MgO在Mg-hBN体系中对合成cBN晶体的影响

 以金属镁粉为触媒，以六角氮化硼为原料，其中加入适量比例的氧化镁，在国产六面顶压机上，在约5.0 GPa压力、1 500～1 800 K温度条件下，合成出了颜色均匀、晶形完整的黄色立方氮化硼单晶体。实验结果表明，在Mg-hBN体系中，氧化镁对合成cBN晶体的颜色及合成温度有很大的影响。     

籽晶{100}面形状对高温高压合成金刚石大单晶的影响

选用不同形状的{100}金刚石籽晶面,以NiMnCo合金为触媒,利用温度梯度法在压力为5.5 GPa、温度为1260～1300℃的条件下,合成Ib型金刚石大单晶。通过光学显微镜和电子显微镜对晶体的形貌进行表征。研究发现,将合成籽晶的{100}晶面切割成不同形状,只会令晶体的长宽比发生改变,晶体并不会因籽晶形状的改变而偏离{100}晶体的正常形貌。晶体的合成质量受到籽晶长宽比的影响:在籽晶长宽比较小的情况下,晶体的合成质量能够得到保证;但当籽晶长宽比过大时,合成晶体的下表面出现较多缺陷。关于籽晶形状对晶体生长情况影响的研究,揭示了籽晶形状与合成晶体形貌之间的关系,有利于更深入理解晶体的生长过程和外延生长机理,对于今后合成不同形貌的金刚石具有借鉴意义。同时此项研究有助于扩大籽晶的选取范围,降低籽晶的选择难度,提升工业级金刚石的利用率,为合成金刚石大单晶的籽晶选取提供了技术支持。     

Growth of gem-grade nitrogen-doped diamond crystals heavily doped with the addition of Ba（N3）2

Additive Ba(N 3) 2 as a source of nitrogen is heavily doped into the graphite-Fe-based alloy system to grow nitrogendoped diamond crystals under a relatively high pressure (about 6.0 GPa) by employing the temperature gradient method.Gem-grade diamond crystal with a size of around 5 mm and a nitrogen concentration of about 1173 ppm is successfully synthesised for the first time under high pressure and high temperature in a China-type cubic anvil highpressure apparatus.The growth habit of diamond crystal under the environment with high degree of nitrogen doping is investigated.It is found that the morphologies of heavily nitrogen-doped diamond crystals are all of octahedral shape dominated by {111} facets.The effects of temperature and duration on nitrogen concentration and form are explored by infrared absorption spectra.The results indicate that nitrogen impurity is present in diamond predominantly in the dispersed form accompanied by aggregated form,and the aggregated nitrogen concentration in diamond increases with temperature and duration.In addition,it is indicated that nitrogen donors are more easily incorporated into growing crystals at higher temperature.Strains in nitrogen-doped diamond crystal are characterized by micro-Raman spectroscopy.Measurement results demonstrate that the undoped diamond crystals exhibit the compressive stress,whereas diamond crystals heavily doped with the addition of Ba(N 3) 2 display the tensile stress.     

国产六面顶压机多晶种法合成宝石级金刚石单晶

对国产六面顶压机平台下使用多晶种法合成宝石级金刚石单晶进行了系统的研究. 通过合理调整温度梯度法的合成腔体组装, 采用多晶种法, 探索多晶种法金刚石合成的压力和温度区间, 在单个合成腔体内放置3–5颗金刚石晶种, 成功合成出多颗(3–5)优质Ib型宝石级金刚石单晶. 多颗晶种的引入, 单次实验合成的多个金刚石晶体晶形及品质一致; 同时, 晶体的整体生长速度也有明显的增大. 多晶种法金刚石单晶合成的研究, 可以有效地利用腔体空间、提高单次金刚石单晶合成的效率, 解决压机大型化下高温高压资源利用率低的问题; 同时, 为宝石级金刚石单晶商业化生产提供重要的依据. 关键词： 金刚石 国产六面顶 多晶种 温度梯度法     

PbTe的高温高压合成

 以高温高压为手段，在4～5GPa压力和700～1 200 K温度条件下，成功地合成出了PbTe。对合成样品进行了X射线测试分析，结果表明，合成的PbTe样品是具有NaCl结构的多晶，而PbTe的取向随着合成压力的升高发生变化。扫描电镜分析结果显示：高压合成的PbTe样品，其晶粒有了明显的取向；电阻率比常压样品低1～2个数量级，并随合成压力的升高而降低；热导率也同时低于常压合成的PbTe样品。以上结果说明，高压合成方法是改善材料性能的重要手段。     

基于有限元法分析宝石级金刚石的合成腔体温度场

以有限元法为理论分析手段模拟分析了温度梯度法合成宝石级金刚石大单晶的腔体温度场,实现了对宝石级金刚石的合成腔体内各位置温度同时测量.模拟结果表明:在宝石级金刚石合成过程中,其温度分布呈不均匀分布.腔体内高温区分布在样品(碳源+触媒)边缘,低温区分布在籽晶附近.样品腔内热量的传递方式和样品腔内的碳源输运方式相同,均由碳源的两侧向籽晶附近传输.籽晶附近轴向温度梯度大于径向温度梯度,导致单位时间内其轴向生长尺寸大于径向生长尺寸.宝石级金刚石腔体温度场分析的理论模型的成功构建,为新型宝石级金刚石腔体的研制提供了良好的设计基础,对促进优质宝石级金刚石的生长技术具有指导意义.     

基于有限元法确立碳化钨顶锤的破裂判据

以有限元法为理论基础,通过运行大型有限元软件,成功构建了铰链式六面顶压机配套顶锤的有限元理论模型,并确立了碳化钨顶锤的破裂判据。模拟结果表明:以小斜边末尾处为应力参考点,依据第四强度理论,能够对碳化钨顶锤的性能进行更加合理的数值分析。依据此判据可知:在顶锤锤面及小斜边附近,裂纹高发区分布在小斜边附近;在顶锤轴向上,裂纹高发区分布在距离顶锤锤面30 mm处。铰链式六面顶压机配套碳化钨顶锤的有限元模型以及碳化钨顶锤破裂判据的成功构建,为实现新型碳化钨顶锤的设计与研究奠定了基础,对促进实现铰链式六面顶压机腔体大型化具有现实意义。     

FeMn粉末触媒对合成金刚石的影响

 利用FeMn粉末触媒在国产六面顶压机上进行了合成金刚石单晶的实验,研究了高温高压条件下（5.7 GPa、1 550 ℃）,石墨-FeMn粉末触媒体系中金刚石单晶的生长特性。通过光学成像显微镜观测表明：合成出的金刚石单晶呈浅黄色,晶形完整,且都是八面体,晶体里含有白色物质,粒度集中在0.3~0.5 mm;通过扫描电镜观测了晶体的表面形貌,表面有熔坑;通过穆斯堡尔谱,发现粉末触媒里主要是FeMn合金和独立状态的Fe,金刚石内部主要是Fe和Fe₃C;利用X射线荧光光谱,检测出样品里有Fe和Mn元素。     

Dependence of Crystal Quality and β Value on Synthesis Temperature in Growing Gem Diamond Crystals

High quality Ib gem diamond single crystals were synthesized in cubic anvil high-pressure apparatus （SPD- 6 × 1200） under 5.4GPa and 1230℃-1280℃. The （100） face of seed crystal was used as growth face, and Ni70Mn25Co5 alloy was used as solvent/catalyst. The dependence of crystal quality andβ value （the ratio of height to diameter of diamond crystal） on synthesis temperature was studied. When the synthesis temperature is between 1230℃ and 1280℃, theβ value of the synthetic high-quality gem diamond crystals is between 0.4 and 0.6. The results show that when theβ value is between 0.4 and O. 45, the synthetic diamonds are sheet-shape crystals; however, when theβ value is between 0.45 and 0.6, the synthetic diamonds are tower-shape crystals. In addition, when theβ value is less than 0.4, skeleton crystals will appear. When theβ value is more than 0.6, most of the synthetic diamond crystals are inferior crystals.     

cBN晶体的Raman光谱测量

 用R1000激光共聚焦Raman光谱仪研究了高温高压合成棒中的立方氮化硼（cBN）晶体、原材料六方氮化硼（hBN）和催化剂。Raman光谱测量结果表明：伴随cBN晶体生长的散射峰,出现了两条全新的Raman散射峰（约1.088 cm^-1和约1.368 cm^-1）。该散射峰所对应的物质可能是在高温高压条件下hBN向cBN转变时生成的不完全产物——BN的一种新相。这一结果将有助于进一步讨论cBN的生长机理。