铁基触媒中金刚石单晶的生长对初生渗碳体的消耗

利用扫描电子显微镜观察了不同合成时间的金刚石合成效果以及相应触媒的组织结构,结果表明:随着压力、温度的升高,铁基触媒全部熔化为液态后约20秒内,熔体对碳的溶解度可达到极大的过饱和程度,生成数量极大的初生渗碳体,同时,金刚石单晶在这种环境中生成。随着时间的延长,金刚石单晶长大、数量增多,熔体对碳的过饱和程度逐渐降低。触媒组织中的初生渗碳体量逐渐减少。分析表明:石墨碳与触媒首先发生冶金反应生成初生渗碳体,在高温高压作用下,初生渗碳体分解,碳原子脱溶,然后堆积到金刚石上。金刚石的生长通过对初生渗碳体的消耗得以进行。     

金刚石单晶合成工艺与铁基触媒中初生Fe3C形貌的关系

利用光学显微镜和X射线衍射等手段,表征了高温高压下合成金刚石单晶时不同合成工艺的铁基触媒合金组织结构.结果发现:金刚石合成效果较好时的触媒组织中Fe3C呈规则的条状,而合成效果不好时的触媒组织中局部出现了不规则的团絮状Fe3C.分析认为,Fe3C在不同的结晶条件下表现出不同的生长行为,高温高压下金刚石单晶的生长与触媒中Fe3C的生长行为有密切关系.     

采用片状铁基触媒借鉴粉末工艺合成金刚石

以单质金属粉为原料,采用粉末冶金方法制备了片状铁基触媒,并借鉴目前金刚石工业中最为常用的粉末触媒组装方式及合成工艺在高温高压下进行了金刚石合成试验.试验获得了粒径为300～500μm,具有六-八面体外形,形态完整,质量较高的立方金刚石单晶.检测发现,其主要性能指标均超过机械行业标准《人造金刚石技术条件》(JB/T7989-1997)对锯片级金刚石的技术要求,评级可在SMD30以上.同时,还具有较小的磁性和优于一般金刚石的热稳定性.试验验证了采用单质金属粉合成优质金刚石的可能性,有望进一步简化触媒制备工艺,降低金刚石的生产成本.     

硼含量对含硼金刚石单晶电学性能的影响

采用碳化硼添加量不同的铁基触媒,在高温高压下合成含硼金刚石单晶.用数字电桥和自制的电阻测量夹具测量了含硼金刚石单晶的电阻;用阴极射线发光光谱测量了金刚石单晶的光子频数;用XRD检测了不同硼含量掺杂的金刚石单晶的晶体结构.结果表明:随着触媒中碳化硼添加量的增加,含硼金刚石单晶的电阻率降低,可呈现半导体电阻特性.其原因是硼元素的掺入促进了金刚石单晶的(111)晶面生长,使受主能级提高,晶体的带隙变窄,载流子浓度提高.     

用FeNiMn55#粉末触媒合成工业金刚石

利用FeNiMn55#粉末触媒在国产六面顶压机上进行工业金刚石单晶的合成,研究高温高压条件下(5.7 Gpa,1400～1600 ℃),C-FeNiMn55#粉末触媒体系中金刚石单晶的生长特性.结果表明,C-FeNiMn55#系能够合成出六-八面体及八面体金刚石,但六面体金刚石生长区间较窄,不易生长.通过光学显微镜观测表明,合成出的金刚石单晶呈黄色,晶形完整,晶体内部有气泡产生.M(o)ssbauer测试结果表明金刚石中包裹体的主要成分为Fe3C和FeNiMn55#合金.     

cBN单晶合成效果与合成后Li基触媒组织结构的相关性研究

采用锂基触媒(Li3N)和六方氮化硼(hBN)为原料,在静态高温高压条件下加入(270/325目)籽晶批量合成出了大颗粒立方氮化硼(cBN)单晶(＞70目).通过X射线衍射仪(XRD)对触媒层内物相进行标定,采用K值法、绝热法、RIR值等理论方法,计算出样品触媒层内各物相的质量分数,比较了单晶合成效果好与差的触媒层内物相含量的差别;利用扫描电子显微镜(SEM)对样品触媒层的形貌进行观察,比较了单晶合成效果好与差的触媒层形貌的差别.结果表明:cBN单晶合成效果不同,其触媒组织结构有着明显的差异.当单晶合成效果较好时,触媒层中Li3BN2的含量为49;,cBN的含量为5;,hBN的含量为46;,触媒层内存在较均匀的熔融球状组织和管状组织,且离单晶表面越近管状组织越多;当单晶合成效果较差时,触媒层中Li3BN2的含量为10;,cBN的含量为49;,hBN的含量为41;,触媒层内只存在熔融球状组织.分析认为,触媒层中的cBN和Li3BN2的含量是影响大颗粒cBN单晶合成效果的主要因素.     

人造金刚石/金属包膜界面差异性研究进展

在高温高压条件下,利用过渡族金属触媒合成金刚石单晶时,金刚石单晶表面的金属包膜在不同的生长界面上呈现不同形貌花样,揭示其本质对研究金刚石单晶的合成机理具有重要意义.本文从金属包膜不同界面间在形貌、成分、组织结构等方面的差异性出发,阐述了近年来人造金刚石单晶生长机理的研究现状,同时又提及余氏理论和程氏理论在金属包膜界面研究中的应用.并在此基础上提出今后的研究方向.     

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.     

FeMn粉末触媒制备及金刚石合成条件的研究

利用气雾化法制备了FeMnX1、FeMnX2NiY2、FeMnX2CoY2(X1=X2+Y2,X2＞Y2,0＜Y2≤10)粉末触媒.利用金相显微镜、扫描电镜和X射线衍射仪对粉末进行了表征.分析表明:制备的粉末大多为球形颗粒,D50约为23.6 μm,晶格常数约为0.36108 nm;按触媒与石墨粉的比例为4: 6制备合成柱并进行了合成实验,结果表明用FeMn基粉末触媒合成金刚石的温度、压力均要高于使用FeNi30触媒,在5.4～5.6 GPa压力、温度高于1450 ℃时才可以合成出金刚石,添加Y2;的Ni或Co元素后合成温度和压力稍微降低,且金刚石形核量有所增加.此外,利用晶体的价电子结构和界面电子密度连续理论分析了不同的M3C型碳化物对合成条件的影响,解释了FeMn基触媒合成金刚石条件高于FeNi触媒的原因.     

影响金刚石合成的粉末触媒形态因素

采用相同成分体系的片状、球状Ni-Mn-Cu粉末触媒体为原料,在六面顶压机上进行人造金刚石高温、超高压合成的对比实验.结果表明:具有片状等不规则形状的NiMnCu粉末触媒合成工艺较球状同类粉末触媒合成工艺更稳定、易于掌握.针对上述结果,结合金刚石成核、生长过程中合成腔体内温度变化对上述实验结果进行了讨论.     

FeNi、NiMnCo及其复合触媒中Ⅰb型金刚石的生长特性

本文以Ni₇₀Mn₂₅Co₅和Fe₆₄Ni₃₆合金及其复合合金作为触媒,采用高温高压温度梯度法在5.6 GPa压力下,对不同温度下沿(100)晶面生长的Ⅰb型金刚石的生长特性进行了研究,研究表明:以Fe₆₄Ni₃₆触媒合成出的金刚石在以(111)晶面为主的晶形高温生长范围内出现了一段约50 K范围的裂晶生长区,而以Ni₇₀Mn₂₅Co₅触媒合成的金刚石在生长温度范围内,特别是在以(111)晶面为主的晶体生长高温区域内容易出现连晶缺陷;高温下Fe₆₄Ni₃₆触媒过度熔融可能是晶体容易产生裂晶的原因,Ni₇₀Mn₂₅Co₅触媒熔体黏性较低可能是容易形成连晶的原因;采用两种触媒复合的方式有效避免了裂晶和连晶的产生;拉曼光谱表征发现连晶的晶体内部质量与单晶的晶体质量相近,裂晶中晶格畸变和杂质较多,晶体内应力较大,复合触媒体系合成的金刚石晶体内应力小,质量好。     

cBN合成块断口形貌观察及XRD分层表征

以Li3N为触媒,采用静态高压法合成了大颗粒立方氮化硼单晶.以扫描电镜(SEM)观察了快冷后的的立方氮化硼(cBN)合成块的断口形貌,并利用X射线衍仪(XRD)对cBN晶体附近的物质分层进行了表征.扫描结果显示,cBN处于熔融状物质的包裹之中,并在cBN的裸表面发现了生长台阶及近似熔入台阶中的颗粒状物质;XRD分层表征结果表明,cBN晶体表面分层界面中检测出含有中间相Li3BN2和cBN小颗粒.由此推断,高温高压下Li3N可以与hBN发生共熔反应并转变为中间相Li3BN2;根据分层表征结果可推测,在适量中间相Li3BN2存在的区域cBN小颗粒更易于聚集并通过不断消耗扩散到大颗粒cBN晶体表面的cBN小颗粒的方式不断长大.     

Floating zone growth and characterization of ruby single crystals

Large, high optical quality single crystals of ruby have been grown successfully by the floating zone method under air atmosphere. The size of the grown crystal is typically 60‐70 mm in length and 7‐8 mm in diameter. The obtained crystals were red and did not have any macroscopic defects such as cracks and inclusions. Grown crystals were characterized by powder X‐ray diffraction (XRD) methods, polarized optical microscopy, scanning electron microscopy (SEM). The absorption and fluorescence spectra were measured at room temperature and the dielectric constant measurements of ruby crystals were also presented. Defects occurring in single crystals of ruby during crystal growth by floating zone method are described, and their correlation with the growth parameters is discussed. The origin and control of these defects in grown crystals were studied and the optimum method was proposed. (© 2011 WILEY‐VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim)     

优质立方六面体金刚石大单晶的生长研究

高温高压静压触媒法合成的金刚石单晶,往往呈现六八面体形貌,因为立方六面体单晶{100}面的生长区间相对较小.本研究利用高温高压温度梯度法,自制Fe-Ni合金触媒,通过对合成组装和工艺进行合理调整后,控制晶体在相对低温适合{100}面生长区域内生长,得到的晶体均呈现完整立方六面体形貌;同时为抑制包裹体和其他杂质的进入,人为的提高晶体的径向平铺生长速度,抑制其轴向生长速度.以在33 h内合成的优质立方六面体晶体为例,晶体最大方向尺寸达到7.3 mm,重1.2克拉,其径向生长速度达到0.22 mm/h,轴向生长速度仅为0.08 mm/h,增重速度为7.3 mg/h.     

金刚石单晶高温高压合成中氮对硫的影响

为了研究在金刚石大单晶生长过程中氮对硫的影响,在6.5 GPa高压条件下采用温度梯度法分别研究了两种不同合成体系中金刚石的合成.利用傅里叶显微红外光谱(FTIR)仪对所合成的金刚石进行了测试,测试结果表明:晶体中(a)中不含有氮,晶体中(b)中氮的浓度为280 ppm.此外,对所合成的样品进行了X射线光电子能谱测试,测试结果表明:在Ib型金刚石中有硫元素存在,而硫未进入到IIa型金刚石中.因此,金刚石中氮的存在对金刚石中硫的进入有促进作用.     

Synthesis and mesomorphic properties of novel high birefringence azobenzene liquid crystals with lateral fluorosubstituent

In order to obtain liquid crystals with high birefringence (Δn), four azobenzene compounds based on lateral fluorinated bistolane moieties with trifluoromethyl terminal groups were synthesized with Hagihara–Sonogashira cross-coupling reaction. The molecular structures of the compounds were confirmed by Fourier transform infrared, ¹H-nuclear magnetic resonance. The transition temperatures, optical textures, and optical anisotropies were determined by differential scanning calorimetry, polarizing optical microscopy. The effect of the alkyl substituents on liquid crystal behavior is discussed in detail. The compounds have showed higher birefringence values.     

Low-temperature growth of tetragonal tungsten nanowire arrays on tungsten substrate using Ni solid catalysts

Tetragonal tungsten nanowire arrays were successfully fabricated on tungsten substrate using Ni catalysts by chemical vapor deposition (CVD) at 950 °C. The synthesized tungsten nanowires grew along [100] direction, with a high aspect ratio more than 50 and sharp tips. The Ni catalyst was found to be located at the wire's bottom and assisted the nucleation of the tungsten nanowire. Samples were characterized in detail by X-ray diffraction (XRD), field-emission scanning electron microscopy (FE-SEM), transmission electron microscopy (TEM) and high-resolution transmission electron microscopy (HRTEM) technologies. Based on the analysis of the experimental results, the possible formation mechanism of nanowires was proposed as well.