高温高压下石墨变金刚石的结构转化机理

本文从容观事物内部矛盾的斗争及其在特定条件下可以相互转化这一基本观点出发,从分析石墨、金刚石和触媒物质三者的结构和原子间的相互作用入手,提出了一个高温高压下石墨变金刚石的结构转化机理。 本文认为,在一定条件下,石墨中碳原子的sp~2π杂化状态可以转化为sp~3杂化状态,从而使石墨变成金刚石。这就是石墨具有在一定条件下可以转变成金刚石的内在矛盾性,也是结构转化机理的理论基础。由此出发,说明在一定条件下,石墨既可以通过溶解扩散过程,又可以通过直接转变过程转变成金刚石,并给出了在无触媒及有触媒作用的情况下,石墨转化为金刚石的微观机理图象。提出了如何选择触媒与石墨的指导原则。同时还提出了一个在目前生产金刚石常用的合成方法中,如何进一步提高晶粒度和强度的途径。     

高温高压下无定形碳向金刚石结构转变的研究

碳素材料是合成金刚石的原料。人们对熔媒参与下,石墨向金刚石转变研究得最多,并对这一转变过程提出了不同的解释。本文以无定形碳为碳源,来探讨其向金刚石的转变过程。通常使用石墨而不用无定形碳作碳源来合成金刚石,其原因在于无定形碳不具备直接转变成金刚石所必须的结构。实验表明:无定形碳向金刚石转变必须经过石墨化。无定形碳的石墨化过程是:构成三维排列的石墨晶体结构和石墨晶粒的长大。     

MPCVD金刚石薄膜形貌与晶向

以甲烷、氢气做为气源,利用微波等离子气相沉积的方法在硅片上沉积金刚石薄膜。研究了不同浓度的甲烷对金刚石薄膜形貌和晶向的影响。结果表明:当甲烷浓度为2.44%时,金刚石薄膜晶粒尺寸小,晶形较差,晶面取向以(111)、(220)面为主;甲烷浓度为0.50%时,金刚石薄膜晶粒尺寸较大,晶粒棱角分明,晶面取向以(111)面为主。     

石墨衬底生长高质量金刚石膜的优势

石墨衬底上可以沉积出晶体取向性较强的(220)织构的金刚石膜,这种金刚石膜的热导率高、断裂强度大;石墨衬底上沉积金刚石形核致密、速度快;石墨上沉积的金刚石膜纹理缺陷少。对石墨衬底的这些优势做了比较详尽的分析。     

CVD金刚石膜场发射机制的探讨

通过分析CVD金刚石膜的结构,对CVD金刚石膜的场发射机制进行了研究,结果表明金刚石膜内含有一定数量的石墨,当电子通过石墨时从石墨的电场中获得能量增大了电子隧穿金刚石晶粒的系数,据此提出了金刚石膜内石墨相增强电子隧穿金刚石颗粒以增强金刚石膜场电子发射的机制,并且根据该机制解释了一些实验现象。     

触媒对人造金刚石组织及性能的影响

本文研究了触媒对合成金刚石的组织及性能的影响。结果表明:触媒晶粒细小均匀,夹杂物较多时,有利于金刚石的形核,获得的细小金刚石较多,单次产量较高,但完整晶形所占比例较少,单颗粒抗压强度较低。而当触媒晶粒较粗大,为变形晶粒,夹杂物数量较少时,则得到与上述相反的结果。     

超硬纳米类金刚石膜的结构特点及其形成机制的探讨

研究了超硬碳膜的力学性质、波谱性质及结构性质 ,指出有一种无氢类金刚石膜是由石墨碎片、布基葱和金刚石晶粒以新型的共价键组成的网架结构 ,具有良好的力学性能 .由于石墨碎片中的π键变形 ,石墨碎片和布基葱边缘的不饱和悬键与金刚石晶粒周围的悬键结合成新型的共价键 .金刚石晶粒只能由激发态碳原子在非平衡重组过程中产生 ,而石墨碎片既可以在碳原子重组过程中产生 ,也可以在蒸发石墨过程中产生 .     

石墨化在金刚石多晶高压烧结中的作用

用镍钛合金作助烧结剂,在7.7G P_(?)压力和1300—1700℃温度下进行了金刚石的多晶烧结.对所得烧结体作了显微组织观察、相结构和相成分分析、致密度测量以及耐磨性和抗压强度的测试.结果表明,金刚石的石墨化是烧结过程的中心环节,它对金刚石晶粒间通过合金结合剂的粘结以及金刚石晶粒间直接键合具有重要的意义.     

人造金刚石磁性的研究

人造金钢石的合成,以碳素为原料,合金为触媒。其晶体内部往往含有一定数量的触媒合金包裹体,使得人造金刚石具有磁性,亦导致其他物理、化学性能发生变化。研究结果表明,人造金刚石的磁性属铁磁性,其磁性强弱与混入晶体内部杂质元素的种类、含量紧密相关,与抗压强度、晶形完整中和粒度等均有一定关系。因此,人造金刚石的磁性是质量鉴定、产品分级及其合理应用的重要依据。     

优质金刚石的特征及其在工程钻头上的应用

]通过热处理、静压强度实验,利用X射线衍射、发射光谱、XTL-Ⅱ观察和分析了优质人造金刚石的特征,从晶形、强度、杂质、热稳定性4个主要方面进行了较系统的研究,并时其在工程钻头上的应用进行了探讨．结果表明优质人造金刚石具有晶形好、强度高、杂质少、热稳定性优等特点;高品级金刚石钻头能创造良好的经济效益,具有广阔的应用前景．     

关于合成金刚石用的石墨材料的实验研究

本文是对合成金刚石用的石墨进一步研究的实验报告。通过Ni-Mn、Ni、Co三种触媒对HSM、D-215、SM-1、SK-2等不同牌号石墨的实验探索,再一次地肯定了做为合成金刚石的炭素材料,HSM牌号石墨仍具有较为明显的优越性。 本报告除了再述我们原来对石墨晶粒的半微观观测结果之外,还涉及到对石墨的X-射线微观结构分析。这些有趣的结果不但有助于我们去揭示HSM石墨之所以能做为合成金刚石较好原料的内在原因,而且对于专用石墨的试制工作也可以提供一些参考。     

人造金刚石化学提纯的卧式蒸馏装置

在金刚石合成过程中,试样中的石墨并不能全部都转化成金刚石。为了提取出纯净的金刚石,必须把合成棒中所含的石墨清除掉。通常采取的办法是用煮沸的高氯酸把石墨氧化掉。此方祛存在着一个严重的问题,即反应过程中排出大量有毒的气体,使周围的环境造成严重的污染,危害人们的健康和树木、农作物的正常生长。根据经验(此反应的确切过程、生成物等等,还不清楚),此种有毒的气体似乎就是酸蒸汽。在工厂中,每处理出100克拉的金刚石,就有数千毫升的高氯酸变成蒸汽排到大气中。我们就想用回     

高温高压下Fe-Ni-C-B系合成Ⅱb型金刚石单晶

提出了一种在高温高压下利用粉末冶金方法制备的Fe-Ni-C-B系触媒合金生长Ⅱb型金刚石的新方法. 由于硼元素的存在,Ⅱb型金刚石生长所需的温度和压力条件均高于普通的Ⅰb型金刚石,并且合成出的金刚石单晶粒度较粗,晶形稍差,表面结构比较复杂. 通过晶体的颜色、X射线衍射以及Raman光谱可以初步断定合成出的金刚石晶体中确实含有硼元素. 以金刚石在不同温度下的静压强度和冲击韧性以及差热分析和热重分析的结果来表征金刚石的热稳定性. 实验发现,由于硼元素的进入使得Ⅱb型金刚石单晶的热稳定性与采用同种方法合成出的Ⅰb型金刚石相比有了较大程度的提高. 采用自制的夹具通过检测金刚石的电阻温度特性,初步确定了在Fe-Ni-C-B系中生长的Ⅱb型金刚石具有半导体特性. 大量的实验数据充分说明,采用这种方法生产Ⅱb型金刚石具有成本低廉、操作简单、产品质量稳定等优点,具有极高的工业化推广应用的价值.     

多晶石墨材料中的微晶与人造金刚石的合成

本文测量了合成金刚石用的几种多晶石墨材料的微晶尺寸和石墨化程度。结果表明:样品的石墨化程度与微晶尺寸没有直接关系。用透射电镜观测到了人造多晶石墨材料中类金刚石结构的微晶的存在。静压法合成金刚石的结果表明:除去工艺方面的原因外,人工合成金刚石的晶粒大小与石墨材料中微晶的尺寸有关。     

触媒静压法合成金刚石的机理问题

对太原市晋阳金刚石厂触媒静压法合成金刚石的专用石墨、触媒和合成产物进行了观测。看到有的金刚石生长在石墨中,也有的金刚石生长在触媒上。依照扫描电镜的形貌观察,我们认为,此种材料和工艺生产的金刚石,其形成机理是“直接转化说”、“溶剂说”二者都符合。文章的最后还提出了我们的工艺改进意见。     

金刚石表面镀Ti对Cu40Ni30Fe20Sn5Ti5/金刚石复合材料界面反应行为的影响

以Cu40Ni30Fe20Sn5Ti5多主元合金粉末和表面镀覆Ti层的金刚石颗粒为原料,采用放电等离子烧结方法制备复合材料,研究Ti镀层对黏结相和金刚石的界面反应情况以及复合材料力学性能和磨损性能的影响。研究结果表明：金刚石表面镀覆Ti层后,界面处反应生成的TiC层更加连续致密,提高了金刚石磨粒与黏结相的界面结合强度,使得复合材料具有更高的横向断裂强度。金刚石表面镀覆的Ti层降低了烧结过程中金刚石的石墨化程度,保证摩擦过程中金刚石晶体的完整性和出露高度,提高了复合材料的磨损效率和磨耗比,同时降低了复合材料的体积磨损率。因此,金刚石表面镀覆Ti层可有效地提升多主元合金/金刚石复合材料的服役性能。     

掺硼金刚石薄膜涂层刀具的制备及试验研究

采用偏压增强热丝化学气相沉积法,以硼酸三甲酯为掺杂源,以WC-Co硬质合金刀具为衬底,制备了不同掺硼浓度的金刚石薄膜涂层刀具.通过采用扫描电子显微镜(SEM)、拉曼光谱及压痕测试对涂层刀具的表面形貌、薄膜质量和膜-基附着力进行了研究,分析了硼元素对薄膜质量和刀具性能的影响.研究结果表明:硼掺杂可以有效抑制刀具表层钴的扩散,改变金刚石薄膜的成分;掺硼金刚石薄膜的晶粒取向主要是{111},随着掺硼浓度的增加,金刚石薄膜的晶粒变小,平均晶粒尺寸从10 μm下降到2 μm;金刚石薄膜的拉曼光谱中心声子线随着掺硼浓度的增加向低频方向漂移,强度降低,且出现多晶石墨峰;涂层的膜-基附着力在硼碳摩尔比B/C=3×10-3时最佳.通过对碳化硅颗粒增强铝基复合材料的切削加工试验表明,在适当的掺硼浓度下金刚石薄膜涂层刀具的切削性能得到了显著改善.     

织构金刚石薄膜生长特性与研究

目前利用气相法得的金刚石薄膜多为晶膜，性能远不如天然金刚石，严重地影响了它在光学、电子学等方面的应用。因此，如何控制合成条件，实现金刚石薄膜的均匀定向生长是目前金刚石薄膜研究中急需解决的课题。本工作利用电子促进ＨＦＣＶＤ技术成功的得到了织构生长的金刚石薄膜，研究了合成的优化工艺条件。实验中钨丝温度为２０００℃，ＣＨ４／Ｈ２浓度０．４—２％，基片温度控制在７５０－９００℃，基片与钨丝之间加偏压１３０Ｖ。对合成的薄膜用扫描电子显微镜（型号ＳＥＭ１０００Ｂ—２）观察薄膜的形貌。结果表明，当碳源浓度为的０．８％，基片温度为８７０℃时，晶粒晶形好，样品上金刚石颗粒已经连成了薄膜，每个晶粒顶部呈现和衬底平行的（１００）面。ＣＨ４浓度高时，晶性变差，呈粗糙的球状多晶状。基片温度过低时晶形较差。温度过高因相变和气化不能成膜。基片温度在８５０℃－９００℃范围内可连续成膜。加衬底偏压可以提高基底表面能和降低原子团界面自由能，因而可以促进成核。综上，我们利用偏压促进成核ＨＦＣＶＤ技术，在优化工艺条件下得到了织构生长金刚石薄膜，为揭示其外延生长机理提供了实验数据     

氮杂质对人造金刚石性质的影响

采用触媒渗氮方法, 用触媒Co（纯度99.99％）渗氮, 经不同酸洗时间后与SK₂石墨合成, 获得人造金刚石晶体. 利用电子自旋共振(ESR)谱和摄谱方法研究氮杂质对人造金刚石性质的影响. 结果表明, 人造金刚石样品中顺磁氮占总氮体积分数的比例随总氮体积分数的增加而增大, 金刚石变脆, 抗压强度降低, 颜色由黄变绿.      

火焰法沉积金刚石薄膜的组织结构

用透射电镜（ＴＥＭ）对大气中火焰法沉积（ＣＦＤ）金刚石薄膜的组织结构进行了分析研究。结果表明，所沉积的金刚石晶体中（１１１）面上存在着大量层错及显微孪晶，在（１１１）面上晶粒边界处的位错密度较低，此外，在金刚石薄膜中还观察到存在于金刚石颗粒间的非金刚石型碳（Ｃ），即无定形碳及微晶石墨。