高压下多晶体金刚石的烧结机制 二元掺杂物和金刚石的相互作用

一、前言 目前,人造大颗粒金刚石的具体方法很多,其中以静态高压下用细粒金刚石和适量的某些非金刚石物质——掺杂物(通称为“粘结剂”)作原料烧结成大颗粒多晶体(通称为“聚晶体”)金刚石为较有成效的方法。这种方法在七十年代受到人们极大的关注。 由于控制这种烧结过程的因素很多,例如压力、温度、时间和掺杂物,还有原料的粒度、形状和表面状态,以及烧结时的气氛和气压等等,致使对这种金刚石的形成机制难以较深入的研究,这有碍于探索具有较高耐磨、耐热等综合性能的多晶体金刚石的有效途径。     

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…     

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…     

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.     

彩色金刚石中过渡金属离子的谱学研究

过渡金属镍、钴和铁是高温高压法合成金刚石的常用触媒,已有研究表明：采用镍、钴作触媒所合成的金刚石中存在镍、钴离子,部分天然金刚石含有镍离子;镍、钴离子以替代方式或间隙形式进入金刚石的晶格,并能与杂质氮形成复合体。为了探寻彩色金刚石中过渡金属离子存在的谱学标志,确定镍、钴离子在彩色金刚石中的赋存状态,文章对6颗彩色天然与合成金刚石进行了扫描电镜-能谱、显微红外光谱、光致发光谱、电子顺磁共振谱(EPR)等测试研究。结果表明天然与合成的样品都具有与镍、钴有关的发光中心与EPR结构：包括西澳的蓝灰色天然金刚石中与镍有关的884.6 nm等发光中心,以及天然变色金刚石中与钴有关的发光中心。对各种谱学测试结果的综合分析,得出样品中存在镍、钴离子并与杂质氮形成各种Ni-N或Co-N复合体的结论,其中在天然金刚石中发现钴离子在该领域研究中尚属首次。     

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。     

TH-S型人造金刚石多晶体的研制

两年多来,中国有色金属工业总公司矿产地质研究院和协作单位成都科技大学超硬材料中心,利用国产DS-029B型六面顶压机,通过对金刚石粒度、粘结剂成分及合成工艺等关键问题进行了系统的试验和研究,采用20μm以细的微粒人造金刚石作主原料,并采用氢化钛型粘结剂,研制成功了TH-S型人造金刚石多晶体。为获得优质烧结型金刚石多晶体提供了一项新的技术途径。这种技术制     

用表面生长CVD金刚石的石墨合成高压金刚石

 用热灯丝CVD方法在多晶石墨衬底表面制备CVD金刚石颗粒，并用这种石墨在高温高压条件下采用六面顶压机合成出高压金刚石。初步实验结果表明：采用其表面生长CVD金刚石颗粒的石墨合成高压金刚石，可以提高金刚石的转化率和降低合成压力。     

静压法烧结钻头用多晶大颗粒金刚石

在毛主席“开发矿业”伟大教导的 鼓舞下,中国科学院物理研究所从事静态超高压高温下物质相变与人造新材料研究工作的同志们,多年来一直在探索优质大颗粒金刚石,并且烧结出一种质量较好的多晶大颗粒金刚石.经冶金部桂林冶金地质研究所勘探技术研究室和北京首都钢铁公司地质勘探队大力协同、共同努力,把这种金刚石用手锒法制成地质钻头,对九级中硬非均质、粗粒度、摩擦性大的岩石进行台架钻进试验,一个钻头获得了钻进30多米和平均时效达1.8米以上的良好效果. 当前生产的人造金刚石一般在0.5毫米以下,属于磨料级.试验证明,把0.125—0.5毫米的…     

掺杂量对超高压烧结多晶体金刚石耐热性的影响

过去的实验表明,掺杂物的类型对高压烧结多晶体金刚石的耐热性有显著的影响。但同种类型掺杂物含量的影响规律还不清楚,因此我们进行了钛、硅掺杂量对高压烧结多晶体金刚石耐热性影响的研究. 一、实验技术与方法 实验用的设备、压力、温度和样品装配等与文献[1]中一样. 本实验中钛、硅掺杂量分别以金刚石原料为100时的重量计算,钛的重量为0,5,9,15和硅的重量为0,3,9,15以及它们的组合. 二、实验结果和样品分析 实验结果列入表1中. 从表1中数据可见:(1)除了个别情况外(例如钛0硅15),都可以找到较佳的烧结工艺,使样品具有较高的磨耗比,但成团…