含硼金刚石的金属包膜成分及其物相的研究

本文采用铁基触媒加入硼铁的方法，在高温高压条件下合成了含硼金刚石，利用电子探针（EPMA），透射电子显微镜（TEM）两种检测手段，分析了含硼金刚石金属包膜的微观组织结构，化学组成成分，各组成成分的物相及其可能形成的原因。研究结果表明：金属包膜的成分及其物相由正交立方结构的（Fe,Ni）3C，面心立方的γ-（Fe,Ni），面心立方的Fe23（C，B）。及少量的FeB,Ni3B组成，这些成份主要来源于原材料，其含量在高温压过程中是瞬间变化的。     

渗碳体高温高压金刚石化的显微分析

片状触媒合成金刚石有一个重要现象：金刚石总包覆着一层很薄的金属膜，金属包膜在金冈4石的生长过程中起着重要作用。本文利用扫描电镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）和透射电镜（TEM）研究了金属包膜的组织形貌、相结构组成和微观结构。通过研究金属包膜，探讨金刚石相交合成机理，进而优化合成工艺。结果表明：渗碳体在高温高压作用下发生金刚石化，形成金刚石单晶；同时当铁基金属包膜内的渗碳体分布较均匀时金刚石单晶的晶形较完整，反之则晶形较差。     

关于人造含硼金刚石晶体结构及抗氧化性的研究

人造金刚石的抗氧化性是国际上评价其性能优劣的重要指标.文章以粉末铁基触媒中掺入不同含量的供硼剂为硼源,用静压法得到含硼量不同的人造金刚石.利用光学显微镜、X射线衍射仪和差热分析仪对含硼金刚石的晶形、晶体结构和抗氧化性能进行了研究,并与同样工艺条件下得到的普通金刚石进行对比,结果证明此种合成方法能够得到抗氧化性能优异的金刚石.     

含硼金属包覆膜的物相结构与含硼金刚石的生成

使用以FeB为硼源的含硼粉末冶金铁基触媒,在六面顶压机上高温高压合成含硼金刚石单晶。金相观察发现,金刚石金属包覆膜由粗大的板条状渗碳体和细密的莱氏体共晶组织构成。X射线衍射（XRD）发现,金属包覆膜的物相组成为（Fe,Ni）3C、（Fe,Ni）3（C,B）、石墨（Gr）以及γ-（Fe,Ni）（A）。使用透射电镜（TEM）在包覆膜中发现了颗粒状的Fe3（C,B）,条状的γ-（Fe,Ni）和颗粒状的Fe23（C,B）6。电子探针分析（EPMA）结果表明,硼元素在包覆膜中存在浓度梯度,越接近含硼金刚石,硼元素的含量越高。分析认为,高温高压下硼是以铁-碳-硼化合物的形式通过金属包覆膜向金刚石晶体扩散的,Fe3（C,B）或（Fe,Ni）3（C,B）极有可能是含硼金刚石生长的直接碳源和硼源。     

含硼金刚石与普通金刚石半导体性及抗氧化性比较

通过在铁基合金中加入硼粉的方法,制成含硼量0.2%(质量分数)的Fe-Ni-C-B系触媒,用静压法合成含硼金刚石.研究了普通金刚石和含硼金刚石的形貌、晶体结构、电阻-温度曲线和抗氧化性.实验表明,合成的含硼金刚石具有良好的半导体性,电离能ΔE=0.368eV;起始氧化温度比普通金刚石高185℃,耐热性明显改善.此方法为低成本、大批量的制备半导体金刚石提供了新的途径.     

球铁QT900-5和QT900-2微观组织与断口形貌观察

采用扫描电镜分析了QT900-5(1#试样)和QT900-2(2#试样)的微观组织及断口形貌.结果表明,1#试样石墨球细小,且形状较为圆整;2#试样石墨球数量较少,比较粗大.对断口的扫描结果发现,1#试样的微观断裂特征为石墨球与基体形成圆整的韧窝;而2#试样石墨球表面粗糙,且极不规整,断口处出现部分团絮状的硅酸盐.对两组试样的湿化学分析结果表明,1#和2#试样残留Mg含量分别为0.056%和0.035%;而P含量分别为0.036%和0.051%.2#试样较低的Mg残留量和较高的P含量是其韧性较低的原因之一.     

静压法合成含硼金刚石结构及电阻特性研究

采用在铁基触媒中加入硼铁粉的方法制成Fe-Ni-C-B系触媒,用静压法合成含硼金刚石。研究了含硼金刚石的形貌、晶体结构和电阻-温度曲线。实验结果表明,在不同温度区间内,金刚石具有不同的电离能,分析了其原因。同时测得此含硼金刚石的最高工作温度为773K左右。为高温半导体金刚石的研究提供了实验基础。     

高温高压下Fe-Ni-C系合成金刚石单晶的机理研究（上）

从三个方面综合介绍了本课题组近几年来采用Fe-Ni-C系在高温高压下合成优质金刚石单晶的研究成果：1）采用单质金属铁、镍粉和石墨粉以及粉末冶金方法制备出新型铁基触媒,利用六面顶压机合成了高品位的金刚石单晶;2）采用现代分析测试方法对金刚石单晶外的金属包覆膜物相结构进行了系统表征和分析;3）基于固体与分子经验电子理论（EET理论）和托马斯-费米-狄拉克-程开甲理论（TFDC理论）对金刚石合成过程中相关物相（金刚石、石墨、Fe3C（（Fe,Ni）3C）和γ-（Fe,Ni）等）的价电子结构进行了计算和论证。实验分析与理论研究结果表明,单质金属粉辅以粉末冶金方法同样可以实现高品位金刚石单晶的合成;金属包覆膜中存在大量的Fe3C、（Fe,Ni）3C类型的金属碳化物和γ-（Fe,Ni）型金属中间相,且γ-（Fe,Ni）与金属碳化物的对应晶面之间存在相互平行的位向关系;金刚石与石墨主要晶面间的平均共价电子密度在一级近似条件下均不连续,而Fe3C与金刚石或Fe3C与γ-（Fe,Ni）之间存在界面电子密度连续性,因此证明Fe3C/金刚石界面能够满足金刚石生长的边界条件。研究结果表明,金刚石单晶生长的碳源并非直接来源于石墨,而来源于在金属中间相的催化作用下,由金属碳化物过渡相中脱溶出的、具有类SP3杂化态的C-C原子团,因此从实验和理论上进一步支持了金刚石合成的＂溶剂-催化＂理论。     

高温高压下Fe-Ni-C系合成金刚石单晶的机理研究（下）

2 金属包覆膜物相结构的系统表征[16] 2．1 金属包覆膜的形成 片状工艺中金刚石在触媒与碳片界面处形核,优先向碳源充足的碳片一侧生长,生长前端总是包覆着一层金属熔体。     

金刚石的金属包覆膜的FESEM研究

利用场发射扫描电子显微镜（FESEM）研究了金刚石的金属包覆膜微观形貌。结果发现，金属包覆膜内表面长有大量的尺寸为30-100nm的类金刚石颗粒，包覆膜断截面有与内表面垂直的层状结构，靠近包膜内层的层面分布有团簇状10nm级的类金刚石颗粒。分析认为，石墨中碳原子进入包覆膜后先以金属碳化物的形式存在，在催化相的反应协助下，首先形成团簇状细小的纳米类金刚石颗粒，然后，通过包覆膜片层间隙扩散至包膜内表面，长大：为具有较规则晶形的纳米类金刚石颗粒，最后沉积在金刚石表面。使金刚石晶体以层状方式生长。