高压合成立方氮化硼用的新触媒材料的研究

 本文研究了合成立方氮化硼用新触媒材料Mg₃B₂N₄及Ca₃B₂N₄的制备方法，并对它们的稳定性及其催化作用进行了讨论。氮化硼原料的结晶状态及合成温度、合成时间、气流量等对新触媒的合成有着重要的影响。本文还在高温高压下利用新触媒进行了立方氮化硼的合成实验，结果表明，与碱土金属触媒相比新触媒具有合成压力低、转化率高、合成温度和压力范围宽、产物杂志含量低、破碎强度高等优点，是一种应用前景很大的触媒材料。     

有关纳米管的三则信息

科学家能制造出多长的碳纳米管呢?一般认为很难超过几微米．但中国科学院物理研究所解思深研究员率领的科研小组在上个世纪90年代便制作出了当时世界之最3毫米长的碳纳米管．现在，以美国洛斯．阿拉莫斯国家实验室朱允阗(Yuntian Zhu)为首的小组却制作出了4厘米长的碳纳米管．这一科技成果暗示在碳纳米管的制作上基本没有长度的限制．     

触媒组分对高温高压金刚石大单晶生长及裂纹缺陷的影响

本文利用六面顶压机,在5.6 GPa, 1250—1450℃的高压高温条件下,分别选用FeNiCo和NiMnCo触媒合金开展了金刚石大单晶的生长实验,系统地考察了触媒组分对金刚石单晶裂纹缺陷的影响.首先,通过对两种组分触媒晶体生长实验对比发现,金刚石大单晶裂纹缺陷出现的概率与触媒组分相关联.同NiMnCo触媒相比, FeNiCo触媒生长的金刚石单晶更容易出现生长裂纹.我们认为,这与FeNiCo触媒黏度高、流动性差、碳素输运能力差、生长中晶体比表面积大,进而导致其对生长条件稳定性的要求较高有关.其次,两种触媒极限增重速度和生长时间的关系曲线表明,相同生长时间条件下, NiMnCo触媒生长金刚石单晶的极限增重速度相对较大.再次,扫描电子显微镜测试结果表明,裂纹缺陷的出现与否同晶体表面平整度的高低无必然联系,表面平整度高的金刚石单晶内部也可能存在裂纹缺陷.最后,经对金刚石单晶傅里叶微区红外测试结果进行分析,得出了氮杂质含量的高低与金刚石单晶裂纹缺陷的出现与否无内在关联性的研究结论.     

高温高压下掺硼宝石级金刚石单晶生长特性的研究

本文在5.1—5.6 GPa,1230—1600℃的压力、温度条件下,以FeNiMnCo作为触媒,进行单质硼添加宝石级金刚石单晶的生长研究.借助于有限元法,对触媒内的温度场进行模拟.研究得到了FeNiMnCo-C-B体系下,金刚石单晶生长的P-T相图.该体系下合成金刚石单晶的最低压力、温度条件分别为5.1 GPa,1230℃左右.研究发现,在单晶同一{111}扇区内部,硼元素呈内多外少的分布规律.有限元模拟结果给出,该分布规律是由在晶体生长过程中,{111}扇区的增长速度逐渐减小所致.{111}晶向的晶体生长实验结果表明,硼元素优先从{111}次扇区进入晶体.研究发现,这是该扇区增长速度相对较快,硼元素扩散逃离可用时间短导致的.另外,同磨料级掺硼金刚石单晶生长相比,对于温度梯度法生长掺硼宝石级金刚石单晶,由于晶体的增厚速度较慢,即使硼添加量相对较高,也可以实现表面无凹坑缺陷的优质金刚石单晶的生长.     

用粉状技术合成高品级金刚石的研究

本文比较系统地介绍了合成高级金刚石的一种新方法.研究中采用粉状触媒和粉状石墨作为原料,在超高压、高温的条件下,经一定的工艺流程合成了高品级粗、细粒度金刚石,其各项技术指标达到了国内领先水平.用该方法合成金刚石的突出特点是粒级可控、粒度集中、单产高、连聚晶少、颜色黄、强度高.     

Ni-Mn粉末触媒中固溶碳的作用效果和机理初探

 在国产DS6×800A型六面顶压机上，对比研究了含与不含固溶碳的Ni-Mn粉末触媒，采用直热式静压触媒法合成金刚石的差异。实验表明：Ni-Mn粉末触媒中固溶碳的存在，不仅可以提高金刚石的合成单产、细化金刚石晶粒，而且在同工艺条件下，能得到晶形完整度较高的金刚石单晶。     

Ca3B2N4-hBN系中立方氮化硼的膜生长机制

 以Ca₃B₂N₄为触媒,在高温高压下对六角氮化硼进行处理,在六角氮化硼与触媒的交界处得到了被金属膜包覆的立方氮化硼晶体。这表明六角氮化硼到立方氮化硼的转变与人造金刚石的膜生长机制类似：立方氮化硼晶体在触媒与六角氮化硼接触处择优成核,在生长着的立方氮化硼与六角氮化硼之间存在着金属薄膜,该膜对立方氮化硼“基元”有输运作用。随着该金属膜向六角氮化硼区的推进,在其后留下生长的立方氮化硼晶体。     

锌添加对大尺寸硼掺杂金刚石生长的影响

采用高温高压法在NiMnCo体系下,通过添加低熔点金属锌合成出硼掺杂金刚石晶体.探究锌添加剂对硼掺杂金刚石晶体合成条件、形貌、颜色的影响.实验结果表明在NiMnCo体系中,随着锌添加量增加,硼掺杂金刚石的合成压强和温度明显提高,晶体的颜色逐渐变黑;红外吸收光谱显示,随着锌添加量的增加,氮杂质特征吸收峰1130 cm-1和1344 cm-1逐渐消失,氮杂质含量降低至消失;1290 cm-、2460 cm-1、2800 cm-1硼相关吸收峰增强,即硼杂质的含量逐渐增多.在传统NiMnCo触媒体系下,锌的添加有利于硼原子进入金刚石晶格中去,本工作为合成高质量硼掺杂金刚石提供新的思路.     

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.     

静压触煤法制备的人造金刚石中的晶体缺陷

本文首次采用透射电子显微术系统地研究了由FeNi触媒制备的金刚石单晶的微观结构,分析了人造金刚石中存在的晶体缺陷,探讨了这些晶体缺陷形成的原因,研究发现金刚石中存在层错,棱柱位错,位错列和位错网络等晶体缺陷,研究结果表明,金刚石中的晶体缺陷与金刚石的高温高压合成过程密不可分,主要起源于金刚石中大量过饱和的空位和观杂质所引起的内应力。