超高压烧结金刚石的若干研究

实验表明,超高压下某些掺杂物可以激活金刚石的烧结过程。因此,了解这些掺杂物在烧结金刚石多晶体中的存在形式和特征,对于进一步研究这种金刚石的形成机制以及有关性能方面的一些问題是十分必要的。本文报道高压下掺镍烧结金刚石的若干研究简况。     

纳米结构超硬块材研究进展

超硬材料作为基础性的工具材料,在工业与科学研究领域发挥着重要的作用,发展高性能超硬材料一直是科学界和产业界共同奋斗的目标.我们从共价晶体硬度的微观模型出发,系统研究了多晶共价材料的硬化机制,揭示了两种主要的硬化效应,分别为霍尔-佩奇效应和量子限域效应.随着显微组织特征尺寸的减小,多晶共价材料可持续硬化,为大幅度提高材料的硬度指明了全新的发展方向.在此基础上,提出了在金刚石和立方氮化硼两种超硬材料中形成超细纳米孪晶组织来获得超高性能的新思路.通过洋葱结构碳和氮化硼前驱体在高温高压下的马氏体相变,合成出具有超细纳米孪晶结构的金刚石和立方氮化硼块材.纳米孪晶结构同时提高了两种材料的硬度、断裂韧性和热稳定性.纳米孪晶金刚石的硬度达到200 GPa,为天然金刚石的2倍,将合成出比天然金刚石更硬材料的梦想变成了现实.纳米孪晶极硬材料的成功合成极大推动了高性能超硬材料研究,有望带来机械加工业和高压科学等领域的技术变革.     

大别山东段高压变质岩中的金刚石

近年报道在某些超基性岩和苦橄岩中发现过金刚石。Sobolev报道了苏联北哈萨克斯坦的高压变质带中有金刚石产出,并认为是苏联西部地区(Pridneprove)第三系中金刚石砂矿的原生矿。本文报道的大别山高压变质岩中金刚石与北哈萨克斯坦变质岩中者有若干相似之处,是这类金刚石产出在世界范围内的第二例,在国内为首例。     

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。     

金伯利岩与金刚石

本文简要介绍了自然界分布极少,来源最深的一种火成岩 — 金伯利岩、其中的地幔捕虏体以及金刚石的特征,他们三者有着密切成因联系。金伯利岩岩浆来自深达200 km的地幔,地幔内部在高温、高压及低氧逸度的环境下可以结晶出金刚石,当岩浆快速上升时携带了地幔捕虏体及其解体矿物,金刚石也是被携带的矿物之一。除了碳的微粒通过固体扩散形成金刚石外,流体及熔体对金刚石生长过程所起的作用也不可忽视。     

超硬材料研究新进展

超硬材料由于在工业领域的重要应用而受到全世界的广泛关注.1955年美国科学家Hall合成金刚石和1957年美国通用电气公司科学家Wentorf合成立方氮化硼被认为是超硬材料发展史上的两个里程碑.然而,金刚石不能用来切割钢铁,苛刻的合成条件使立方氮化硼的价格非常     

金刚石薄膜的气相生长

金刚石不仅是最好的超硬耐磨材料,而且是一种新型的功能薄膜材料,具有优异的电学,光学、热学和力学性质。 1976年Derjaguin等用化学输运反应方法在非金刚石基板上首先合成出金刚石,1982年Matsumoto等用热灯丝化学气相沉积法(CVD),1983年Kamo等用微波等离子体化学气相沉积方法在硅等基板上制备出金刚石薄膜。近年来,金刚石薄膜的研究得到迅速发展,建立了各种制备方法和制备技术,在各种基板材料上合成出大面积均匀的金刚石膜,而且在应用研究方面取得了有意义的结果。     

金属氙的首次观测

美国康乃尔大学鲁奥夫(A.L.Ruoff)教授所领导的高压实验室,为了开展金属氢和金属NH_4等的研究,近几年来,进行了大量的实验和高压技术的探索研究. 1978年,鲁奥夫和奈尔逊(D.A.Nelson)第一次观测到了固体氙转变成金属氙. 他们采用的高压装置是对顶压砧型容器.上压砧是具有半径为R的球面顶尖的金刚石(与硬度计的金刚石压头的形状相似),R=39和100微米,下压砧为金刚石平面压砧.实验时,整个装置放在一个真空室里,用液氦进行冷却,使压     

人造金刚石单晶生长碳源问题的探讨

利用线膨胀系数和弹性常数计算了金刚石和石墨在高温高压下的晶格常数, 根据固体与分子经验电子理论(EET)计算了金刚石、石墨以及它们主要晶面的价电子结构. 以程氏理论(TFDC)提出的原子界面边界条件为判据, 分析了金刚石和石墨主要晶面之间电子密度的连续性, 发现其在一级近似条件下均不连续, 不满足金刚石晶体生长的边界条件. 分析得知, 在高温高压触媒法合成金刚石单晶生长过程中, 所需的碳源并非直接来自石墨, 从电子结构角度对金刚石单晶的生长机制进行了探讨.     

超高压下生长多晶金刚石

大颗粒多晶金刚石已迅速应用于地质、冶金和石油钻探等工业部门中。目前在高温高压下制作大颗粒多晶金刚石,通过两种途径:一种是由石墨合成金刚石,再由金刚石微粉烧结而成。另一种,则是直接由石墨一次长成多晶金刚石。前一种方法已由科研进入到广泛的工业生产,而后一种,虽然开始得早,由于技术困难等原因,仍处于科研的实验阶段。探索这种金刚石的生长条件和机制,在理论和生产应用上都有其重要意义。本文就生长多晶金刚石的一些实验结果和扫描电镜观察分析,作一初步研究报道。     

用作金刚石微电子和微机械器件的若干关键技术

针对金刚石薄膜用于微电子器件和微机械器件的共性关键技术问题,总结了近年来这些方面的研究成果,包括：用交流－直流负偏压微波等离子化学气相沉积（ＭＰＣＶＤ）在绝缘ＳｉＯ２衬底上实现金刚石高密度成核,高成核选择比的金刚石选择生长技术,铝掩模氧反应离子束刻蚀金刚石薄膜的图形化技术,以及与金刚石生长工艺兼容的牺牲层、绝缘层技术等。     

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.     

荣城滕家集超高压变质钙硅酸盐岩的岩石学研究

在大别山-(江)苏-鲁(山东)超高压变质带中,发育有大量榴辉岩、超基性岩、大理岩和变质泥质岩等高压岩块.近几年来,在这些高压岩石中相继发现了柯石英和金刚石.最近我们在位于(江)苏-鲁(山东)超高压变质带东北端的荣城滕家集发现了一种特殊的超高压变质岩,它们与榴辉岩具有类似的产出特征.两个样品的全岩化学成分(分析如表1).     

金刚石中的分子氢

高压下分子氢的相变是80年代高压物理和高压化学的热门课题.但是,地球深部是否存在分子氢仍是巨大的悬案.对此,本文将提供最近的研究成果.继发现含钾、钠和铜等氯化物金刚石包体之后,作者在辽宁金刚石中发现了分子氢的拉曼谱峰.该金刚石无色、菱形十二面体.吸收光谱测定吸收限为300nm,属Ia型金刚石.     

高压下同步频射EDXD实验系统的建立

在极高压下原子间距被压缩,原子间相互作用发生变化,以至引起电子能级变化.这会导致物质的物理性质和化学性质发生改变.高压研究能深化对物质的认识,并能发现新效应和新物质.尤其是当今材料科学跨进以物理思想设计新材料的时代,高压研究更具有独到之处.高压X射线衍射实验是研究状态方程和相变最直接有效的方法之一.自从50年代末期,Jamieson首先采用金刚石压砧装置(DAC)在高压下进行X射线衍射研究以来,这方面     

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.     

激光修饰金刚石膜的表面抛光技术

化学气相沉积(CVD)金刚石为多晶材料,其表面多为杂乱分布晶粒的堆积,尤其是金刚石厚膜,其表面堆积的大晶粒显露出明显的棱角,表面相当粗糙.而金刚石膜在电子学等领域的应用要求其表面具有较好的光洁度,以便形成良好的接触表面.同时受到合成工艺条件的影响,使生长的膜在厚度的一致性方面很差,特别是用灯丝热解CVD(HFCVD)和电子增强CVD(EACVD)方法合成的金刚石膜,一般膜厚度的不均匀性在平均厚度的±20%范围内变化(表面积为1cm×1cm).这种表面粗糙厚度不一致的膜不能直接得到应用,否则由于接触和厚度的一致性差而造成的缺陷将完全掩盖金刚石膜在电子学等领域的应用优势,其效果可能比不用金刚石膜还差.因此对金刚石膜表面必须进行抛光以获得较好的光洁度,同时要解决厚度一致性差的问题.     

金刚石在C60薄膜表面的气相成核

金刚石薄膜是一种性能优异的功能薄膜,比颗粒状金刚石材料有着更为广泛的应用领域,尤其是在光学和微电子学方面,因此近年来受到极大的关注。然而,在气相沉积金刚石薄膜中,金刚石在光滑非金刚石衬底表面难以成核。为了提高金刚石在光滑衬底上的成核密度,一般需要破坏衬底表面,使之布满宏观缺陷,如划痕、蚀坑等以提供成核点,或在衬底表面预沉积有助于金刚石成核的过渡层如DLC,β-SiC等。因此,寻找增强金刚石在光滑非金刚石衬底上成核的有效方法一直是近年来气相沉积金刚石研究的重要内容。最近,Meilunas等人发现Fuller烯中的C_(60),C_(70)作为过渡层可以显著提高金刚石在光滑Si衬底表面的成核密度。由于Fuller烯是一种新型的光学和半导体材料,因此,研究Fuller烯表面气相生长金刚石薄膜不仅为增强光滑衬底表面上的成核提供了一种新方法,更为重要的是有可能为金刚石薄膜和Fuller烯提供新的应用领域。     

什么东西比金刚石更硬？

什么东西比金刚石更硬？ＤａｖｉｄＢｒａｄｌｅｙ著朱政译一般认为金刚厂的硬度在工程技术人员常用的莫氏硬度表上占首位，其硬度值为１０。不过材料科学家目前认为他们有可能制成一种物质而使该表必须加以拓展。这种“超硬”物质有可能在应用中替代稀少且价钱昂贵的金刚...     

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。