金刚石合成用粉末金属触媒

<正> 在高温高压条件下,在石墨向金刚石进行转变的过程中,有意识地加入一些材料,使得金刚石的相变活化能和合成温度和压力显著降低,这样的材料称之为人造金刚石用触媒材料,简称触媒材料或触媒。在没有触媒参与的情况下,石墨转化为金刚石需要13GPa的高压和2700℃以上的高温。采用触媒,可使金刚石的合成压力与温度分别降至5—6GPa和1200～1400℃,从而使工业生产金刚石成为可能。     

石墨晶格缺陷与合成金刚石触媒熔迁分析

从大量合成腔体的石墨片变化观察可知，石墨在高压高温作用下，触媒合金熔迁于石墨晶体网格内，石墨碳原子重新键合，构成立方晶系系的晶核。从触媒金属的熔融活化，熔迁，键合阶段，石墨晶格缺陷与边界不饱和碳原子形成能量势垒较稳定的金刚石晶核，逐步篚成为金刚石晶体。     

高温高压下Ni70Mn25Co5+Cu触媒对合成金刚石成核的影响

用六面顶金刚石压机研究了高温高压条件下，铜在Ni70Mn25Co5合金触媒中的扩散和形成含铜合金触媒的过程。同时，研究了这种不同含铜量的合金触媒在金刚石合成过程中对金刚石成核和生长的影响。研究发现在1670K、5．0GPa条件下，铜很容易进入Ni70Mn25Co5合金中形成NiMnCoCu合金触媒。这种含铜触媒对金刚石的成核有抑制作用，而且触媒随着铜含量的增加这种抑制作用越明显。在本研究的实验条件下，NiMnCo触媒中铜含量低于5％时，可以有效地使金刚石均匀成核并生长成大小均匀的金刚石。     

铁触媒表面的氧化铁包覆层对金刚石成核的影响

为了研究氧化后的触媒对金刚石成核的影响，将α-Fe粉在400℃的空气氛中分别处理1，1．6，2．4和4小时，制备了不同包覆厚度的氧化铁包覆铁粉。采用氧化铁包覆的铁触媒粉末和石墨体系进行了金刚石合成研究。研究发现在5．7GPa和1600℃的条件下，铁触媒表面的氧化铁包覆层与石墨碳发生了氧化还原反应生成Fe3O4和FeO，同时包覆层内部的铁熔融渗出，并与石墨碳源接触促使了金刚石的成核生长。与纯铁触媒相比，氧化铁包覆层对金刚石成核具有明显的抑制作用，而且随着包覆层厚度的增加，抑制作用越明显。文中还借助穆斯堡尔谱、X-ray衍射和扫描电镜测试手段对上述实验机理进行了深入的探讨。     

FeNi-Si-C体系金刚石的成核特性

本文利用掺硅FeNi粉末触媒，在国产六面顶压机上进行了金刚石单晶的合成实验，研究了高温高压条件下，Fe—Ni—Si—C体系合成金刚石单晶的成核特性。结果表明，由于掺Si量的不同，合成金刚石的最低生长条件（压力和温度）并没有太大的改变；但随着触媒中掺Sj量的增加，其成核量也随之增加；通过光学成像显微镜观测发现，合成出的金刚石晶体同FeNi—C体系合成的晶体的颜色和形貌具有较大的区别，出现了“两极分化”现象，主要表现为部分晶体质量好，而部分晶体则质量很差（晶体呈浅黑色，晶形不完整等），且随触媒中掺甄量的增加，质量差的晶体比率增高。对不同合成条件的棒料进行X—ray检测发现，在金刚石合成条件下有FeSi和Fe，si的生成，台阶压力时间的长短直接影响FeSi、Fe3si的粒度。我们推测，难熔化合物FeSi和Fe3si参与成核，导致金刚石成核量增加，而这种金刚石的“异形核”存在，会导致晶形不够完整和包裹体的产生。     

金刚石合成过程中的再结晶石墨与金刚石成核

本文采用通常金刚石合成用的石墨片，溶剂一触媒金属片交替叠装方式的试样，在4．5GPa、1450℃的条，牛下，分别经过90秒、150秒、240秒的预热处理，再升高压力到5．4GPa进行了金刚石合成实验。得到了随预热处理时回延长，金刚石产量降低，粒度增粗、成核数量减少的结果。通过晶体的溶解度与其粒径的关系，推出了再结晶石墨粒径与其溶解度及金刚石晶核溶解度的关系，解释了再结晶石墨对金刚石成核的影响。进一步指出在预热处理中可以通过控制再结晶石墨的生长，来达到控制金刚石核量的目的。     

片状与粉末触媒对石墨转化成金刚石的催化效率研究

为了研究片状与粉末的镍基或铁基触媒对石墨转化为金刚石的催化性能的影响，采用金刚石成核和生长动力学方法分别计算了片状与粉末触媒参与下金刚石生长的活化能与比表面能。结果表明，无沦是片状还是粉末触媒，这两种触媒对金刚石生长活化能与比表面能的影响差异很小，比表面能与金刚石的结晶形态有关，决定于合成的温度压力条件。然而，粉末触媒的催化效率比片状触媒高得多，更有利于石墨转化为金刚石。     

球状石墨的粉压成型及以其为原料的金刚石生长

本文研究了球状石墨的粉压成型特性。在国产SPD6×1 200型六面顶高温高压设备上,分别以鳞片石墨和球状石墨（均为400目）为碳源,以铁基粉末触媒为原料,在压力5.5 GPa,温度1 400℃左右,合成时间300 s的条件下合成出了优质金刚石单晶。通过球状石墨与鳞片状石墨生长的金刚石的对比,说明了球状石墨—铁基触媒体系生长金刚石的特点。结果表明球状石墨也可以用来合成优质磨料级金刚石单晶,但合成温度要比用片状石墨时高100℃左右,合成的金刚石粒度较鳞片石墨合成的金刚石粒度稍粗。     

高温高压下金刚石成核机制的研究

本文以国产六面顶压机作为人造金刚石的合成设备,采用金属粉末触媒技术,进行了金刚石晶体的合成.实验中,通过对生长工艺的调整,考察了金刚石在合成区间内的不同合成习性.实验结果表明:金刚石的合成区间可以根据能否自发成核而分为成核区与生长区.在生长区内,金刚石不能自发成核,但金刚石晶种可以在此区间稳定存在并长大.在生长区内金刚...     

CN200610085563．0合成金刚石成核抑制剂

发明属于人工合成金刚石用触媒材料技术领域，其由一种含锌、铅、铋、镧、铜、钙、锡、锂、硼、磷、硫等元素中的一砷或几种元素合成。其用于金刚石合成的方法为：采用石墨原料为二砂石墨，触媒为：Ni重量比30％，Fe重量比70％的普通铁镍粉末合金，本发明所述合成金刚石成核抑制剂用量为石墨的0．1％～5％，触媒用量为石墨的25％～40％。     

Influence of the reactive mixture density on the diamond yield from a synthetic process

The yield of a diamond synthesis process using high-pressure and high-temperature transformation of graphite in the presence of a catalyst/solvent metal depends basically on three parameters: time, temperature and pressure. However, to attain specific values for the pressure inside the reaction cell it is necessary to have a certain density for the graphite–metal reactive mixture. In the present work evidences for the influence of the reactive mixture density on the diamond yield and the crystal granulometry are presented. These evidences were obtained by changing the density of reactive mixtures composed of equal amounts of graphite and a Ni–Mn catalyst/solvent alloy. The synthesis process was carried out at a pressure of 4.7 GPa and a temperature of 1250 °C. It has been observed that the reactive mixture density must vary within fixed limits. Outside those limits the diamond yield will be relatively lower or crystal formation may be inhibited.     

二次暂停分段加压金刚石合成工艺探讨

分析了一次暂停分段加压工艺合成金刚石存在的不足，提出了二次暂停分段加压的金刚石合成工艺。该工艺的特点是第二次压力暂停点靠近石墨－金刚石相平衡线但已进入金刚石相，暂停时间为１５～３０ｓ，保压压力略高于第二次暂停压力，使金铡石在优晶区成核、在富晶区生长。实验证明，该工艺可以获得优质高产的金刚石。     

金刚石合成中某些现象的分析与研究

采用ＳＥＭ和ＥＰＡ技术对ＮｉＦｅＭｎ触媒合金在金刚石合成中的一些现象作了研究并探讨了触媒合金在高压合成下的作用机理。研究表明，经高温高压合成后ＮｉＦｅＭｎ触媒片表面存在局部成份起伏，Ｆｅ原子在金属／石墨界面及金属／金刚石界面富集；这种成份（浓度）起伏对金刚石晶体的形核与生长都有一定影响。     

纳米多晶金刚石微结构及塑性形变机制的研究进展

纳米多晶金刚石是指晶粒尺寸小于100 nm的金刚石晶粒直接结合而形成的多晶材料。石墨经高温高压直接转变合成的纳米多晶金刚石的硬度达120~145 GPa,洋葱碳直接转变合成的金刚石晶粒内含高密度孪晶,此纳米孪晶金刚石硬度达200 GPa,远超单晶金刚石的硬度。材料优良的性能源于其微观结构,揭示其塑性形变机制将利于更高性能纳米超硬材料的设计与合成。本文概述了纳米多晶金刚石微观结构及其塑性形变机制的国内外研究现状,重点介绍和评价了纳米多晶金刚石塑性形变机制的实验及理论研究,为纳米多晶金刚石材料的进一步研究和应用提供参考。      

化学气相沉积金刚石微球的生长机制研究

采用微波等离子体化学气相沉积法,在过饱和碳离子浓度条件下,在单晶硅衬底上制备了球形结构的多晶金刚石微球,通过控制沉积气压与温度的变化,研究了金刚石由石墨生长区向纳米晶的球形结构、再到具有良好结晶性的金刚石生长区的过渡过程。结果表明:沉积气压与温度的升高导致微球的粒径增大,微球由sp3、sp2键共存相转变为较纯的金刚石相;在一定的碳离子过饱和度和气压、温度范围内,微球的形成主要受二次形核过程的控制。气压和温度升高后,微球呈<110>取向生长,微球的形成主要受（111）面高密度孪晶和层错缺陷的控制,揭示了化学气相沉积金刚石不同生长区内二次形核机制与孪晶层错机制诱导的金刚石微球的生长过程。      

镍改性层增强铜基底沉积金刚石膜的形核(英文)

在铜基底溅射约100nm厚的镍改性层,然后置入纳米金刚石悬浮液中超声震荡加载籽晶,随后在热丝化学气相沉积设备中制备出晶体颗粒接近热力学平衡形态的高质量金刚石膜,其中sp2碳相含量低于5.56%。分别采用激光拉曼光谱、扫描电镜与X射线衍射对金刚石膜的形核与生长进行研究。实验结果表明:在溅射有镍改性层的铜基底上,金刚石的形核密度比在无改性层的铜基底上的形核密度高10倍。镍改性层的增强机制主要来源于两个方面:镍改性层的纳米级粗糙表面增强金刚石籽晶颗粒的吸附;镍改性层的强催化效应加速铜基底上金刚石形核生长所需的石墨过渡层的形成,从而促进金刚石的快速形核。     

添加剂硫对Ni-Mn-Co粉末触媒合成金刚石的影响

本研究考察了高温高压条件下添加剂硫对Ni-Mn-Co粉末触媒合成金刚石的影响，并在此基础上，考察了含硫金刚石的机械性能。研究表明：硫对Ni70Mn25Co5粉末触媒合成金刚石的成核有明显的抑制作用，随着硫含量的增加，成核呈减少趋势；添加剂硫影响晶体的颜色和晶形，随添加剂含量的增加，晶体的颜色呈加深趋势，硫的添加使晶体的表面出现孔洞缺陷，当硫含量较低时，孔洞缺陷多分布在（100）晶面上，当硫含量较高时，（111）晶面上也出现孔洞，致使晶体的完整性受到制约；添加剂硫影响金刚石的机械性能，随着添加剂硫含量的增加，含硫金刚石的冷冲击强度（TI）和热冲击强度（TTI）呈明显的下降趋势。     

The effects of substrate compositions on adhesion of diamond films deposited on Fe-base alloys

Diamond deposition on a series of ferrous alloy substrates has been examined in a microwave plasma enhanced chemical vapor deposition reactor. The results show that the nucleation, growth, and adhesion properties of the diamond are strongly dependent on the types and relative concentrations of the alloy elements in the substrates. Along with high nucleation densities, continuous and adherent diamond films have been successfully fabricated on the Al-modified alloy substrates, even in the absence of inter-layers or nucleation enhancing surface pre-treatment. The mechanism is preliminarily clarified regarding the delicate competition and balance between the base metal and the alloying elements in terms of their activation and deactivation ability on catalyzing graphite formation during deposition process.