碳是自然界中最常见、最重要的元素之一，也是人类接触并利用最早的元素之一。碳在自然界中存在多种结构的同素异形体：金刚石，石墨，石墨烯，碳纳米管，足球烯（C60）等。其中，石墨和金刚石最为人们所熟知，石墨是最软的天然矿石之一，而金刚石是自然界中存在的已知最坚硬的物质。金刚石具有高熔点、高硬度、高耐磨性、高热导率及高透光率等优异的物理性能，其化学性质稳定，具有耐强酸性和耐强碱的特性。金刚石具有许多重要的工业用途，在一些高强的应力环境下，金刚石是优良的加工材料的工具，如精细研磨材料、高硬切割工具、各类钻头、拉丝模具等。单晶金刚石具有典型的各向异性的特点，各晶面的物理和机械性能有着较大的差异，在一定的剪切力的作用下，单晶容易沿着<111>晶面解理。
传统的聚晶金刚石（Polycrystalline diamond，简称PCD）材料是在高温高压条件下将金刚石层与基体一起烧结而成的超硬材料，烧结压力为5～6 GPa，温度为1000 °C～1600 °C，烧结时，需借助触媒在高温高压下促进金刚石晶粒间D-D（diamond-diamond）键的形成，同时也有利于金刚石层与基体的结合。基体一般采用碳化钨、碳化钛等碳化物烧制而成，粘结剂可以是钴、镍、钼、锰、铝等金属以及硅、碳化硅、碳化钛或其它陶瓷材料中的一种或几种。PCD具有高硬度、低摩擦系数、高耐磨性、高导热性与抗冲击韧性，是制造切削刀具、拉丝模、钻井工具、地质钻头、测量量具、汽缸衬里、精密轴承、喷嘴及其它耐磨工具的有效材料。采用传统合成工艺得到的聚晶金刚石制品工具，在使用过程中，往往会出现金刚石层从基体上脱落从而导致工具失效的现象，引起这一现象的主要原因是：金刚石和粘结剂的膨胀系数差异很大，弹性模量也有较大差异，容易导致因界面压力而使金刚石层从基体脱落；另外，使用多晶金刚石复合片制成的耐磨工具，在使用时因摩擦会产生很高温度，当温度超过一定范围，金刚石层中残留的粘结剂在高温条件下会破坏金刚石中的D-D键合，从而使金刚石向石墨转变，导致工具的耐磨性和热稳定性下降，以上原因都会严重影响工具的使用寿命。

第1章　绪论　1　
　1.1　高压科学与技术简介　1　
　　1.1.1　高压在科学研究与探索中的意义　1　
　　1.1.2　高压科学实验技术　2　
　1.2　高温高压极端条件下的新材料设计与制备　4　
　1.3　静高压制备高纯、无粘接剂聚晶金刚石的研究现状　5　
　　1.3.1　石墨转换制备高纯纳米聚晶金刚石　6　
　　1.3.2　高压多碳源制备纳米聚晶金刚石　9　
　　1.3.3　纳米孪晶金刚石　10　
　　1.3.4　无粘接剂亚微米聚晶金刚石　13　
　1.4　高压加工硬化简介　14　
　　1.4.1　加工硬化　14　
　　1.4.2　高压加工硬化　15　
　1.5　本书的选题背景　15　
　1.6　本书的主要研究内容、技术路线与特色　16　
　　1.6.1　主要研究内容　16　
　　1.6.2　技术路线与特色　17　
　参考文献　19　
第2章　国产铰链式6×25 MN六面顶压机改造、升级与优化　26　
　2.1　改造背景　26　
　　2.1.1　压力控制问题　27　
　　2.1.2　加热问题　29　
　2.2　液压/电控改造与设计方案　30　
　　2.2.1　液压系统改造与设计　30　
　　2.2.2　加热系统改造与设计　31　
　2.3　液压/电控改造的验证实验与验收　32　
　　2.3.1　液压控制系统　32
　　2.3.2　加热控制系统　36　
　2.4　位移控制系统　39　
　2.5　锤温解决系统　40　
　2.6　UPS供电系统　41　
　2.7　本章小结　42　
　参考文献　44　
第3章　基于国产铰链式6×25 MN六面顶压机的二级6-8型大腔体静高压装置36/20组装的优化与改进　45　
　3.1　引言　45　
　3.2　二级大腔体静高压装置发展简介　45　
　　3.2.1　6-8型静高压装置的发展历程　45　
　　3.2.2　6-8型二级静高压装置增压的基本原理　49　
　3.3　基于国产铰链式六面顶压机的二级6-8型大腔体静高压装置简介　55　
　3.4　36/20组装传压介质与加热介质的优化　58　
　　3.4.1　传压介质的优化　59　
　　3.4.2　加热介质的优化　63　
　3.5　基于36/20组装的静高压装置二级碳化钨压砧的设计与优化　64　
　　3.5.1　二级WC压砧的设计　65　
　　3.5.2　二级WC压砧的优化　66　
　3.6　本章小结　67　
　参考文献　67
第4章　高压制备厘米级高纯无粘接剂微米晶聚晶金刚石　70　
　4.1　引言　70　
　4.2　实验部分　71　
　　4.2.1　初始原材料　71　
　　4.2.2　初始材料预处理方法　72　
　　4.2.3　高温高压烧结实验方法与工艺　75　
　4.3　实验结果与讨论　79　
　　4.3.1　物相分析　80　
　　4.3.2　微观结构分析　85　
　　4.3.3　致密度分析　91　
　　4.3.4　维氏硬度测试　93　
　　4.3.5　断裂韧性分析　96　
　　4.3.6　耐氧化温度测试　97　
　4.4　本章小结　98　
　参考文献　99　
第5章　高压下金刚石塑性形变机制的研究　102　
　5.1　引言　102　
　5.2　金刚石在高压高温下的塑性行为特点　103　
　　5.2.1　金刚石的约束性塑性形变　105　
　　5.2.2　高压加工硬化对金刚石塑性形变的影响　106　
　5.3　本章小结　111　
　参考文献　111　
第6章　无粘接剂微米晶聚晶金刚石烧结的相关机理研究　113　
　6.1　引言　113　
　6.2　高温高压无粘接剂微米晶聚晶金刚石的烧结机理研究　113　
　　6.2.1　烧结对金刚石塑性形变的影响　113　
　　6.2.2　烧结对金刚石相-石墨相相互转换的影响　115　
　6.3　本章小结　116　
　参考文献　116　
第7章　总结与展望　118　
　7.1　总结　118　
　7.2　展望　119