低温陶瓷与金刚石复合材料的界面结合机理研究

论文摘要

金刚石基陶瓷复合材料有着特殊的优点,在工业领域应用越来越广。但是,目前人们对高温下陶瓷结合相与金刚石界面结合情况研究较少,对界面结合机理认识不够,制约了金刚石基陶瓷复合材料性能的进一步提高。本课题在原有研究的基础上,较系统地分析研究了金刚石基陶瓷复合材料的界面结合强度、界面润湿以及界面成分和化学键等性能,以了解低温陶瓷与金刚石复合材料界面结合机理,为进一步提高金刚石基陶瓷复合材料性能提供理论指导。研究结果表明, Na2O-B2O3-SiO2低温陶瓷体系,具有较低的耐火度或烧结温度,能够满足金刚石陶瓷复合材料的烧结特性要求,并与金刚石形成良好的界面结合与匹配。在陶瓷结合相中添加ZnO可以在一定程度上提高陶瓷结合相对金刚石的润湿性,添加Fe2O3对于改善陶瓷结合相/石墨体系的润湿性无明显效果,但二者均有利于提高试样界面结合强度,尤其添加ZnO时更加明显。随温度升高、保温时间的延长,低温陶瓷结合相熔体的表面张力变小,陶瓷结合相对金刚石的润湿角变小,体系润湿性能提高。在烧结过程中,金刚石/陶瓷结合相界面处通过形成新的化学键而保证了结合相对金刚石颗粒良好的把持力。高温下,陶瓷结合相与金刚石在润湿过程中,界面并没有形成新的化学产物,没有对金刚石表面或材料界面结构等造成破坏。改善陶瓷结合相的组成可以在一定程度上改善界面的抗腐蚀性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 金刚石及其复合材料
• 1.1.1 金刚石的分类及特性
• 1.1.2 金刚石复合材料的分类及特性
• 1.1.3 金刚石复合材料的应用
• 1.2 金刚石基陶瓷复合材料的制备原则
• 1.3 金刚石复合材料的界面结合研究
• 1.3.1 界面理论
• 1.3.2 界面润湿性研究
• 1.3.3 界面结合状态研究
• 1.3.4 界面研究方法
• 1.3.5 界面研究意义
• 1.4 论文研究内容及意义
• 第二章 实验
• 2.1 实验方案设计
• 2.1.1 陶瓷结合相的选择确定
• 2.1.2 添加剂的选择确定
• 2.2 实验过程
• 2.2.1 陶瓷结合相的制备
• 2.2.2 试样的制备
• 2.2.3 试样性能测试
• 第三章 结果与讨论
• 3.1 陶瓷结合相的烧结特性研究
• 3.2 低温陶瓷与金刚石的结合强度研究
• 3.3 界面润湿性研究
• 3.3.1 烧结温度和时间对金刚石/陶瓷结合相界面润湿性影响
• 3.3.2 添加剂对金刚石/陶瓷结合相界面润湿性影响
• 3.4 界面显微结构研究
• 3.5 界面成分研究
• 3.5.1 界面元素分布研究
• 3.5.2 界面化学结合键研究
• 3.5.3 界面产物成分分析测试结果
• 3.6 界面抗腐蚀性研究
• 第四章 结论
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢