．3 组装183

1．5 机加工184

第二节 无压浸渍法制造扩孔器工艺184

2．1 对骨架粉末的要求184

2．2 粘结金属186

2．3 工艺流程186

2．4 模具结构187

2．5 扩孔器制造过程187

第一节 超硬材料电镀制品的特性及应用192

1．1 制造特性192

第六章 超硬材料电镀制品制造工艺192

1．2 固结特性193

1．3 使用特性194

1．4 超硬材料电镀制品的应用196

第二节 电镀工艺的设计原则198

2．1 超硬材料电镀制品与被加工材料的关系199

2．2 电镀成型对电镀液的要求201

2．3 添加剂及其对镀层性能的影响201

第三节 镀前处理208

3．1 除油208

3．2 除锈217

4．1 镀液的配制及工艺要求228

第四节 镍钴合金电镀228

4．2 镀液中各种成分作用及其影响230

4．3 工艺条件的影响232

4．4 杂质的影响和除去233

4．5 常见故障及纠正方法235

第五节 超硬材料电镀制品典型工艺介绍236

5．1 金刚石什锦锉电镀工艺236

5．2 金刚石磨头电镀工艺239

5．3 金刚石掏料刀电镀工艺241

5．4 金刚石扩孔器电镀工艺244

6．1 所需试剂247

第六节 镍钻合金镀液的化学分析247

6．2 标准试液248

6．3 样液制备248

6．4 分析方法248

第七章 其它超硬材料制品的制造工艺252

第一节 油汽钻进用金刚石钻头制造252

1．1 油气钻进用金刚石钻头制造准备252

1．2 油汽钻进用金刚石钻头制造方法257

第二节 镶齿锯片的制造272

2．1 基体的制造272

2．2 模具结构273

2．3 结合剂的组成及配制275

2．4 压齿成形276

2．5 压齿锯片的烧结277

2．6 压齿锯片整形277

2．7 锯片的灌锡处理278

2．8 压齿锯片使用注意事项278

第三节 滚压和挤压锯片制造279

3．1 滚压锯片279

3．2 挤压锯片280

第四节 树脂结合剂金刚石薄片制造281

4．2 粘结剂283

4．1 金刚石283

4．3 填料284

4．4 模具284

4．5 压制成形285

第五节 金刚石焊接锯片制造286

5．1 金刚石焊接圆锯片的制造286

5．2 金刚石焊接排锯片的制造307

5．3 电镀法外圆切割锯片的制造314

5．4 电镀内圆切割锯片的制造320

5．5 金刚石带锯制造324

5．6 金刚石绳锯的制造及使用327

第二篇 超硬材料制品应用337

第八章 超硬材料钻头与扩孔器337

第一节 金刚石钻头338

1．1 金刚石钻头分类338

1．2 钻头系列品种339

1．3 金刚石钻头使用领域343

第二节 金刚石扩孔器364

2．1 常规金刚石扩孔器365

2．2 专用金刚石扩孔器367

3．1 选择金刚石钻头的原则369

第三节 金刚石钻头的选择和使用369

3．2 合理使用金刚石钻头370

第四节 金刚石钻进技术参数的选择374

4．1 钻压375

4．2 转速380

4．3 泵量382

第五节 钻头磨损形态的分析与磨损的预防386

5．1 金刚石钻头的正常磨损386

5．2 金刚石钻头的非正常磨损386

5．3 正确的操作方法389

1．1 框锯机的工作分析391

第九章 石材切割锯片的合理选择与正确使用391

第一节 金刚石排锯的有关问题391

1．2 金刚石排锯的安装调试399

第二节 大规格石材用金刚石圆锯片406

2．1 前苏联生产锯机性能406

2．2 金刚石圆锯片工作分析407

2．3 桥式切割机切割石材工艺408

第三节 金刚石锯片工作时的水冷却和润滑415

3．1 切割用冷却水415

3．2 切割用冷却润滑剂415

3．3 冷却润滑剂类型419

第十章 立方氮化硼刀具与难加工材料420

第一节 刀具材料发展简史420

第二节 难加工材料421

2．1 按相对加工性Kr分级法422

2．2 材料切削加工性的综合分析方法423

第三节 对立方氮化硼刀具磨损机理的探讨430

3．1 立方氮化硼刀具磨损机制430

3．2 立方氮化硼刀具合理加工范围434

3．3 立方氮化硼刀具的合理使用434

4．1 淬硬钢类材料的切削加工436

第四节 生产实用例436

4．2 耐磨铸铁(高碳、高铬)类材料的切削加工438

4．3 热喷涂(焊)材料的切削加工439

第十一章 人造金刚石砂轮的制造与应用441

第一节 金刚石砂轮性能和产品设计441

1．1 金刚石砂轮的结合剂442

1．2 金刚石磨料443

1．3 浓度445

1．4 粒度446

1．5 金刚石砂轮磨削性能指标448

2．1 主要设备——压机449

第二节 设备和工装449

2．2 工艺装备451

第三节 金刚石砂轮配方及其调整454

3．1 树脂结合剂454

3．2 金属结合剂456

第四节 使用金刚石砂轮应注意的若干问题456

第十二章 金刚石修正滚轮的制造与应用459

第一节 金刚石滚轮的分类460

第二节 制造滚轮用的原材料463

2．1 电镀金刚石滚轮用的主要原材料464

2．2 粉末金刚石滚轮用的主要原材料464

3．1 Uz法(内镀法)制造高精度金刚石滚轮工艺465

第三节 几种典型制造金刚石滚轮工艺465

3．2 Ts法(粉末浸渍烧结法)制造金刚石滚轮工艺467

第四节 各类金刚石滚轮的特点和应用471

4．1 Uz法471

4．2 Ts法471

4．3 Us法472

4．4 SG法472

4．5 TN法472

第五节 金刚石滚轮使用参数的建议472

第六节 金刚石滚轮设计与使用注意事项475

1．1 钻头结构形式477

第十三章 电铸大口径系列金刚石钻头的制造与应用477

第一节 钻头的结构及技术参数设计477

1．2 钻头钢体设计478

1．3 钻头水口设计480

1．4 钻头唇面形状及出刃高度的设计481

第二节 制造工艺481

2．1 电铸工艺特点与工艺流程481

2．2 钢体人槽前处理482

2．3 电镀液的加热装置487

2．4 电镀液配方及工艺特性487

2．5 某些有机添加剂的性质489

第三节 电镀液的分析490

第四节 钻头冠体的性能测试与分析491

4．1 电解液扩散性能与电流效率之间的关系491

4．2 阴极极化对钻头胎体电沉积的影响492

4．3 电铸胎体硬度492

4．4 人造金刚石在电铸胎体中的包嵌493

4．5 电沉积胎体的应力493

4．6 电沉积层与基体结合界面情况494

4．7 人造金刚石在电沉积胎体中的出露494

5．1 岩层情况及钻孔用途495

第五节 电铸钻头的应用效果495

5．2 设备与工艺参数496

5．3 使用效果及评述497

第十四章 油井人造金刚石钻头与应用499

第一节 油井钻头用人造金刚石性能与要求499

1．1 人造金刚石单晶499

1．2 人造金刚石烧结体500

1．3 人造金刚石—硬质合金复合片(复合片)503

1．4 人造金刚石—硬质合金复合体504

第二节 油井人造金刚石钻头的结构及分类506

2．1 孕镶人造金刚石单晶油井钻头507

2．2 热稳定人造烧结体金刚石钻头508

2．3 聚晶金刚石—硬质合金复合片钻头510

2．4 人造金刚石单晶—硬质合金复合体钻头514

第三节 油井人造金刚石钻头的合理选用515

3．1 针对地层岩性选择钻头类型516

3．2 钻头的合理使用519

第十五章 天然金刚石工具与应用525

第一节 天然金刚石的分类和技术标准526

1．1 拉丝模用金刚石526

1．2 刀具用金刚石527

1．4 地质钻头和石油钻头用金刚石528

1．3 硬度计压头用金刚石528

1．5 砂轮用金刚石529

1．6 玻璃刀用金刚石529

1．7 金刚石笔和修整器用金刚石530

1．8 磨料用金刚石530

第二节 天然金刚石的用途530

2．1 金刚石玻璃刀530

2．2 金刚石压头532

2．3 金刚石修整工具536

2．4 金刚石刀具540

2．5 天然金刚石拉丝模542

第三节 其它天然金刚石工具545

第十六章 金刚石在科学钻探中的应用547

第一节 概述547

第二节 科学钻探用金刚石钻头550

第三节 德国科学钻探用金刚石钻头553

第四节 若干有关资料555

4．1 金刚石钻头寿命与D2/d2之关系555

4．2 金刚石钻进平均钻速与D2/d2之关系556

4．3 科学钻探的深度556

4．4 科学钻探的钻井直径557

4．5 矿山用金刚石钻头若干记录558

4．6 油气井用金刚石钻头若干记录559

第十七章 金刚石在航天航空中的应用562

第一节 在航天航空及相关技术领域中的应用562

1．1 超精密和微细机械加工562

1．2 用于航天器的某个元件充当功能材料563

1．3 用作生长金刚石薄膜材料的基体材料564

第二节 金刚石薄膜在航空航天及相关技术领域中的应用564

2．1 人造金刚石薄膜用作航天电子器件的半导体材料564

2．2 金刚石用于元器件和金属镜面的保护层568

2．3 金刚石薄膜作为窗口材料571

第十八章 CVD金刚石的制造方法579

第一节 气相法合成金刚石简史579

第三篇 新型超硬材料应用与未来579

第二节 生长金刚石CVD法的分类581

2．1 热分解CVD法、化学输送法(Chermical Transport Reaction，即CTR)581

2．2 非平衡CVD法582

第三节 主要方法简介582

3．1 化学输送反应法582

3．2 热丝CVD法583

3．3 EACVD法584

3．4 直流等离子体喷射CVD法586

3．5 微波等离子体CVD法587

第四节 四种主要方法的经济分析588

3．6 燃烧火焰法588

第五节 金刚石沉积相图591

第十九章 金刚石的应用596

第一节 概述596

1．1 金刚石广泛的应用领域和潜在的应用领域分类596

1．2 金刚石各种应用相关的一些基本性质597

1．3 新材料CVD金刚石600

第二节 CVD金刚石在热管理中的应用602

2．1 金刚石的热性质602

2．2 CVD金刚石热沉及基片606

3．1 金刚石的光学性质616

第三节 金刚石的光学应用616

3．2 金刚石的光学应用621

3．3 金刚石晶体中的色心630

3．4 激光器反射镜用材料633

3．5 掩膜材料634

第四节 传感器634

4．1 压力传感器635

4．2 热敏电阻637

第五节 金刚石在声表面波器件中的应用639

5．1 ZnO/金刚石结构声表面波滤波器639

5．2 SiO2/ZnO/金刚石结构的滤波器的热稳定性640

6．2 金刚石耐磨部件实例642

第六节 金刚石的耐磨性及其应用642

6．1 金刚石耐磨性642

6．3 TAB工具643

第七节 金刚石麻花钻646

第二十章 金刚石的未来648

第一节 有源金刚石器件648

第二节 金刚石复合材料652

第三节 金刚石冷阴极654

第四节 纳米级人造金刚石655

参考文献657