我国两面顶合成金刚石发展浅析

中国与世界的第一颗人造金刚石都是在两面顶压机,Ｂｅｌｔ型模具合成成功的。但由于中国的研究与开发投入很少,加之中国的工业基础水平低,至使我国的两面顶装备和工艺水平与国外相距甚远。六面顶技术以其投资小,工艺简单而占领中国市场,但产品质量炽低档水平。     

两面顶金刚石杂质的中子活化分析

金刚石里的杂质一直被人们所关注,相关的报道也较多,然而对于两面顶压机合成的高品级金刚石的杂质确很少有报道.本文采用一种新的检测手段-中子活化分析发现金刚石里除了含有触媒的杂质外,还含有十几种稀有金属元素,含量已达到10-9或10-6的数量级别.这些稀有元素的发现有利于我们更好的研究金刚石的性能,提高它的质量.此外,将国内和国外的两面顶金刚石杂质含量进行了对比,发现他们的含量已非常接近,这说明了我国的金刚石制造业已经发展到了一个新的阶段.     

北京中材人工晶体研究院有限公司 合成金刚石用触媒合金粉

<正>北京中材人工晶体研究院有限公司是隶属于中材集团的高新技术企业,主要从事人工合成晶体材料、高性能陶瓷材料、先进功能复合材料及制品的研发、生产和销售。公司研发的触媒合金粉末和触媒一石墨混合粉,广泛应用于国内两面顶和六面顶压机合成人造金刚石,有较高的市场占有率。生产规模达1500吨/年左右。触媒合金粉末主要用铁基材料经高温熔炼、高压水雾化破碎,经真空干燥后制成。国外金刚石行业已经广泛应用,近几年国内用量在     

天然和培育金刚石品质表征与呈色分析

金刚石是集最高硬度、超宽禁带、最高热导率等优异性能于一体的典型超硬多功能材料,天然金刚石储量低且价格昂贵,其中彩色天然金刚石在自然界中产储量极其稀少且致色机制较为复杂。高温高压法是制备金刚石的有效手段,然而调控金刚石颜色获得可控的彩色金刚石,仍面临极大挑战。本文通过对粉色、绿色天然和高温高压温度梯度法制备的金刚石进行一系列拉曼、荧光、红外和可见光吸收测试,详细地研究其品质、缺陷随温度变化及致色原因,发现彩色金刚石致色与电中性的N₂V缺陷(H₃)、剪切应力、塑性形变和NV⁰/NV^-色心等因素相关。通过各种手段获得不同颜色的金刚石不仅是为了其欣赏及收藏价值,其颜色的调控也有助于人们对金刚石形成机制的进一步了解,为培育彩色金刚石提供新的参考。     

从两面顶、六面顶、凹模的特点论我国合成金刚石装备大型化的方向

通过对高温高压合成金刚石3种主要装备在关键部件受力状况与使用寿命、高压腔体积与压力利用率、高压冲程大小与压力稳定性,高压腔变形与温场、压场的关系等方面的比较,分析了3种主要装备在技术难易程度、适用性选择和投入产出比的差异;强调了我国金刚石行业要改变当前只能生产中低档金刚石的现状,向生产高品级锯片级金刚石的方向发展,与国际接轨,应该走大型化两面顶的道路.     

人造金刚石晶体中微观杂质的TEM分析

本文成功地利用透射电子显微术探讨了高温高压条件下于Fe-Ni-C系统中生长的人造金刚石单晶内部的微观杂质.分析了金刚石晶体中杂质的微观结构、化学成分组成、晶体结构及其可能形成的原因.研究结果表明,金刚石晶体中微观杂质与原材料、传压介质和高温高压过程密切相关,主要由面心立方(FeNi)23C6,正交结构的FeSi2,面心立方SiC和非晶态石墨组成.     

两面顶模具结构的研究进展

本文简要介绍了两面顶装置在合成高档金刚石工艺中的优势,以及两面顶模具技术在欧、美、日和中国的发展历程及研究进展情况,给出了各类两面顶模具的结构示意图及模具相关技术的有限元研究,对今后两面顶模具的结构设计与力学分析提供了依据.通过对比不同两面顶模具的结构形式,对压缸的几何参数进行了系统的分类和汇总.简要分析了我国人造金刚石行业的发展现状.     

Marc有限元在Belt型两面顶模具应力分析中的应用

本文简要介绍了用于合成高品级金刚石工艺的Belt型两面顶装置的恶劣工作环境,以及模具的发展研究状况和相关技术瓶颈.简明概述了Marc软件强大的分析功能、程序结构特点以及接触问题的基本求解流程.以某一型号两面顶模具为例,利用Marc软件对其进行了建模计算,得到了模具的预应力分布,并采用Lame公式对计算结果进行了理论验证.     

纳米金刚石膜——一种新的具有广阔应用前景的CVD金刚石

以氢气为主要反应气体生长的CVD金刚石膜的晶粒尺寸过大限制了它在某些领域的进一步应用.当晶粒组成降到纳米级时,金刚石膜会表现出许多优异的性能,具有广阔的应用前景.与通常的CVD法生长金刚石的工艺不同,氩气在纳米金刚石的生长过程中发挥着重要作用.纳米金刚石的鉴定和评价是纳米金刚石研究中的重要部分.     

计算机控制CVD金刚石生长系统的研究

在CVD金刚石生长系统的基础上设计开发了计算机控制系统,对金刚石生长过程中各物理信号进行监测与控制,实现了无人值守下金刚石的生长.详细介绍了计算机控制的结构和软件实现方法.最后介绍了在计算机控制之下金刚石厚膜,纳米金刚石薄膜以及复合膜的生长.结果表明该系统运行稳定、可靠,控制效果明显优于人工控制,具有非常广泛的应用价值.     

硼协同掺杂金刚石单晶的高温高压合成

金刚石是一种具有优异性能的极限性超硬多功能材料。人工合成的金刚石可通过掺杂的方式使其具有各种独特的性质。掺硼金刚石兼具p型半导体的导电特性和金刚石自身优良的物理和化学性能,在国防、医疗、勘探、科研等领域具有极高的应用价值。本文基于本课题组高温高压(HPHT)法合成的系列掺硼金刚石以及硼协同掺杂金刚石单晶,进行了硼掺杂金刚石、硼氢协同掺杂金刚石以及硼氮协同掺杂金刚石的合成和性能特征等方面的研究。通过表征合成样品在光学、电学方面的性能,探讨了不同掺杂添加剂对合成金刚石性能的影响,为合成高性能的半导体金刚石提供了思路。     

氩气对直流弧光放电PCVD金刚石薄膜晶体特征的影响

本文采用自主研制的直流弧光放电等离子体CVD设备,在YG6硬质合金基体上进行了不同氩气流量下金刚石薄膜的制备研究.采用SEM对金刚石薄膜的晶体特征进行了观察.结果表明,氩气对直流弧光放电等离子体CVD金刚石薄膜的晶体特征有明显影响.在CH_4/H_2恒定时(0.8;),硬质合金基体上制备的金刚石薄膜表面形貌随Ar流量增加而变化的规律,即从以(111)八面体晶面为主→(111)和(100)立方八面体混杂晶面→以(100)立方体晶面为主→菜花状的顺序转变;当Ar流量为420～700 mL/min时,金刚石晶粒的平均尺寸由1.5 μm 逐步增大到7 μm;Ar流量为700～910 mL/min时,金刚石晶粒的平均尺寸由7 μm急剧减小到纳米尺度,约50 nm.     

Belt型两面顶模具温度场和应力场有限元分析及钢带缠绕数值模拟初探

在人造金刚石合成工艺中,两面顶模具合成腔体内的压力和温度起着至关重要的作用.根据对叶蜡石力学和热学行为的研究,基于MSC·Mare非线性有限元软件,建立了压缸温度场和应立场的有限元模型,模型中考虑了热导率等物理参数随温度的变化规律.采用FORTRAN语言开发了适用于温度和压力边界条件加载的相应程序,获得了合成状态下压缸的温度场和应力场分布情况.由温度梯度引起的热应力数值较小,对压缸所产生的影响程度较小.压缸内壁径向应力达到5GPa,接近硬质合金极限抗压强度.轴向应力最大值1GPa,出现在压缸外壁中心处.同时还建立了钢带缠绕模具其动态缠绕过程的简化模型,采用一种修正的库仑摩擦边界条件,模拟了钢带的缠绕过程,获得了钢带缠绕层间的应力、应变分布情况.     

静压触媒法人造金刚石晶体表面微形貌研究

通过对六面顶压机和两面顶压机生产的静压触媒法人造金刚石晶体表面微形貌图案的研究,发现了人造金刚石晶体表面的胞状图案和枝蔓状+胞状+层状的组合图案.对这些形貌研究表明,这类人造金刚石晶体是在远离平衡的条件下快速长成的.     

化学气相沉积(CVD)金刚石研究现状和发展趋势

化学气相沉积(CVD)技术的发展使得金刚石优异的综合性能得以充分发挥,在诸多领域获得应用,并有可能实现跨越式的发展。色心使得金刚石量子加速器初步显示了巨大可行性,包括紫外激光写入窗口等诸多应用场景将金刚石的光、电、热和力学综合优势发挥到了极致,超宽禁带金刚石半导体应用将很快实现,金刚石的散热应用也在不断拓展。本文在总结CVD金刚石的制备方法和性能特点的基础上,根据金刚石的本征特点和应用领域,将其分为量子级、电子级、光学级、热学级和力学级五类,对各类金刚石的研究和应用状况进行了详细阐述,进一步明晰CVD金刚石目前的发展状态,对研判其未来发展趋势有重要意义。     

CVD金刚石薄膜涂层衬底预处理方法

概述了CVD金刚石薄膜涂层衬底预处理的基本方法,并对一些主要方法作了评述.对于硬质合金类衬底预处理、铜衬底表面预处理、钢铁衬底表面预处理、硅表面预处理,提高膜基结合力的途径除有研磨、超声清洗、植晶、化学腐蚀、等离子体刻蚀、沉积中间过渡层等方法外,还有优化衬底形状、通过表面扩散感应促进成核等手段.     

人造金刚石金属包膜研究进展

对高温高压下合成金刚石形成的金属包膜的深入研究具有重要意义,有可能是揭示金刚石合成机理的     

硼掺杂金刚石薄膜研究

硼掺杂是改善金刚石薄膜电阻率的有效手段,被认为是将金刚石薄膜用于制备电化学电极的途径.本文通过CVD法在单晶硅片上制得掺硼金刚石薄膜(BDD),并采用四点探针、扫描电镜、激光拉曼和电化学工作站对之进行检测,发现随着硼掺入量的增加,薄膜电阻率逐渐降低,重掺杂时可达2.0×10-3Ω·cm.同时金刚石薄膜的固有质量出现恶化,表现为金刚石晶粒的碎化以及拉曼观察到的薄膜内应力的增加和非金刚石峰的出现.对薄膜电极进行电化学测量发现BDD电极在酸性溶液中具有非常宽的电位窗口和高的阳极极化电位,且背景电流极低.