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。     

类球状微米金刚石聚晶的场发射

在覆盖金属钛层的陶瓷上,采用微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)法制备出类球状微米金刚石聚晶薄膜。利用扫描电子显微镜、拉曼光谱,X射线衍射,分析了薄膜的结构和表面形貌。测试了类球状微米金刚石聚晶膜的场致电子发射特性。开启电场仅为0.55V/μm,在2.18V/μm的电场下,其场发射电流密度高达11mA/cm2。仔细分析了膜的发射过程,发现类球状微米金刚石聚晶的结构对发射有很大影响,并对其发射机理进行了研究。     

类球状微米金刚石聚晶膜场发射的稳定性

在覆盖金属钛层的陶瓷上,利用微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)法制备出类球状微米金刚石聚晶膜。通过二极管结构测试了聚晶膜的场致电子发射特性,利用扫描电子显微镜、拉曼光谱、XRD分析了场发射前后薄膜的结构和表面形貌的变化。发现在高场、大电流密度的场发射中,对类球状微米金刚石聚晶薄膜中的金刚石聚晶颗粒影响很小,而对金刚石聚晶颗粒间的非晶碳层影响很大。对类球状微米金刚石聚晶变化机理进行了研究。     

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.     

用金刚石车削技术制备EOS实验用铝薄膜和铜薄膜

 具有材料理论密度的金属薄膜对于材料高压状态方程(EOS)研究而言具有重要的意义。本文提出采用金刚石车削技术，利用超精密金刚石车床、金刚石圆弧刀具及真空吸附夹持技术，对纯铝和无氧铜进行端面车削，完成了EOS实验用铝薄膜和铜薄膜的车削加工，实现了薄膜密度接近材料理论密度。精加工工艺参数为：进给量0.001 mm/r，主轴转速3000 r/min，切削深度1 μm。采用Form Talysurf series 2型触针式轮廓仪进行测量，结果表明：铝薄膜、铜薄膜厚度可以达到小于10 μm水平，表面均方根粗糙度小于5 nm，原始最大轮廓峰-谷高度小于50 nm，厚度一致性好于99%。     

CVD金刚石中的氮对等离子体刻蚀的影响

采用非对称磁镜场电子回旋共振等离子体分别对沉积过程中掺氮和未掺氮的化学气相沉积金刚石膜进行了刻蚀研究, 结果表明: 掺氮制备的金刚石膜的刻蚀主要集中在晶棱处, 经过4h刻蚀后其表面粗糙度由刻蚀前的4.761 μm下降至3.701 μm, 刻蚀对金刚石膜的表面粗糙度的影响较小; 而未掺氮制备的金刚石膜的刻蚀表现为晶面的均匀刻蚀, 晶粒坍塌,刻蚀4h后其表面粗糙度由刻蚀前的3.061 μm下降至1.083 μm. 刻蚀导致表面粗糙度显著降低. 上述差别的主要原因在于金刚石膜沉积过程中掺氮导致氮缺陷在金刚石晶棱处富集, 晶棱处电子发射加强, 引导离子向晶棱运动并产生刻蚀, 从而加剧晶棱的刻蚀. 而未掺氮金刚石膜,其缺陷相对较少且分布较均匀 ,刻蚀时整体呈现为 (111) 晶面被均匀刻蚀继而晶粒坍塌的现象. 关键词： 掺氮 金刚石膜 刻蚀 非对称磁镜场     

立方氮化硼的振动光谱及反射光谱的研究

 将黑色、黄色、棕色三种小于50 μm立方氮化硼粉末为样品，研究了其红外光谱、拉曼光谱、反射光谱，结果表明：（1）样品的红外光谱中，1 818 cm^-1和1 548 cm^-1属于cBN的晶格本征振动，而立方氮化硼的晶格本征振动外的晶体缺陷吸收则发生在~800 cm^-1，1 580 cm^-1~1 740 cm^-1和大于2 400 cm^-1处。（2）拉曼光谱测试表明，在1 052 cm^-1和1 304 cm^-1附近出现的散射与cBN不具有反演中心及cBN具有立方结构这样的事实相一致，并且这种散射伴随着布里渊区中心声子的横向和纵向发射。144 cm^-1附近出现的散射，被认为是由于局部振荡模式的出现，在反斯托克斯区造成的信号，这与晶格中杂质缺陷有关。（3）依据得到的反射光谱，计算了cBN单晶禁带宽度，发现这三种cBN都具有大于金刚石的禁带宽度值，分别为：E_g(黑)=6.21 eV，E_g(黄)=5.73 eV，E_g(棕)=5.71 eV。     

利用X射线衍射研究聚晶金刚石复合片的残余应力(英文)

通过x射线衍射方法研究了聚晶金刚石复合片中金刚石层内的宏观残余应力以及微观残余应力.宏观残余应力通过测量x射线衍射的峰值移动可以计算出来,微观残余应力由x射线衍射的峰形宽化决定.本文研究结果表明:我们研究的三种型号聚晶金刚石复合片中存在着宏观残余压应力和微观残余张应力,并且发现宏观残余压应力和微观残余张应力的大小随着金刚石平均粒径的增大而减小,根据x射线衍射研究表明这可能是由于随着金刚石粒径的增大,聚晶金刚石复合片中金刚石相的减少而非金刚石相的增加造成的.x射线衍射技术可以非破坏性的测量宏观和微观残余应力的大小,因此,这是一种很好的检测聚晶金刚石复合片中残余应力的方法,并可以通过应力的大小来优化聚晶金刚石复合片的最佳组分和工艺,同时也可以给出聚晶金刚石复合片的最佳工作条件.     

掺杂烧结金刚石聚晶致密化试验

 实验表明，钛、硅－硼结合剂比镍、硅－硼结合剂聚晶致密化程度高，细粒度金刚石比粗粒度金刚石聚晶德致密化程度高。而且，钛、硅－硼结合剂和细粒度金刚石聚晶的耐磨性亦好。     

激光刻蚀类球状微米金刚石聚晶薄膜对场致电子发射稳定性的影响

在覆盖金属钛层的陶瓷上,通过微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)法制备出类球状微米金刚石聚晶薄膜,并通过激光刻蚀金刚石聚晶薄膜的表面.利用扫描电子显微镜、拉曼光谱,X射线衍射分析了刻蚀前后的结构和表面形貌,测试了刻蚀前后薄膜的场致电子发射特性,发现激光的刻蚀对金刚石聚晶薄膜场致电子发射的稳定性有一定的提高,并对其制备过程及发射机理进行了研究.     

正交试验法优化金刚石复合片合成工艺

 通过正交试验法,以磨耗比、电阻、完整性、硬度为指标,设计了金刚石复合片的合成工艺。正交试验可以减少合成工艺试验次数,优化合成工艺。试验结果表明,较合理的烧结工艺为：合成压力5.5 GPa,升温速度为200 ℃/min,保温时间16 min,冷却时间14 min,烧结温度1 350 ℃。从压力、温度和时间等因素的影响方面讨论了金刚石复合片的性能。认为：适当地提高温度有利于提高磨耗比及硬度;延长加热时间有利于性能均匀性的提高;延长冷却时间可减少残余热应力。     

从碳化硅和铁体系合成金刚石

 为了探明从SiC生成金刚石这一过程中触媒作用的机理，有必要调查SiC加不同金属在高压高温下的行为。在本工作中，以16重量比混合的SiC和铁粉经5.4~6.0 GPa的高压力和1 300~1 500 ℃的高温处理20 min后，样品的X射线衍射分析表明：所有实验条件下SiC都发生了分解，并分别生成了Fe₃Si和Fe₃C；温度越高，SiC分解得越彻底，在温度高于1 375 ℃的样品中，伴随Fe₃C减少，有金刚石和石墨明显析出。扫描电镜观察表明：6.0 GPa、1 500 ℃下所得的金刚石晶体具有完整的八面体晶形，平均粒度约50 μm。     

压力、温度以及时间对金刚石烧结体性能的影响

 采用熔渗法研究了烧结压力、烧结温度以及烧结时间对金属添加剂金刚石烧结体性能的影响;在1 400 ℃、5.8 GPa、12 min的烧结条件下,烧结出磨耗比为285×10³、金刚石颗粒未出现异常长大的金刚石烧结体;分析了烧结方法对烧结效果的影响。     

碳化钒作碳源合成金刚石

 以重量比为1∶6的VC和Ni₇₀Mn₂₅Co₅合金组成的体系，经6.0 GPa的高压力和1 500 ℃的高温处理20 min后，样品经X射线衍射分析表明VC发生分解，游离出的C生成了石墨和金刚石；该体系生成的金刚石多呈侵蚀性表面，平均粒度约为20 μm。     

PDC材料烧结过程中钴在金刚石层中的扩散熔渗迁移机制

 讨论了PDC材料烧结过程中钴在金刚石层中的固相扩散、钴液熔渗、两次钴高浓度峰的“波浪”式迁移过程中的运动规律及其作用机制,并根据实验观测的数据进行了有关计算。结果表明：在5.8 GPa、1 300 ℃条件下,钴的扩散系数D≈1.6×10^-7 cm²/s,是一般常压及相同温度条件下钴固相扩散系数（3×10^-10 cm²/s）和相同压力条件下钴的液相扩散系数（5×10^-5 cm²/s）的中间值;对于粒度W≥10 μm的金刚石烧结体系,钴液熔渗作用时间非常短暂,略大于0.5 s,而对于W≤1 μm的超细金刚石烧结体系而言,钴熔渗作用时间为28 s,比粒度W≥10 μm的金刚石烧结要长得多;两次钴高浓度峰的迁移速度分别约为50 μm/s和100 μm/s。     

含纳米金刚石的立方氮化硼聚晶的制备

 采用在cBN表面进行镀钛、并在PcBN结合剂中加入纳米金刚石的方法,对静压法合成的PcBN的组织结构进行研究。通过对镀钛后的cBN和合成的PcBN样品进行XRD、SEM、显微硬度、致密度分析和热稳定性分析,并与结合剂中不含纳米金刚石的PcBN样品进行对比,研究纳米金刚石的添加对合成PcBN的组织结构和性能的影响。实验结果表明,在有镀钛cBN、Al和Si存在的环境中,采用先升压至5.5 GPa,然后升温至1 400 ℃,保温保压500 s的合成工艺,在PcBN中未发现纳米金刚石发生石墨化;作为碳源,与Si、Ti、Al等共同作用,在PcBN组织中形成多种耐热、高硬、稳定的化合物。适当过量地加入使得PcBN组织中残留部分未反应的纳米金刚石,不仅提高了PcBN的致密性,而且提高了PcBN的硬度,更为重要的是消除和减轻了“架桥”现象。在合成PcBN的过程中,Ti和纳米金刚石的反应活性最强。结合真空微蒸发镀钛技术,cBN表面镀钛和加入纳米金刚石使PcBN中的各组分之间充分反应形成的多种化合物过渡层,使得PcBN中各相之间有良好的相容性,PcBN的热稳定性得到提高。     

大颗粒立方氮化硼单晶的合成

 在Mg-B-N体系中通过控制立方氮化硼晶体的成核率及生长速度，在4.5~6.0 GPa、1 500~1 900 ℃的高压高温条件下，在几分钟时间内，成功地获得了粒径达毫米量级的立方氮化硼单晶体，其最大单晶粒径达1.6 mm。研究了该体系中立方氮化硼单晶的生长特性，讨论了该种单晶体在Mg-B-N体系中的生长机制。     

HPHT preparation and Micro-Raman characterization of polycrystalline diamond compact with low residual stress

High quality grown polycrystalline diamond compact (PDC) with low residual stress was prepared using the infiltration method with nickel based alloys as the solvent under high temperature and high pressure (HPHT). Scanning electron microscopy (SEM) was used to observe the micro morphology of the diamond layer and the diamond/WC substrate interface. It was found that dense and interlaced microstructure with diamond-diamond (D-D) direct bonding formed in the diamond layer of PDC. Micro-Raman spectroscopy was used to measure the Raman shift of diamonds in the polycrystalline diamond (PCD) layer and the residual stress was calculated based on the Raman shift of diamonds. Experimental results show that the residual stress of PCD layer is compressive stress, and the range of the residual stress is from 0.075 to 0.250 GPa in the whole PCD layer, much lower than that of other reports (up to 1.400 GPa). Moreover, the distribution of the residual stress from the diamond surface layer to the inner cross-section is homogeneous.