人造金刚石生长速率的探讨

《在有金属或合金参与下人造金刚石形成机理的探讨》[1]一文中,阐述了非金刚石型碳转变成金刚石的历程──在有金属或合金作用下金刚石成核和长大的本质.本文着重探讨人造金刚石晶体的生长速率问题.所用碳素材料为石墨. 人造金刚石成核后的长大过程是一个复杂的过程,可以视为在各向异性的基体上在最有利的条件下所发生的个别过程的总和. 我们在用Ni-MnB合金作催溶剂的试验研究中,测量了合成条件下金刚石晶体的尺寸,通过图解,计算出了在这一条件下石墨转变成金刚石的活化能和活化体积,并且确定了金刚石生长速率与压力、温度的关系. 试验分…     

金属与金刚石的粘结技术及其应用

金属合金与金刚石的粘结（焊接）问题是金刚石工具及制品制造技术的关键．本文介绍了作者从金刚石与金属合金界面反应出发，探索二者之浸润与粘结的机理，解决了加入强碳化物形成元素于铜合金中，通过外延生长于金刚石表面的碳化物层而实现合金与金刚石的粘结．本文并介绍了该技术在金刚石焊接及金刚石工具制造中的应用．     

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。     

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。     

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     

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。     

在强碳化物形成元素衬底上生长金刚石薄膜的物理机制探索

作者在研究金刚石表面金属化机理中发现,该物理过程是用化学气相沉积(CVD)方法在强碳化物形成元素上生长金刚石薄膜的逆物理过程。推断在强碳化物形成元素上,诸如WSi,Ta等,生长金刚石薄膜,其界面有相应的碳化物,诸如WC,SiC,TaC等出现,继而生长的金刚石薄膜实质是在相应的碳化物背底上择优取向成核生长的。从而揭示在强碳化物形成元素上生长金刚石薄膜的物理机制是:W(Si,Ta)等→WC(SiC,TaC)等→金刚石薄膜。 关键词：     

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.     

聚晶金刚石复合体超高压液相烧结理论研究

 在对前人有关聚晶金刚石超高压烧结机理的综合分析与评价的基础上,通过对金刚石与不同组分的钴熔体相互作用规律,及金刚石从钴熔体中的结晶热力学与动力学的理论研究,提出了石墨优先金刚石“溶解”和金刚石石墨化“溶解”的观点,阐明了钴熔体的性质对金刚石（石墨）的浸润扩散溶解过程,以及金刚石再结晶析出过程的影响,认为在金刚石-钴烧结系统中存在三种主要烧结机构：颗粒重排,溶解-析出和聚晶固架形成机构。不同温度条件下不同碳含量钴熔体在烧结过程中,对于促进金刚石表面石墨化,进一步引起颗粒重排,实现sp³结构碳原子在金刚石颗粒间的有效迁移传递以及D-D直接结合等方面起到了十分重要的作用。根据上述金刚石超高压液相烧结理论的基本观点,可较合理地解释聚晶金刚石复合体（PDC）在超高压烧结过程中观察到的一些基本现象和实验事实。     

高温高压合成金刚石中触媒的价电子结构分析

 在高温高压条件下，金属触媒与石墨形成的碳化物Me₃C（Me为Fe、Ni）是形成金刚石结构的主要碳源。利用固体与分子经验电子理论（EET），计算了多种Me₃C型碳化物和金刚石的价电子结构以及表征界面性质的电子结构参数，并将程氏理论（TFDC）提出的原子界面边界条件应用到碳化物/金刚石界面，发现碳化物晶胞中C—C键络组成的晶面与金刚石中的某些晶面的电子密度在一级近似下是连续的，但不同碳化物其连续程度不同，其中Co₃C和(FeNi)₃C中碳原子组成晶面的价电子结构与金刚石中的最接近，其C—C键转化为金刚石结构需要的能量最低。从电子结构角度上解释了催化机制及不同触媒的催化效果，价电子理论是探讨金刚石催化机制的新途径。     

织构金刚石薄膜的成核与生长

在加衬底偏压和不加衬底偏压两种情况下，用微波等离子体化学汽相沉积（MWCVD）技术在Ｓｉ（１００）衬底上合成了织构的金刚石薄膜使用扫描电子显微镜（ＳＥＭ）和取向Ｘ射线衍射技术证实了我们得到的样品是织构的金刚石薄膜观察了织构的金刚石薄膜的成核和生长过程，从理论上对金刚石薄膜异质外延的成核和生长机理进行了探讨 关键词：     

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：     

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…     

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。     

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…     

一氧化碳合成金刚石薄膜的形貌和结构分析

利用微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)技术，采用偏压增加成核(BEN)、两步生长的方法在一氧化碳(CO)和氢气(H₂)的环境下制备了金刚石薄膜. 利用扫描电子显微镜(SEM)、Raman光谱仪和透射电子显微镜(TEM)对金刚石薄膜的形貌和结构进行了分析. 研究发现金刚石晶粒在第一步成核及生长的过程中产生了层错和孪晶，而在第二步的生长过程中产生的层错和孪晶很少，最终形成的金刚石晶粒外表面比较光滑，包含有近五次对称或者平行的片状的孪晶，并可以观察到少量的位错. 而在样品的边缘由于等离子体的不均匀产生了比样品中心成核密度低的区域. 在这个区域中，发现了一个新的非金刚石的碳结构.     

金刚石晶界辅助石墨烯沉积的成核机理仿真

石墨烯在新基材上的生长一直是被关注的焦点,而在以金刚石多晶体为基底沉积石墨烯的成核机理方面的研究对石墨烯大规模的制备具有重要的现实意义.本文采用反应性分子动力学仿真技术,模拟了镍催化双晶金刚石辅助石墨烯沉积生长的过程,研究了金刚石晶界对石墨烯成核生长过程中动力学行为的影响.研究结果表明晶界碳原子可作为补充碳源扩散至镍自由表面,参与石墨烯的成核生长.论文探究了温度对碳原子扩散行为的影响,发现当沉积温度为1700 K时,利于晶界碳原子在镍晶格中扩散,有效提高石墨烯成核密度;探究了沉积碳源流量对石墨烯表面质量影响,发现1700 K下采用较低的碳沉积速率1 ps–1有利于获得最佳的石墨烯表面质量.本文的研究结果不仅为金刚石晶界辅助石墨烯沉积生长提供了有效的理论模型和机理解析,还揭示了沉积温度和沉积碳源流量对生长石墨烯表面质量的影响规律,为石墨烯/金刚石多晶体异质结构在超精密制造和微电子领域的实际应用提供理论基础.     

石墨炉原子化器中原子化过程的研究——Ⅰ.石墨炉衬底材料对Al原子消失过程的影响

本文研究了在N_2和Ar气中,热解涂层石墨管、涂金属钨和锆层的热解石墨管中Al原子消失过程。实验表明,在热解涂层石墨管中,由于Al与N_2及石墨表面碳形成氰化物或氮化物,而在Ar气中形成碳化物的再蒸发,分解和原子化,使得Al原子蒸气的消失速度减慢。在涂难熔金属层的热解石墨管中不同程度上能防止上述化合物的形成,增加Al的峰吸光度值。     

模板对异构体选择性生长的动力学控制作用与化学气相沉积金刚石的生长机理

阐述了模板的动力学控制作用对大尺度有序结构特别是亚稳相的生长，对自由能相差很小的异构体的选择生长所具有的重要作用.汲取现有金刚石生长理论的合理思想，以模板概念为基础给出了对化学气相沉积(CVD)过程的动力学热力学综合描述：1)碳原子在碳氢化合物中的化学势高于固相碳，气相碳氢化合物的碳原子有可能落到化学势较低的固态碳的各种异构体.2)气相碳通过表面反应实现向固相碳的转化.3)表面的模板作用是控制气相碳原子转换方式的主要动力学因素，不同的表面(石墨各种取向的表面及金刚石不同取向的表面)选择了落入其上的碳原子的结构方式及能量状态.4)因此,衬底的不同区域可发生几种不同的独立的表面反应过程,这些反应对应于不同表面的生长.5）而这些表面反应的方向性及速度受表面临域热力学因素的影响，反应的方向性决定了某种晶面是生长或刻蚀，在特定的温度、压强及各种气体分压下可以实现金刚石的生长和石墨的刻蚀.6)衬底局域晶格结构及键价结构和衬底表面气相的温度、压强及各种气体分压等热力学条件共同决定了成核的临界条件.7）与外界有能量和物质交换的等离子体系统，以及气相中发生的一系列化学反应，仅起到了维持某种固相表面生长所需要的非平衡热力学条件和化学条件的作用.金刚石和石墨表面具有的模板动力学控制作用，在特定热力学条件下主导自身外延层的生长方式；异质衬底的某些局域微观结构可以作为新相生长成核的局域模板；不同材料、不同的处理方法、及不同的化学环境下的衬底具有不同的局域微观结构，从而决定了多晶薄膜的取向优势. 关键词： 模板 异构体 选择性生长 金刚石薄膜     

超纳米金刚石薄膜结构相变的第一原理分子动力学研究

纳米金刚石薄膜的结构相变非常复杂,对稳定性和物理性质又尤为重要。本文用第一性原理分子动力学模拟研究了超纳米金刚石薄膜的结构相变和表面重构。研究发现,纳米金刚石的表面碳团簇通过断开（111）面的σ键,形成具有碳六元环结构的石墨碎片;内部原子sp3杂化向sp2杂化转化的发生是从（111）面上成对C原子向石墨相转化时形成π键的过程中获得了能量,驱动石墨的转变由表层向心部逐渐进行。转变过程中存在一种洋葱状富勒烯和金刚石结构共存的过渡相——Bucky-diamond,表面悬空键的消除和表层的富勒烯外壳最大限度地降低了表面能和系统总能量,Bucky-Diamond结构稳定存在。