高氮含量宝石级金刚石单晶的高温高压合成

氮是金刚石（包括天然金刚石和人工合成金刚石）中最普遍的杂质,长期以来广受研究者的关注. 人工合成出类似天然金刚石的具有较高氮含量的金刚石晶体是极富挑战性的研究课题. 本工作通过在合金溶剂和石墨碳源中添加含氮物质,利用温度梯度法在国产六面顶高压设备上合成出了系列大尺寸、高氮含量的宝石级金刚石单晶. 借助显微红外光谱,对合成的金刚石晶体中的氮含量进行了测定. 研究发现随着含氮物质添加量的提高晶体中氮含量基本呈线性增加. 最终合成出了氮含量高达1707 ppm的毫米级高氮含量金刚石单晶,以及最大尺寸达3.5 mm,氮含量达1520 ppm的绿色高氮宝石级金刚石单晶.     

合成人造金刚石的几个问题

金刚石系目前自然界已知物质中硬度最高的一种物质,它是一种重要工业材料,在国民经济中有着重大的意义.在工业中广泛地使用金刚石和金刚石制品,可以大大地提高劳动生产率和产品质量.天然金刚石的资源有限,开采困难,远不能满足工业日益增长的需要.人造金刚石的出现,为工业的发展创造了有利的条件.要求生产大量高质量、大颗粒、新品种的人造金刚石,是目前人造金刚石生产者和研究者面临的课题.一、合成金刚石用的超高压、高温装置 目前,各国超高压高温工作者,正在大力提高超高压水平,由十几万巴、二十万巴水平提高到六十万巴左右(静压),并开始…     

人工合成金刚石研究进展

1796年英国科学家S．Tennant的精确燃烧实验，首次揭示金刚石是由纯碳构成的宝石，从此人类开始了漫长的人工合成金刚石的探索．金刚石通常只能在极端条件下形成，因此，合成技术的突破是人类合成水平提高的一个重要标志，文章对这一领域一些重要工作做了简单回顾，也讨论了作者在合成金刚石方面的工作．我们在440℃的低温条件下，用碱金属(Li，Na，K)还原超临界CO2，得到透明、大尺寸的金刚石晶体，首次实现了金刚石燃烧实验的逆过程，即把低能、直线型CO2分子变成了碳-碳四面体连接的金刚石，开辟了人工合成金刚石的新途径．也讨论了它与天然金刚石起源之间的可能联系．     

马赫反射效应在炸药爆轰合成金刚石中的应用

 在爆轰法合成超细金刚石中，利用马赫效应提高金刚石得率。用Whitham方法计算马赫杆上的爆轰参数。实验采用中间为TNT药柱、外边包裹TNT/RDX（30/70）的装药，在爆炸罐氮气介质中爆炸，超细金刚石得率为6%，包裹盐后得率超过10%。     

马赫反应效应在炸药爆轰合成金刚石中的应用

在爆轰法合成超细金刚石中，利用马赫效应提高金刚石得率。用Ｗｈｉｔｈａｍ方法计算了马赫杆上的爆轰参数。实验采用中间为ＴＮＴ的药柱、外边包裹ＴＮＴ／ＲＤＸ（３０／７０）的装药，在爆炸罐氮气介质中爆炸，超细金刚石得率为６％，包裹盐后得率超过１０％。     

物理1972年第1卷第1-3期总目录

题 目 作 者 页数 期数2.5埃分辨率猪胰岛素晶体结构的研究……………………胰岛素结构研究小组(1)1在核反应的粗糙结构理论中靶核中的单个核子对平沟场的影响………………任庚未(19)1碘酸锂单晶的生长………………………中国科学院物理研究所碘酸锂晶体研究小组(28)1爆炸法人工合成金刚石………………中国科学院物理研究所　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　爆炸法人工合成金刚石小组(37)1　　　　　　　　　　　　　　　　北京砂轮厂一个可能的重质量荷电粒子事例…………………中国科学院原子能研究所云南站(57)20.01…     

蜜蜂中磁铁矿纳米粒子的合成

磁铁矿在自然界中包括在生物体中分布广泛且极其重要,磁铁矿纳米粒子的制备是研究者关注的热点。生物合成磁铁矿纳米粒子具有人工合成磁铁矿纳米粒子所没有的特性和优势,本文就以蜜蜂为例,简要描述了蜜蜂体内超顺磁磁铁矿纳米颗粒的磁学特性及合成过程,以对磁铁矿纳米粒子在自然界中的合成提供参考和借鉴。     

甲烷-氢混合气相生长金刚石薄膜

目前,金刚石的合成主要是以石墨为原料,采用高温高压法合成金刚石小颗粒.尽管从五十年代起,许多研究工作者以碳氢化合物为原料想在低气压下合成金刚石薄膜.但一直到七十年代初,S.Aissenbera[1]和C·Weissma-netl[2]等才用离子淀积法生长出了类金刚石薄膜(即膜的大部分为非晶碳结构). 八十年代以来,B.V.Spitsyn[3]提出的化学输运法,S.Matsumoto[4]提出的热丝化学气相淀积(CVD)法,Mutsukazu Kamo[5]等提出的微波等离子体CVD法和A.Sawabe[6]提出的电子促进CVD法,都是以碳氢化合物为原料,混合大量氢气,才生长出真正的金刚石颗粒和薄膜.…     

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…     

纳米级金刚石超微细粉的性能参数分析

本文对用爆炸法合成的两批纳米级金刚石超细粉进行了初步研究,ＸＲＤ表明样品Ⅰ和样品Ⅱ是立方相金刚石晶体结构,粒径平均为～４０;ＦＴＩＲ光谱显示样品Ⅰ中含有较多的石英杂质;测量了纳米级金刚石超细粉的拉曼光谱,对其不同于大块金刚石拉曼峰的现象,用量子限制效应模型作出解释。     

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     

爆炸法合成纳米碳集聚体和纳米金刚石的EPR研究

爆炸法合成的纳米碳集聚体和纳米金刚石具有大量的结构缺陷和表面官能团. 电子顺磁共振（EPR）研究表明,它们均含有大量的自由基,而且纳米碳集聚体和纳米金刚石的EPR谱的形状、峰面积、g因子以及线宽ΔH_pp等都存在着较大的差异. 此外,还探讨了制备方法、化学处理条件、粒径大小、表面改性及掺杂对纳米碳集聚体和纳米金刚石的自由基密度的影响.     

锌添加对大尺寸金刚石生长的影响

利用温度梯度法,在6.2—6.4 GPa,1270—1400℃条件下,通过在NiMnCo-C体系中添加不同比例的锌粉成功合成出3 mm左右的大尺寸金刚石单晶.研究了锌添加对金刚石颜色、形貌、内部氮杂质以及晶体结晶度的影响.结果表明:随着锌添加量逐渐增加,晶体的颜色逐渐变浅,晶体的透光性增强;当锌添加比例达到3 wt.%时,晶体表面出现大量不规则的凹坑;晶体内氮杂质主要以C心形式存在,随着锌添加量的增多晶体内氮含量逐渐降低,基于锌的除氮能力总结出两种可能的除氮机制;拉曼光谱测试结果表明,在锌添加量小于3.0 wt.%的研究范围内,锌的添加有利于提高晶体的结晶度.本研究不仅有助于天然金刚石形成机制的探究,而且对丰富金刚石的种类以及扩展人工合成金刚石的应用领域都有着重要意义.     

高温高压下多环有机物合成亚微米金刚石

亚微米尺寸的金刚石粉末对超精细研磨抛光而言是非常理想的磨料,但高品质亚微米尺寸金刚石粉末的合成与制备到目前为止仍面临着许多的困难和挑战。在避免使用金属触媒的情况下,以萘为前驱体在11 GPa压强、1 700℃的温度条件下成功合成了高品质亚微米尺寸的金刚石粉末。所合成的金刚石粉末具有比较高的相纯度,金刚石晶粒普遍都是晶体形态发育良好且相互独立彼此分散的自形晶。晶粒粒度的频率分布属于正偏态分布,相应的平均值、中数及众数分别为158. 1,221. 5,262. 5 nm。对数正态分布拟合中,晶粒粒度的期望值和标准偏差分别为(243. 3±4. 2) nm和(122. 3±5. 4) nm。将近96%的晶粒都分布在亚微米尺寸范围内。本工作将为高品质亚微米尺寸金刚石粉末的合成与制备提供有效途径。     

人造金刚石的制备方法及其超高压技术

介绍了天然金刚石的生长机理和人造金刚石的发展历史,从静压法、动压法和低压法3种方法概述了人造金刚石制备方法的研究现状;针对4种现今普遍使用的金刚石合成装置,即两面顶、四面顶、六面顶和分割球高压装置,阐述了其结构设计和使用现状;总结了金刚石行业目前存在的主要问题,并对其发展趋势进行了展望。     

硼氢协同掺杂Ib型金刚石大单晶的高温高压合成与电学性能研究

在压力6.0 GPa和温度1600 K条件下, 利用温度梯度法研究了(111)晶面硼氢协同掺杂Ib型金刚石的合成. 傅里叶红外光谱测试表明: 氢以sp³杂化的形式存在于所合成的金刚石中, 其对应的红外特征吸收峰位分别位于2850 cm^-1和2920 cm^-1处. 此外, 霍尔效应测试结果表明: 所合成的硼氢协同掺杂金刚石具有p型半导体材料特性. 相对于硼掺杂金刚石而言, 由于氢的引入导致硼氢协同掺杂金刚石电导率显著提高. 为了揭示硼氢协同掺杂金刚石电导率提高的原因, 对不同体系进行了第一性原理理论计算, 计算结果表明其与实验结果符合. 该研究对金刚石在半导体领域的应用有重要的现实意义.     

金刚石合成片白色物的分析

在高压、高温合成金刚石后,有时会发现合成片的局部或大部分演变成白色和灰色等物质,甚至在合成多晶金刚石过程中也发现类似的白色物.一旦出现这一现象往往会引起合成电流和功率波动,电压下降,操作工艺难以控制,影响金刚石的质量和产量.因此,对合成片白色物的分析研究是很有意义的. 在制造金刚石过程中,几乎都发现有不同程度的白色物质.目前对于它的产生原因有几种不同的看法:有人认为是触媒合金杂质太多,是属于触媒质量问题;有的认为是渗入合成棒的叶蜡石物质在金刚石合成过程中转变形成的;还有的则认为是金刚石合成工艺的问题等.为此,本文…     

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.     

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.     

高压相图

高压相图是压力作用下的物质状态图.高压相图可以给出在温度和压力的联合作用下固体的结构状态和相平衡的关系,揭示物质在高压力下的许多特殊行为,也可以为高压合成技术和工艺提供有用的信息. 压力对相变的影响是上世纪研究气体液化时开始的.本世纪五十年代,人工合成金刚石的实