Ni-Mn粉末触媒中固溶碳的作用效果和机理初探

 在国产DS6×800A型六面顶压机上，对比研究了含与不含固溶碳的Ni-Mn粉末触媒，采用直热式静压触媒法合成金刚石的差异。实验表明：Ni-Mn粉末触媒中固溶碳的存在，不仅可以提高金刚石的合成单产、细化金刚石晶粒，而且在同工艺条件下，能得到晶形完整度较高的金刚石单晶。     

硼掺入量对含硼金刚石单晶热稳定性的影响

 在铁基触媒原材料中添加不同含量的六方氮化硼,采用粉末冶金方法制备片状触媒,在六面顶压机上合成出含硼金刚石单晶。用体视显微镜对金刚石单晶的结构、形貌进行观察,并用电子探针（EPMA）和波谱仪（WDS）分析了金刚石（111）晶面的硼含量,发现金刚石表面有硼元素存在,且其含量随着触媒中掺硼量的增加而变化。在测定了含硼金刚石单晶的静压强度的基础上,采用冲击韧性测定仪和差热分析仪对不同掺硼量触媒合成出的金刚石单晶在空气中的热稳定性进行了系统的对比研究。结果表明,触媒掺硼量对金刚石的机械强度和热稳定性有重要影响,随着掺硼量的变化,其机械强度和热稳定性均存在一个最佳值。     

人造金刚石用触媒形状的新构想

 六面顶和两面顶高压装置都采用圆片状触媒。在同腔体的情况下，后者的单次产量比前者约高50%。介绍了触媒的表面性质和合成件加载过程的外力与变形的关系，并对触媒形状的变化关系与比表面问题作了评述。指出，增加石墨和触媒接触的比表面或反应面积，对于提高细颗粒单晶金刚石的转化率是一条重要途径。为此，提出一种新形状触媒——泡沫触媒的构想。     

纯铁触媒合成磨料级金刚石及表征

本文报道了高温高压下纯铁触媒与石墨体系合成磨料级金刚石的过程,并给出了P-T相图.在此基础上,通过调整工艺参数,控制再结晶石墨量与金刚石生长速度,合成出无色透明的金刚石样品,解决了纯铁触媒合成的金刚石透明度较差及包裹体较多的问题.采用穆斯堡尔谱仪和傅里叶红外光谱仪等测试手段,对金刚石样品内部包裹体以及氮元素含量进行了表征,在揭示包裹体形成机理的基础上提出了减少包裹体的方法,同时阐明了纯铁触媒合成的金刚石样品颜色变浅的原因. 关键词： 铁触媒 金刚石 生长速度 高温高压     

B4C与合金触媒体系合成金刚石的反应机理探讨

在总结由Ｂ４Ｃ加合金触媒体系中合成金刚石的有关实验的基础上，从Ｂ４Ｃ和合金触媒的结构入手，探讨了其形成金刚石的宏观（化学反应）和微观（原子分子）的机理过程，为Ｂ４Ｃ合成金刚石的继续研究提供了一个有益的尝试。     

金刚石合成片白色物的分析

在高压、高温合成金刚石后,有时会发现合成片的局部或大部分演变成白色和灰色等物质,甚至在合成多晶金刚石过程中也发现类似的白色物.一旦出现这一现象往往会引起合成电流和功率波动,电压下降,操作工艺难以控制,影响金刚石的质量和产量.因此,对合成片白色物的分析研究是很有意义的. 在制造金刚石过程中,几乎都发现有不同程度的白色物质.目前对于它的产生原因有几种不同的看法:有人认为是触媒合金杂质太多,是属于触媒质量问题;有的认为是渗入合成棒的叶蜡石物质在金刚石合成过程中转变形成的;还有的则认为是金刚石合成工艺的问题等.为此,本文…     

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。     

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     

高长径比柱状金刚石的高温高压合成与机理研究

为了拓展金刚石的种类和解决金刚石工具使用过程中因把持力不足造成的使用寿命降低等, 在中国式六面顶压机上, 通过对FeNi触媒成分和工艺的优化, 成功合成出高质量长径比大于2.5, 平均粒度在0.8—1.0 mm的柱状金刚石晶体. 该晶体独特的形貌, 将极大改善金刚石工具的在使用过程中出现的"脱粒"现象. 另外, 实验中发现, 柱状金刚石晶体的生长速度也远大于传统晶体的生长速度. 采用扫描电镜(SEM)和能谱(EDS)等手段对柱状金刚石晶体及晶体周围触媒成分进行了表征; 结果表明, 柱状金刚石晶体在生长过程中存在{100}和{111}晶面拉长, 以及包覆在晶体周围的触媒成分偏析. 在此基础上, 阐明了柱状晶体生长机理.     

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。     

超临界流体触媒作用下石墨-金刚石转变

 研究了超临界流体CO₂在石墨-金刚石转变中的触媒作用。实验中，采用Ag₂O作为流体触媒的先驱材料，在7.7 GPa压力下，Ag₂O在1 200 ℃分解成Ag和O₂，O₂与石墨套管在高温高压下反应形成CO₂超临界流体。研究结果表明，在7.7 GPa和1 500 ℃以上温度条件下，石墨在CO₂流体触媒的作用下可转变为金刚石晶体，在1 500～1 700 ℃温度范围内合成出的金刚石具有完好的八面体形貌，与天然金刚石的生长特征非常相似。     

预处理石墨对合成金刚石性能的影响

 本文介绍了对合成金刚石用石墨片进行预处理的方法。研究表明，用已处理过的石墨片合成出粒度组、强度高、完整单晶多的金刚石，金刚石中Ni、Mn、Co、Si的含量明显减少，而氮的含量明显增加。并观察到触媒片两面都能均匀地生长理想的金刚石晶体。该预处理方法不仅提高金刚石的质量，而且有可能为认识石墨转化为金刚石的机理提供一些依据。     

温度梯度法宝石级金刚石的合成及表征

利用温度梯度法,在5．0—5．7GPa,1250---1600℃条件下,研究了FeNiMnCo触媒合成宝石级金刚石的温度和压力区间,给出了P-T相图．基于有限元法的温度场模拟及碳素浓度梯度拟合结果表明,I型温度场只适合生长大尺寸优质板状及小尺寸塔状金刚石单晶;II型温度场可以合成出大尺寸优质板状或塔状金刚石单晶．该结论被Ib型及掺硼宝石级金刚石晶体生长实验所证实．提出碳素浓度梯度是决定晶体生长速度及合成晶体品质的关键因素．研究得到了只有触媒中温度场分布与晶体尺寸、形貌相匹配时,才能合成出优质宝石级金刚石单晶的晶体生长规律．揭示了{110},和{113}高指数晶面在Ib型金刚石“V”形区内的分布规律．通过傅里叶红外光谱检测发现,FeNiMnCo触媒合成金刚石的氮含量较低,较低的氮含量是由铁会降低金刚石氮含量所致．氮含量低有利于金刚石的光谱透过性．     

电沉积再生触媒及金刚石合成的研究

 在国产铰链式六面顶压机上，选择合适的条件，使用电沉积再生触媒合成出优质的粗粒和细粒金刚石。并对合成出来的粗粒金刚石进行强度测定和热失重分析。     

D-D结合型金刚石聚晶的高压合成研究

 为了探索功能金刚石聚晶的高压合成，使其具有优异的透红外和散热性能，我们采取了提高合成压力、温度和尽量减少结合剂的办法进行试验。首先探索如何使合成的金刚石聚晶具有D-D型结合，然后尽量减少结合剂，以合成出高密度的D-D型金刚石聚晶。为了尽量减少结合剂含量，不用粉末混合法，而是分别采用7~14 μm和63~80 μm粒度的金刚石为原料，与纯Ni或Ni₇₀Mn₂₅Co₅合金为基底积层组装，通过高温高压下触媒金属向金刚石晶粒间渗透进行烧结生长。在6.3 GPa的压力和1 440~1 650 ℃的不同温度下分别保持3~40 min。所得到的金刚石聚晶在触媒金属渗透得充分的区域形成了D-D结合型结构，而没有发现碳化物生成及金刚石表面石墨化等现象。     

静压法高石墨转化率的金刚石合成研究

 选用Ni-Mn-C粉末触媒,在国产DS6×800A型铰链式六面顶压机上实现了高石墨转化率的金刚石合成,其石墨转化率可达90%以上。高石墨转化率金刚石的合成,不仅有助于提高金刚石的效率,而且还可以减化提纯后处理工序。     

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。     

FeMn粉末触媒对合成金刚石的影响

 利用FeMn粉末触媒在国产六面顶压机上进行了合成金刚石单晶的实验,研究了高温高压条件下（5.7 GPa、1 550 ℃）,石墨-FeMn粉末触媒体系中金刚石单晶的生长特性。通过光学成像显微镜观测表明：合成出的金刚石单晶呈浅黄色,晶形完整,且都是八面体,晶体里含有白色物质,粒度集中在0.3~0.5 mm;通过扫描电镜观测了晶体的表面形貌,表面有熔坑;通过穆斯堡尔谱,发现粉末触媒里主要是FeMn合金和独立状态的Fe,金刚石内部主要是Fe和Fe₃C;利用X射线荧光光谱,检测出样品里有Fe和Mn元素。     

高压合成立方氮化硼用的新触媒材料的研究

 本文研究了合成立方氮化硼用新触媒材料Mg₃B₂N₄及Ca₃B₂N₄的制备方法，并对它们的稳定性及其催化作用进行了讨论。氮化硼原料的结晶状态及合成温度、合成时间、气流量等对新触媒的合成有着重要的影响。本文还在高温高压下利用新触媒进行了立方氮化硼的合成实验，结果表明，与碱土金属触媒相比新触媒具有合成压力低、转化率高、合成温度和压力范围宽、产物杂志含量低、破碎强度高等优点，是一种应用前景很大的触媒材料。     

用石蜡作碳源在高温高压下合成金刚石

用石蜡作炭源，从原子分子转化的角度，选择适当的氧化剂、触媒和组装方式，在高温高压下合成出了０．３ｍｍ大小的金刚石。