第二种人造超硬材料——立方氮化硼

一、立方氮化硼(CBN)发展简史人类接触天然金刚石已经有相当长的历史了。其规则的晶形、光彩夺目的色泽使它成为宝石之冠。当人们充分意识到它的超硬特性的价值之后,天然金刚石便作为工具获得应用。鉴于天然金刚石产量的稀少,长期以来,促使人们进行各种人工合成的试验。随着超高压技术的进步,这一努力终于在1953年依靠高温高压手段首先获得成功。用普通的石墨合成出具有天然金刚石超硬特性的人造金刚石,使人们在超高压与新材料之间关系上有了进一步的认识,鼓舞了人们去从事第二种、第三种新型超硬材料的探索。     

Si和Mo基片上气相生长金刚石薄膜的界面状态研究

在低压气相生长金刚石薄膜中,金刚石薄膜与基片间的界面状态是一个十分重要的问题,它不仅与金刚石在异质基片上的成核、生长机理有密切关系,而且在很大程度上决定着金刚石薄膜与基片的粘附性能.近几年来,人们首先较多地研究了单晶Si基片生长金刚石薄膜中的界面状态,认为在金刚石薄膜与Si基片之间存在着一个界面层或过渡层,其主要成分是β-SiC.但也有人认为不存在界面层,金刚石是在Si表面直接生长的.其它基片上生长金刚石薄膜的界面状态也曾见报道.     

像金刚石一样硬?

金刚石晶莹剔透,光彩夺目,是为世人梦寐以求的宝石之最。但是,金刚石除了能唤起人们的神秘感和浪漫情怀之外,它还具有其另外的世俗之一面:在工业上使用。金刚石的非凡硬度,使其在切割和打磨其他硬质材料、增强制造工具的耐久性方面,具有无可替代的地位。 乍看一粒金刚石,很难令人相信,其生成物质与一支石墨铅笔芯、一块松软的煤炭没有两样。金刚石的碳原子按刚硬的晶体结构排列,而石墨的碳原子却形成光滑扁平的薄片。 1955年,美国通用电气公司的科学家通过对石墨施加极高压力的方法,首次制得合成金刚石。用这种方法制成的金刚石,像砂粒一样细微,所以其最好的工业用途是作磨料。 但是,金刚石作为一种切割工具,亦非万能。比方说,用金刚石切割钢就不太顶用。钢基本是铁与碳的混合体,遇到高温,铁就变得像吸附碳的海绵一般,与金刚石中的碳     

直流电弧等离子体射流法沉积金刚石薄膜

金刚石以其卓越的理化性能而受到人们普遍重视。近年来兴起的低压气相合成法,为金刚石在各领域中的更广泛应用提供了光明的前景。但诸多种低压合成法的不足之处在于金刚石的沉积速率还比较低,在某种程度上限制了它的应用范围。直到80年代末,才在日本出现了一种高速沉积金刚石薄膜的方法,就是直流电弧等离子体射流方法,其沉积速率比其它低压法要高几倍到几十倍。     

金刚石膜的生长特性及界面结构研究

众所周知,金刚石具有优异的电学、热学及机械特性,气相合成金刚石方法作为一种新的金刚石合成技术具有广阔的发展前景。目前用各种化学气相沉积(CVD)方法已合成出了具有不同用途的金刚石膜。随着气相合成金刚石薄膜制备与应用研究的发展,人们在气相合成金刚石薄膜的机理研究和物性研究方面作了许多工作,其中Williams等人对微波CVD     

低压气相CVD制备六方金刚石薄膜及其鉴定

六方金刚石的存在是由Ergun和Alexander在1962年预言的。他们指出,象立方金刚石中那样与四个等距碳原子成键的碳原子,可能有另外一种堆积方式——六方晶体结构。六方金刚石中碳原子的键长及键角与立方金刚石完全相同,所以,二者有相同的密度及相近的物理、化学性质,但二者可以由X射线衍射加以区分。后来,人们分别用静压法、爆炸法合成了六方金刚石,并在陨石中发现了六方金刚石,陨石是天然六方金刚石的唯一来源。     

大密度金钢石

设在美国纽约州斯克内克塔迪市的通用电气研究与发展中心(GE)的化学家用含有过量的中子的碳制成了人造金刚石。GE的化学工程师W·F·班霍尔泽说:“天然金刚石一般含碳13同位素不足1％,而这种新金刚石却含有碳13同位素达99％。完成这项分析的同行,福特汽车公司H·霍格韦说:“用高分辨率的X射线衍射仪测量了天然金刚石和五个GE的人造金刚石,这种较重的人造金刚石碳原子排列比碳12同位素金刚石更紧密”。GE的科学家们也描述了人造金刚石的晶体质量,它的质量几乎与硅半导体相匹敌,包括目前已知的一些极少有缺陷的晶体。GE的研究人员首次制成的极小金刚石束它含有要求数量的较重碳原子。为了做到这一点,他们使     

超高压下掺杂烧结含硼金刚石多晶体的研究

超高压掺杂烧结金刚石多晶体的成本低,用途广,在某些性能上超过了合成金刚石大单晶和天然金刚石,在不同的工业和超高压技术的研究工作中已显出其应用前景。研制具有耐磨性好和耐热性高的多晶金刚石的途径,有着重要的实际意义和理论的意义,受到人们的关注。     

多晶金刚石团块的形成和触媒金属的推移现象

一、引言自然界中存在少量的如巴拉斯、黑金刚石之类的多晶金刚石团块。鉴于它们有独特的机械性质,试图理解这类金刚石的形成机制并在实验室中进行合成,便成为人们十分感兴趣的问题。我们用金属触媒方法进行了这类金刚石合成的尝试,观察团块形成的条件与特征、触媒在试样中的运动以及与所形成团块的性能的关系。     

地幔的窗口：金刚石

从经济价值而言，金刚石是最昂贵的宝石饰品；从科学意义而言，它还是直接可以提供地幔的物理状态与化学组成的窗口。笔者简要介绍了金刚石在自然界的产状、形成条件、不纯净组分、各类包裹体的特征以及成因模型。金刚石最主要的寄主岩为地幔橄榄岩和榴辉岩。金刚石中的同生包裹体可以为其形成时的寄主岩组成、温压条件、在地幔中的存留年龄提供重要的依据。近20多年来在金刚石中发现了深达下地幔的超深矿物包裹体，它又成为了认识全部地幔物质组成的唯一窗口。     

人造金刚石生产新法

日本松下电子零部件公司研究出一种采用离子束生产金刚石晶体的新方法,并运用这种新方法成功地在低压室温的条件下生产出金刚石。金刚石,它的高绝缘性和高导热性正在吸引着电子材料研制者们的注意力。在室温和普通气压下生产金刚石是世界上新材料研究者们的梦想,然     

用碳化硅合成的金刚石的阴极荧光

作为一种宽禁带半导体,金刚石被期待在紫外发光二极管或激光器方面得以应用.但金刚石晶体中的杂质和空位对它的光学特性有很大的影响.因此,对金刚石中杂质与光学特性关系的研究,以及对杂质控制的研究都具有重要意义.对金刚石中杂质引起的光心曾有过大量报道.但过去只了解氮、硼、镍3种杂质与光心有关.最近,又证实了一种与硅有关的光心.Vavilov等首先报道了用CVD(化学气相沉积法)制备的多晶金刚石的阴极荧光谱具     

金刚石表面的功能化修饰

化学气相沉积法(CVD)制备金刚石薄膜的出现, 使人们大规模利用金刚石优异性质的愿望得以实现. 但是, 金刚石薄膜表面sp³碳构造的高稳定性导致其表面可再造性能差, 无法满足制备各种功能性表面的需要. 本文从化学修饰的角度, 概括和总结了金刚石薄膜表面的功能化修饰和分子微结构设计等问题. 讨论了金刚石表面的活性官能团导入, 金刚石表面修饰有机(生物)分子, 以及通过金属、金属氧化物修饰制备具有良好催化活性的金刚石表面的制备方法, 并对金刚石薄膜在不同领域内的应用前景作了展望.     

天然金刚石中杂质氮原子对的电子顺磁共振(EPR)研究

氮是金刚石中的主要杂质。它在金刚石中的含量和存在形式历来受到普遍的重视。对于天然金刚石,氮的含量可达0.23％,它主要呈非顺磁性双原子氮的组合(N_2)和氮的小片状集合体(N_2),其次是顺磁性单个置换原子氮(简称‘孤氮’)和氮同空位的组合(N_3V,NVN等)。然而在人造金刚石中,从顺磁性孤氮(N)到非顺磁性双原子氮组合(N_2)之间,还存在着一种     

离子束辅助沉积碳氮薄膜的结构与性能

β-C_3N_4是人们根据理论计算而设计的一种目前在自然界尚未发现的新材料.β-C_3N_4具有类似于β-Si_3N_4化合物的晶体结构,其中碳原子为SP~3杂化结构,而氮原子呈现SP~2键原子组态.根据理论模型计算分析,β-C_3N_4应该有比金刚石更大的弹性模量和更高的硬度.β-C_3N_4所具有的结构与性能特征已引起了人们广泛的兴趣,对它将来的开发应用进行预测表明,β-C_3N_4化合物薄膜可望形成优于金刚石的既硬又光滑的新型膜系材料,并且有可能在航空航天等高技术领域获得重要的应用.     

类金刚石膜及其淀积条件的研究

类金刚石薄膜是８０年代初出现的新型非金属薄膜材料之一,目前已受到了人们广泛的注视并引起了人们的极大兴趣。本文重点介绍双离子束溅射方法,对该方法在不同条件下制备的类金刚石薄膜进行了部分性能测试,通过对测试结果的比较及深入讨论,获得了用双离子束溅射方法制备性能优异类金刚石薄膜的最佳条件及有用结论。     

用微波等离子体化学气相沉积(MWCVD)法在(100)Si衬底上沉积织构金刚石膜

人工合成金刚石薄膜最重要的应用前景之一是有可能成为新一代高温、高频、大功率半导体器件的材料,但由于多晶金刚石膜中颗粒的晶向分布杂乱,而且存在大量的晶粒间界和缺陷,大大地影响了膜的质量,不可能用以制造高性能的电子器件,所以人们一直在致力于金刚石外延膜的研究.1992     

激光诱发巴基管向金刚石的相转变

金刚石由于其超高的硬度,已逐渐成为切削、抗磨等方面的首选材料.C_(60)发现后,已有利用冲击法将其转变成金刚石的报道,巴基管与C_(60)结构上类似,但它相对于C_(60)来讲,成本低、容易大量生产,因此更有可能进入工程应用.目前,利用巴基管作为衬底,通过化学气相沉积的方法已生长出良好的金刚石薄膜,并使金刚石的成核和生长速率大为提高.同时,巴基管在高温高压下合成金刚石的研究工作也取得了可喜的进展 本文以球墨铸铁为基体,以巴基管为涂层,通过激光熔凝和后续热处理的方法,在铁-碳合金体系中获得了微米尺寸的金刚石晶粒.     

辽宁金伯利岩亚微米级金刚石的发现及其意义

尽管在世界上对金刚石矿物学已进行了大量的研究,但对金伯利岩中金刚石的形成、生长的机理问题,还需要作进一步探索。为此,我们对明显保留有晶体生长过程特征的特别结构的金刚石标本进行了研究。本文讨论其中的一些发现及我们的认识。 1 研究方法 双目镜下,在观察研究金刚石形貌的基础上,选出有代表性的金刚石颗粒,将它置于铅板上,     

立方氮化硼薄膜的织构生长

立方氮化硼(C-BN)除了具有一系列类似于金刚石的优异的物理化学性质,如高硬度(仅次于金刚石),宽带隙(E_g≈6.6eV),高的电阻率和高的热导率外,还具有一些优于金刚石的性质,如比金刚石高的热稳定性和化学稳定性,容易实现p型和n型掺杂(而金刚石的n型掺杂国际上至今尚未实现),与Si,GaAs更接近的热膨胀系数.因此,C-BN在力学、光学、热学、电子学等方面有着极其广泛的应用前景.其中最为诱人的前景是在电子学方面,首先作为一种易于p型,n型掺杂的宽带隙半导体材料,它可以应用于高温、高频、大功率、抗辐射电子器