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第一章 金刚石的物理性质及其应用1

1.1 慨述1

1.2 金刚石晶体的分类2

1.3 金刚石晶体结构与热力学参数2

1.3.1 金刚石晶体结构2

1.3.2 金刚石的结晶形态3

1.3.3 金刚石的比表面自由能4

1.4 金刚石的力学性质4

1.4.1 金刚石晶体的硬度4

1.4.2 金刚石的弹性、柔顺性和压缩性6

1.4.3 金刚石的强度8

1.4.4 金刚石的脆性9

1.5 金刚石的热学性质10

1.5.1 金刚石的热导率10

1.5.2 金刚石的导温系数与比热容11

1.5.3 金刚石的热膨胀系数与热稳定性12

1.5.4 金刚石的抗热冲击性13

1.6 金刚石的光学性质14

1.6.1 金刚石的折射率、色散和双折射14

1.6.2 金刚石的光吸收15

1.6.3 金刚石的光导电性17

1.6.4 金刚石晶体中的色心17

1.7 金刚石强度的实际测定18

1.7.1 压痕法18

1.7.2 单粒压碎法18

1.7.3 球磨法20

1.7.4 冲击韧性测定仪22

1.7.5 前苏联的金刚石磨粉动态强度的测定方法23

1.7.6 Stupkina法25

1.7.7 落锤法26

第二章 碳与金刚石的合成28

2.1 碳原子的结构和杂化轨道28

2.1.1 碳原子的电子层结构28

2.1.2 碳原子杂化轨道的量子力学解释29

2.2 石墨——碳的一种同素异形体31

2.2.1 石墨晶体31

2.2.2 石墨夹层化合物36

2.2.3 石墨的C—C键长与压力和温度的关系38

2.3 Fuller碳——碳的一种新的同素异形体40

2.4 碳的相图41

2.4.1 理论预言41

2.4.2 实验曲线42

2.4.3 碳的相图与金刚石的合成44

2.5 碳与金刚石合成的关系45

第三章 合成金刚石的工艺理论47

3.1 石墨-金刚石热力学平衡线47

3.2 金刚石晶体成核的控制与生长48

3.2.1 不同品级金刚石在相图中的区域48

3.2.2 立方体形金刚石生长区49

3.2.3 立方-八面体形金刚石生长区50

3.2.4 金刚石生长与压力和温度的关系51

3.3 晶体中杂质含量的控制与优化晶体生长53

3.4 人造金刚石的表面微形貌与生长参数的关系55

3.5 不同加热电源的特点和对金刚石生长的影响57

3.5.1 工频交流加热57

3.5.2 直流加热57

3.5.3 低频加热57

3.6 石墨原料的选择58

3.7 触媒金属的选择59

3.7.1 触媒金属在合成金刚石中的作用59

3.7.2 选择触媒金属的原则59

3.7.3 触媒金属类型59

3.7.4 溶剂-触媒特性59

3.8 金属-碳体系的相图61

3.8.1 Fe-C体系相图61

3.8.2 金属熔点对石墨的润湿性与对金刚石的合成效果62

3.9 Ni70Mn25Co5、Mn-Ni-C系合金的特性及对金刚石晶体生长的影响63

3.9.1 Ni70Mn25Co5合金的特性及其合成片的相分析63

3.9.2 Mn-Ni-C系合金与金刚石晶体生长的关系65

3.9.3 触媒材料的熔炼和加工69

第四章 人造金刚石的合成工艺70

4.1 细颗粒金刚石的合成工艺70

4.1.1 原材料的特性70

4.1.2 石墨和触媒粒度与所获金刚石单产和质量的关系71

4.1.3 石墨和触媒配比与细颗粒金刚石单产和质量的关系71

4.1.4 热力学条件对细颗粒金刚石晶体生长的影响72

4.2 磨料级金刚石的合成工艺72

4.3 锯片级金刚石的合成工艺73

4.3.1 高压反应腔的结构73

4.3.2 合成原材料选择74

4.3.3 锯片级金刚石质量及稳定性控制75

4.3.4 合成工艺曲线的设定75

4.3.5 合成过程现象分析75

4.3.6 合成后的组装状态分析76

4.3.7 合成工艺条件分析77

4.3.8 人造金刚石晶体的显微观察77

4.3.9 合成金刚石过程中爆炸现象分析77

4.4 大颗粒人造金刚石单晶的合成工艺78

4.4.1 大颗粒金刚石单晶的生长方法78

4.4.2 晶种植入与保护79

4.4.3 晶体生长热力学原理——生长速率与碳源输送80

4.5 溶剂、杂质和合成条件与晶体形貌的关系81

4.5.1 溶剂和合成条件对人造金刚石晶体形态的影响81

4.5.2 金刚石晶体分类与杂质的关系82

第五章 人造金刚石的质量管理84

5.1 人造金刚石的标准84

5.1.1 国际标准84

5.1.2 国家标准84

5.1.3 行业标准85

5.1.4 企业（公司）的标准85

5.2 国内外人造金刚石品种（牌号）简介86

5.3 人造金刚石的粒度及其组成90

5.3.1 人造金刚石粒度90

5.3.2 人造金刚石粒度组成90

5.4 金刚石的取样方法96

5.5 粒度组成的检验方法97

5.5.1 mesh级金刚石粒度组成检验方法97

5.5.2 micro级金刚石粒度组成检验方法99

5.6 人造金刚石产品中杂质含量及其检测方法100

5.6.1 mesh级产品中杂质含量及其检测方法100

5.6.2 micro级产品中杂质含量及其检测方法102

5.7 金刚石粉末中水分含量的测定方法103

5.8 人造金刚石堆积密度检验方法103

5.9 人造金刚石形状、形态和表面粗糙度的检验方法105

5.9.1 人造金刚石形状的检验方法105

5.9.2 人造金刚石形态的检验方法106

5.9.3 人造金刚石表面粗糙度的检测方法107

5.10 人造金刚石强度的检测方法107

5.10.1 静态法107

5.10.2 动态法111

5.11 人造金刚石比表面积的检验方法111

5.11.1 金刚石比表面积检验方法的原理111

5.11.2 测量仪器与测量步骤111

5.12 金刚石微粉研磨能力的测定方法112

5.13 金刚石微粉加工的表面粗糙度的检验方法114

第六章 超高压模具116

6.1 超高压发生原理与设备分类116

6.1.1 超高压设备结构类型116

6.1.2 高压腔的形状与体积的关系117

6.2 顶锤应力特征分析117

6.2.1 侧向支承117

6.2.2 底部支承118

6.2.3 大质量支承118

6.2.4 大质量支承顶锤的侧面支承119

6.3 顶锤的条件增强和高压密封的特征与功能119

6.4 高压密封垫的特性与功能122

6.5 硬质合金顶锤、压缸破坏特征125

6.5.1 超高压设备中硬质合金部件破坏的原因125

6.5.2 等静压工艺制作顶锤、压缸的特点126

6.6 Belt模具的几种改良型127

6.6.1 GE型模具127

6.6.2 石冢博型模具128

6.6.3 欧洲型模具128

6.6.4 中国型模具128

6.7 顶锤、压缸的锥角选择及其有限元应力分析129

6.7.1 顶锤、压缸的锥角选择129

6.7.2 压缸、顶锤和模具的有限元应力分析130

6.8 多层厚壁圆筒与多层环的优化设计133

6.8.1 多层厚壁圆筒的应力分析133

6.8.2 多层环优化设计134

第七章 Belt模具设计实例138

7.1 Ф20年轮模具设计138

7.1.1 Ф20年轮模具设计的已知条件和设计要求138

7.1.2 各层环的最佳K值与尺寸的确定138

7.1.3 环界面间径向应力139

7.1.4 环界面间过盈量计算139

7.2 Ф40欧洲型模具的设计140

7.2.1 模具的各层环应力计算140

7.2.2 装配次序和保护环安全度校核143

7.3 Ф32钢丝缠绕模具的设计146

7.3.1 等张力钢丝缠绕原理147

7.3.2 钢丝缠绕模具的结构及计算148

7.3.3 缠绕工艺与实测结果151

7.4 模具大型化152

第八章 单压源金刚石合成专用压机158

8.1 金刚石合成专用压机的类型158

8.1.1 金刚石合成专用压机的主要组成系统158

8.1.2 金刚石合成专用压机的技术性能要求158

8.1.3 压机类型158

8.2 两面顶压机机架介绍159

8.2.1 预应力钢丝缠绕式机架159

8.2.2 预应力拉紧杆式机架159

8.2.3 板块式机架160

8.2.4 叠板式机架161

8.2.5 机架计算161

8.3 主油缸的密封结构162

8.3.1 间隙密封自动补偿装置的结构163

8.3.2 间隙密封自动补偿结构的工作原理164

8.3.3 间隙密封自动补偿结构的特点165

8.4 金刚石压机的液压系统165

8.4.1 金刚石压机液压系统的特点165

8.4.2 金刚石压机液压系统分析165

8.4.3 金刚石压机的系统压力控制166

8.5 金刚石压机的副机结构167

8.5.1 一台主机配置二台副机167

8.5.2 二台主机共用一台副机168

8.5.3 副机配置在主机的立柱上168

8.5.4 一台主机配置一台副机168

第九章 金刚石合成的控制系统171

9.1 金刚石合成工艺对控制系统的要求171

9.1.1 压力与加热系统的程序控制171

9.1.2 控制精度171

9.1.3 保护与报警171

9.2 控制系统的主要单元172

9.2.1 PI（比例-积分）调节器172

9.2.2 数字PID调节器173

9.2.3 程序器174

9.2.4 压力传感器及放大显示器175

9.2.5 低频加热电源及检测单元176

9.2.6 可控硅调速装置176

9.2.7 等效电阻检验及报警单元177

9.2.8 可编程控制器（PLC或PC）177

9.2.9 光栅数显装置178

9.2.10 高压油泵与泄流阀178

9.3 压力程序控制系统178

9.3.1 压力程序控制系统工作原理178

9.3.2 本系统的优缺点179

9.3.3 压力系统的报警179

9.4 加热程序控制系统180

9.5 手动控制与微调系统180

9.6 控制精度的讨论及调试要点181

9.6.1 压力的控制精度181

9.6.2 功率的控制精度181

9.6.3 关于PID参数181

9.6.4 压力系统和加热系统的调试182

9.6.5 集中监控的可能性182

第十章 压力密封与压力传递介质183

10.1 压力密封与压力传递介质的选择原则183

10.1.1 传压介质183

10.1.2 密封介质183

10.2 密封材料和传压材料的种类与性质184

10.2.1 叶蜡石的性质184

10.2.2 滑石的性质186

10.2.3 白云石的性质187

10.3 传压介质的制备工艺188

10.3.1 六面顶压机所用粉压块的生产188

10.3.2 两面顶压机所用传压介质的生产190

10.3.3 两面顶压机用密封介质的生产190

10.4 产品的检验与贮存190

10.4.1 叶蜡石粉压块的检验与贮存190

10.4.2 柱体的检验与贮存191

10.4.3 密封碗的检验与贮存191

第十一章 静态高压高温测量193

11.1 概况193

11.2 一级与二级压力测量193

11.2.1 一级压力测量193

11.2.2 二级压力测量193

11.2.3 等热状态方程194

11.2.4 电阻压力计194

11.2.5 依据光学材料特性的压力计195

11.2.6 利用材料介电常数变化的压力计195

11.2.7 相变定点测量法195

11.2.8 水银和其他单一物质的熔融线196

11.2.9 八元素相变压力定点196

11.3 低于10GPa相变定点测量工艺200

11.3.1 测压丝的制备200

11.3.2 元件制备及组装201

11.3.3 测量仪器安装201

11.3.4 四元素电阻突变图形202

11.4 高压下的温度测量203

11.4.1 中等流体静力对热电偶emf的影响203

11.4.2 高压力、温度区间存在的问题205

11.5 高压下热电偶emf的相对差值测量法206

11.6 高压下热电偶emf的近似绝对差值测量法207

11.6.1 金刚石生长边界理论和实测温度比较法207

11.6.2 单组成物质相变压力效应和实测比较法208

11.6.3 改进后的Bridgman法209

11.6.4 直流热噪音测量法211

11.6.5 间接互校测量法212

11.6.6 热电偶emf压力效应绝对修正的结论212

11.7 原位实时测量压力和温度212

11.8 活塞计测量金刚石合成压力213