高温高压下cBN单晶转变机理的EET理论分析

使用ab从头算原理计算了六方氮化硼(hBN)和立方氮化硼(cBN)在cBN单晶合成温度和压强下(1800 K,5.0 GPa)的晶格常数.通过EET理论构建了hBN和cBN的共价电子结构,并计算出九组hBN和cBN单晶的不同低指数晶面之间在高温高压下的相对共价电子密度.根据TFDC理论分析判断,发现hBN的(110)与cBN的(110)、hBN的(100)与cBN的(100)分别连续,两组晶面组合的相对共价电子密度差均小于＜10;.这表明:这两组hBN/cBN晶面之间的价电子结构相差不大,可以诱使hBN直接转变为cBN.因此本文认为:从价电子结构的角度分析,高温高压下的cBN单晶极有可能是由hBN直接转变而来的.     

用粉状技术合成高品级金刚石的研究

本文比较系统地介绍了合成高级金刚石的一种新方法.研究中采用粉状触媒和粉状石墨作为原料,在超高压、高温的条件下,经一定的工艺流程合成了高品级粗、细粒度金刚石,其各项技术指标达到了国内领先水平.用该方法合成金刚石的突出特点是粒级可控、粒度集中、单产高、连聚晶少、颜色黄、强度高.     

人造金刚石晶体中微观杂质的TEM分析

本文成功地利用透射电子显微术探讨了高温高压条件下于Fe-Ni-C系统中生长的人造金刚石单晶内部的微观杂质.分析了金刚石晶体中杂质的微观结构、化学成分组成、晶体结构及其可能形成的原因.研究结果表明,金刚石晶体中微观杂质与原材料、传压介质和高温高压过程密切相关,主要由面心立方(FeNi)23C6,正交结构的FeSi2,面心立方SiC和非晶态石墨组成.     

在石墨-Ni70Mn25Co5体系中金刚石生长的活化能与表面能的确定

针对国内作为生产锯片级金刚石而普遍采用的石墨-Ni70Mn25Co5反应体系,研究了在一定的高温高压条件下金刚石的成核速率和生长速率.用石墨-金刚石转变的成核与生长动力学理论确定了在5.2GPa压力和1520K的温度下金刚石生长的活化能和表面能分别为3.77eV和0.005eV.比较表明,在石墨-Ni70Mn25Co5体系中金刚石生长的活化能和界面能的大小与国外报道的其它石墨-触媒体系的相关数据有相同的量级.进而评论了金刚石的合成机理.     

选择性刻蚀碳化硅制备金刚石的研究

在高温下Cl2+ H2体系可促使SiC转化为金刚石.论文从热力学角度分析了Cl2选择性亥蚀SiC制备金刚石时,Cl2和H2对sp2、sp3杂化形式的C-C键的作用机制,从理论上推导了SiC转化为金刚石的气源中Cl2、H2比例范围.建立了SiC结构向金刚石结构转变时形成金刚石团簇的理论模型,根据该模型解释了SCDD膜的增厚机制.     

NiFe合金粉末触媒合成金刚石研究

本文介绍了人工合成金刚石的一种新方法.研究中采用NiFe合金粉末作为原料,并对NiFe合金粉末坯块进行活化处理,在超高压、高温的条件下,做为触媒材料经一定的工艺流程合成了金刚石.结果表明,这种触媒材料采用这种新方法所合成的金刚石产品具有其明显的特征,可显著提高金刚石的粗粒度百分比且粒度集中,金刚石样品质量高,金刚石的颜色黄且单产高.     

稀土元素对人造金刚石冲击韧性的影响

探讨了含稀土合金粉末对合成金刚石的影响.采用加入少量稀土的NiFe-C作为原料,构成"NiFe-RE-C"粉末材料,再对该粉末一体化芯坯进行活化处理.在超高压、高温的条件下,经一定的工艺流程合成了高品级金刚石.采用该方法的显著特点是提高了金刚石的粗粒度百分比,且生产出的金刚石样品质量高,具有很好的冲击韧性.     

铜锡钛合金钎焊金刚石及立方氮化硼磨粒界面特征分析

采用一种铜基合金(Cu-Sn-Ti)作为活性钎料,在高真空炉中钎焊连接金刚石、立方氮化硼与45#钢基体,将其牢固钎焊在基体表面.通过扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)和X射线衍射仪进一步研究活性元素Ti在Cu基合金与金刚石及立方氮化硼结合界面的扩散现象.结果表明:活性元素Ti向金刚石、立方氮化硼表面发生偏聚,生成TiC、TiN、TiB和TiB2;活性元素Ti在向金刚石和立方氮化硼磨粒的扩散存在一定的差异性;铜基合金和钢基体的结合界面发生元素扩散生成铁钛金属间化合物.     

金刚石/金属触媒界面表征及金刚石生长的热力学分析

利用场发射扫描电子显微镜(FESEM)和X射线能谱仪(EDS)研究了高温高压触媒法合成金刚石后金刚石/触媒界面的物相组成,发现铁镍元素与碳元素的原子比为3.1: 1,并分析得出高温高压下界面中存在Fe3C、Ni3C物相结构.据此,利用热力学中经典的ΔG<0判定法,计算Me3C(Me:Fe,Ni)物相分解出金刚石的自由能变化.结果表明:在触媒法合成金刚石条件下(1500～1700 K、5～6 GPa),Me3CC(金刚石)+3Me比石墨金刚石的ΔG更负.因此,从热力学角度看,Me3C的形成,尤其是铁基触媒中Fe3C、Ni3C的形成,说明触媒法合成金刚石单晶是来自于Me3C型碳化物的分解,而并非石墨结构的直接转变.     

人造金刚石的微观结构模型

将静态超高压高温合成的人造金刚石晶粒利用RTO包埋法制备成适合TEM观察的样品,发现这些金刚石晶粒是由多根细长的纳米多晶棒沿一定取向规则地以捆束状堆叠、聚集而成,而这些纳米多晶棒之间填充了无定型碳.也就是说,人造金刚石晶粒是由结晶碳素和无定型碳组成的.由此,提出并绘制了人造金刚石晶粒的微观结构模型示意图,可用于解释人造金刚石的各向异性及其他宏观性能特征.在以上结论的基础上,笔者认为业界经常提及的“单晶”金刚石称谓可能并不严谨,可能并不是纯粹由结晶金刚石材料组成.