在有金属或合金参与下人造金刚石形成机理的探讨

根据实践知道,在有金属或合金存在的情况下,利用高温高压装置能成功地使石墨或其它碳素材料转变成金刚石．现国外关于金刚石形成机理的说法各有不同,归结起来有三种：（１）溶剂说,（２）催化说,（３）固相转化说．但无论那种理论都无法完满地解释金刚石形成中出现的各种现象,并且都没有揭露过程的本质． 对人造金刚石形成机理进行深入的探讨,弄清合成金刚石过程中非金刚石型碳转变成金刚石的历程,有利于解决优质单晶大颗粒金刚石生产实践中的问题,和为发展金刚石新品种提供理沦依据． 本文总结了数十种金属与合金对合成金刚石影响的规律,提出了金刚石形成机理──催溶说．这一理沦认为,非金刚石型碳转变成金刚石时,碳在具有未饱和ｄ电子层的Ⅳ,Ⅴ,Ⅵ,Ⅶ,Ⅷ过渡族熔融金属或合金的作用下溶解并活化为具有ＳＰ３态．被活化的碳原子或原子团,在金刚石热力学稳定区内,在不同构型的金属或合金胞体、高熔点金属碳化物等杂质上非自发成核（自发成核几率极小）,并不断沉积长大．相应的,由于能量的涨落,同样可以出现石墨化和石里生长．同时形成少量的金属碳化物．木文包括如下几部分：非金刚石型碳在熔融金属或合金催溶剂中的溶解与活化;金刚石的成核与生长;金刚石的石墨化与石墨生长;     

高温高压条件下石墨的再结晶与金刚石单晶的生长

 用电子显微镜观察到了在高温高压条件下再结晶石墨的形状随温度变化而改变的规律。实验表明：从石墨向金刚石的转变，与石墨在催化剂——溶剂合金中的再结晶状态有关，类球形再结晶石墨是转变成金刚石小单元的基础。金刚石晶体的不同形态及其多样化的表面结构表明金刚石单晶的生长具有比较复杂的过程。研究了具有一定规则形状由类球形再结晶石墨晶粒组成的聚合体，这种聚合体将在适当温度压力下转变成金刚石颗粒。本研究给出了生长粗颗粒、晶形完整的金刚石单晶的原则办法。     

拉丝成品模用生长型多晶金刚石

天然多晶金刚石极其稀少,而人造大颗粒单晶金刚石的制备又很困难.这样,研制人造多晶金刚石就成为人们研制大颗粒人造金刚石的重要途径.与制备人造大颗粒单晶金刚石比较,人造多晶金刚石的制作工艺简单,易于成型,成本低.目前,在超高压、高温下研制人造多晶金刚石有两种方法:一种是由石墨加金属触媒合成出金刚石微粉,再由金刚石微粉加金属粘结剂烧结成多晶金刚石块.这种方法称为烧结法;另一种是石墨在触媒金属的作用下,一次快速生长成多晶金刚石,这种方法称为生长法.从表面上看生长法不需要经过两次高温、高压过程.但由于需要完成由石墨到金刚…     

用过剩压法生长金刚石过程中石墨再结晶现象的研究

描述了在过剩压驱动下金刚石晶种外延生长过程中，大量伴生的石墨再结晶现象，再结晶石墨抑制了金刚石的自发成核，它们分布于合成腔触媒金属的低温区，结晶数量多，晶粒片状分层，尺寸大，但出现乱层晶体结构，同时产生一定数量的无定形碳，分析认为，这与长时间的低过剩压驱动，触媒金属内有足够的碳源供给，并具备在高温高压下石墨分充结晶但又达不到完全石墨化条件有关，还讨论了在低过剩压驱动下，促进金刚石晶体外延生长的碳本     

强击波作用下石墨转变金刚石的相变动力学

一、前 言 强击波作用下,相变动力学涉及到爆炸力学和相变动力学两个方面,因此问题比较复杂,国内外有过一些定性说明.但未看到有成功的定量计算[1-3].本文讨论了击波作用下金刚石成核和生长过程。定量地说明击波法形成金刚石是微晶聚晶体的热力学原因,说明在静压法中广泛使用的触媒金属,在击波法中将不起明显作用的原因。给出了选择掺加剂金属品种的依据;我们采用“谐振子”的力学模型,计算了结构直接转变条件下的活化能,给出了压力、温度、时间对金刚石形成量的表达式,与典型试验数据对比,结果相当满意,计算表明,六方石墨和菱形石墨在金刚…     

高温高压下纳米金刚石粉的特性研究

 研究了炸药爆轰合成的纳米金刚石粉在高温（约1 600 K）、高压（5.2 GPa）条件下的行为。将纳米金刚石粉与粉末合金（Ni₇₀Mn₂₅Co₅、100^#）混合、压制成圆片,与合金片 （Ni₇₀Mn₂₅Co₅）和人造石墨片一起交替放入高温高压合成腔体内,进行高温高压实验。实验结果表明：在高温高压条件下,纳米金刚石粉不能长大,反而石墨化了;在相同的高压和保温时间条件下,随着温度的降低,纳米金刚石粉的石墨化程度减弱,纳米金刚石粉的纳米颗粒长大,可长成0.1 mm尺寸的金刚石颗粒（温度为1 070 K左右）。而在此条件下,人造石墨不能合成金刚石,一般金刚石晶体要变成石墨相。这进一步表明,纳米金刚石颗粒表面的活性使得它可以在较低的温度下长成较大颗粒的金刚石。     

用过剩压法生长金刚石过程石墨再结晶现象的研究

 描述了在过剩压驱动下金刚石晶种外延生过程中，大量伴生的石墨再结晶现象。再结晶石墨抑制了金刚石的自发成核；它们分布于合成腔触媒金属的低温区，结晶数量多，晶粒片状分层，尺寸大，但出现乱层晶体结构；同时产生一定数量的无定形碳。分析认为，这与长时间的低过剩压驱动，触媒金属内有足够的碳源供给，并具备在高温高压下石墨充分结晶但又达不到完全石墨化条件有关。还讨论了在低过剩压驱动下，促进金刚石晶体外延生长的碳源可能是活化的碳原子，而不是具有乱层结构特征的再结晶石墨。     

再结晶石墨对金刚石成核的影响

 本文结合实验现象，分析了在合成初期，碳源在溶剂-触媒金属中的分散，溶解及形成再结晶石墨的过程。并根据再结晶石墨与金刚石成核量的实验结果，初步定性地研究了膜生长法中，再结晶石墨对金刚石成核的影响。     

关于非晶态合金的结构相变问题

近年来对非晶态合金的研究,无论从基础研究的角度,还是从应用的角度发展都很迅速.非晶态合金的力学、半导体、磁学、超导性、声学、抗腐蚀和抗辐射等性能都很优异,而且常常综合了几方面的优点,是很有希望的新材料. 制备非晶态材料,无论是以原子团形式的淀积(蒸发、溅射或电镀等),还是从液态的固化,很高的冷却速率都是重要条件之一.图1是过冷液态中晶体成核、生长速率的温度关系.山图可见,当液态金属冷却到熔点Tm以下时,首先出现生长速率的极大值,但这时的成核率还很小,当然谈不上生长;而当温度下降到成核率极大时,由于材料的粘度已相当大,…     

脉冲激光诱导液-固界面反应合成金刚石纳米晶中的结构相变模型

 探讨了脉冲激光诱导液-固界面反应法（PLIR: Pulsed-Iaser Induced Liquid-Solid Interface Reaction ）制备金刚石纳米晶的物理化学机制,提出了金刚石纳米晶的成核机理,即由激光诱导石墨六方结构原子团过渡到石墨菱方结构、然后转变成立方金刚石晶核,以及由石墨六方结构直接转变成六方金刚石结构的相变模型,并讨论了基于液-固界面反应的纳米晶生长动力学,较好地从动力学上解释了合成金刚石纳米晶的物理化学机制。     

人造金刚石合成中黑色低磁金刚石的研究

 通过对合成金刚石的原材料和合成产物——石墨、Ni₇₀Mn₂₅Co₅触媒、普通人造金刚石、黑色人造金刚石、NiMnCoC熔体的磁化率测试,以及对黑色人造金刚石和普通人造金刚石破碎断面扫描电镜的对比分析,认为黑色人造金刚石形成低磁性的原因是由于合成过程中温度偏高、压力偏低,生长的金刚石质量差、裂纹多。晶体内夹杂了很多石墨与触媒包裹体,同时金刚石表面与金刚石晶体内的触媒包裹体之间形成贯穿性的裂纹。在金刚石化学提纯处理过程中,金刚石晶体内的铁磁性触媒包裹体杂质被通过裂纹进入的酸除去。因而在检测金刚石磁性时,黑色金刚石的磁性很小,呈弱磁性。     

氮气氛下(100)织构金刚石薄膜的成核与生长研究

利用热丝化学气相沉积法研究了氮气浓度对金刚石薄膜成核和生长的影响.实验发现氮气的 加入对金刚石成核密度影响不大,但促进了已形成的金刚石核的长大.适量的氮气不仅使金 刚石生长速率得到很大的提高,而且稳定了金刚石薄膜(100)面的生长,使金刚石薄膜具有 更好的(100)织构.利用原位光发射谱对衬底附近的化学基团进行了研究.研究表明,氮气的 引入使得金刚石生长的气相化学和表面化学性质发生了很大变化.含氮基团的萃取作用提高 了金刚石表面氢原子的脱附速率,从而提高了金刚石膜的生长速率.而含氮基团的选择吸附 使金刚石 关键词： 氮气 金刚石薄膜 织构 原位光发射谱     

高压熔渗生长法制备金刚石聚晶中碳的转化机制研究

在6 GPa和1500 ℃的压力和温度范围内, 利用高压熔渗生长法制备了纯金刚石聚晶, 深入研究了高温高压下金刚石聚晶生长过程中碳的转化机制. 利用光学显微镜、X-射线衍射、场发射扫描电子显微镜检测, 发现在熔渗过程中金刚石层出现了石墨化现象, 在烧结过程中金刚石颗粒表面形貌发生了变化. 根据实验现象分析, 在制备过程中存在三种碳的转化机制: 1)金属熔渗阶段金刚石颗粒表面石墨化产生石墨; 2)产生的石墨在烧结阶段很快转变为填充空隙的金刚石碳; 3)金刚石直接溶解在金属溶液中, 以金刚石形式在颗粒间析出, 填充空隙. 本文研究碳的转化机制为在高温高压金属溶剂法合成金刚石的条件下(6 GPa和1500 ℃的压力和温度范围内)工业批量化制备无添加剂、无空隙的纯金刚石聚晶提供了重要的理论指导.     

拉丝成品模用生长型多晶金刚石

人造多晶金刚石是研制大颗粒人造金刚石的一种重要途径,它制作方便,易于直接成型.目前在高温高压下有两种研制方法:一是由石墨合成金刚石,再由金刚石微粉烧结成多晶金刚石,即烧结型多晶金刚石(也称烧结型聚晶);另一就是由石墨直接一次生长成多晶金刚石,即生长型多晶金刚石(也称生长型聚晶). 人造多晶金刚石已在机械、地质、冶金、石油工业中广泛应用.近几年在电线、电缆行业中,也开始以人造金刚石拉丝模代替天然金刚石拉丝模和硬质合金模。天然金刚石模价格贵,资源少.硬质合金模耐磨性差,使用寿命短.所以,人造多晶金刚石拉丝模有着广阔的应…     

人造金刚石晶体生长机制的探讨

自然界中常见到的碳可分为金刚石晶型碳(如立方和六方金刚石)和非金刚石晶型碳(如石墨和无定形碳)等两种.人造金刚石就是通过外界条件如压力、温度等的变化,使非金刚石晶型碳转变成金刚石晶型碳. 人造金刚石的具体方法多达十余种,按晶体生长的特点可归纳为直接法、熔剂-触媒法和外延法等三种1).前两种方法是在金刚石稳定区实现的,后一种方法是在金刚石亚稳区进行的.图l[1,2]表示碳的P-T相图和三种方法人造金刚石的实验范围. 人造金刚石在实验室获得成功的可靠报导[3],至今已有十七年的历史,磨料级人造金刚石早已投入生产,优质大颗粒(多晶体…     

人造金刚石圆片磨具

在毛主席的无产阶级革命路线指引下,我国新兴的人造金刚石磨具正在蓬勃发展。人造金刚石是碳素材料(石墨),并以镍、铬、铁等元素的合金为触媒,在高温(1350～500℃)、高压(55000～65000大气压)的条件下转化生长而成的。金刚石是目前已知最硬的物质,显微硬度为10000～11000公斤/毫米~2,而且还具有颗粒形状良好,化学性能稳定等特点。因此金刚石磨具的磨削性能显得非常优越,并被光学冷加工较为广泛地采用。光学玻璃已成为金刚石磨具主要加工对象之一。象锯料、套料、铣磨、外圆磨、磨边和倒角等工序由于使用金刚石磨具实现了机械化。一九七三年初,我们在兄弟单位的大力支持和协同下,开始了人造金刚石圆片磨具对光学玻璃进行精磨加工的试验工作。近两年来,经过试验,人造金刚石圆片磨具在精磨中显示了效率高、加工质量好和改善工作环境等三人主要优点。     

高温高压法人造金刚石合成中工艺曲线的确定

以SPD6×2000型六面顶压机为合成设备,在高温高压条件下确定了合成金刚石的最低成核压力.采用合理的二次升压工艺方法,在暂停油压86MPa,生长油压94MPa,合成功率3500W的条件下成功地减少了劣晶的生成,合成出了晶型完整、表面平整的优质金刚石单晶.结果表明在最低成核压力点下对石墨进行再结晶的处理对合成高品级金刚石是完全必要的.     

压力变化对再结晶石墨的影响

 用电子显微镜观察了不同压力下催化剂合金中花瓣状、类球状、片状再结晶石墨含量，晶粒形貌随压力变化的情况。得到如下结论：在高温高压条件下，利用过渡族金属合金作催化剂，在石墨向金刚石转化过程中，类球状再结晶石墨的存在是不可缺少的环节。     

合成人造金刚石的高压腔内电阻率变化研究

 通过时人造金刚石合成腔内材料电阻率变化的某些宏观规律研究，分析了在不同高温高压条件下，合成腔内所发生的相变过程。本文采用的研究方法，表明了对封闭的高温高压腔内所发生的反应从外部进行动态连续观测的可能性与价值，为研究人造金刚石成核、生长的规律提供了较好的手段。     

化学气相沉积法制备金刚石膜截面微区Raman分析

采用微区Raman散射分析方法研究化学气相沉积法制备的金刚石膜的横截面.金刚石膜从衬底面到生长面不同位置具有不同特征的Raman谱,依此对膜中的金刚石、石墨和非晶碳成分进行分析.衬底面附近区域对应金刚石膜生长过程的成核阶段,非晶碳成分含量较高,相应于1200—1600cm^-1波段较大的散射强度和存在较强的荧光背底.膜厚增大,非晶碳成分中sp³结构成分首先减少,而sp²结构成分和石墨成分的减少相对缓慢.而生长面附近区域只有比较单纯的晶体金刚石 关键词：