人造金刚石合成时若干现象的再认识

依据合成金刚石的遗传说，对金钢石合成过程中的一些重要现象进行了解释，其中不少是已有学说难于解释的。论证了触媒在合成金刚石条件下不应只是“短程有序”而应是有缺陷的“长程有序”结构。同时还论述了遗传说对合成金刚石形核和长大的理解。     

触媒合金的组织结构对金刚石合成的影响

在金刚石合成前对触媒进行热处理以改变其组织结构，用成分相同、组织结构不同的ＮｉＣｒＣｏＳｉ触媒合金在相同条件下合成金刚石，分析了合成效果的差别，探讨了触媒合金组织结构对金刚石合成的影响。结果表明：再结晶组织比变形组织有利于粗粒金刚石生成；增大触媒晶粒尺寸可提高金刚石粗粒比；｛１１０｝织构有利于粗颗粒金刚石合成；合成前对触媒进行渗碳处理可提高金刚石形核率，但降低金刚石颗粒尺寸。     

高温高压条件下影响碳传输的内应力机制

片状触媒在六面顶压机合成金刚石过程中,触媒片两面金刚石形核、生长情况通常存在差别,本文介绍了现有理论对此现象的解释方法及其存在的问题;在对合成腔体、合成触媒片受力分析的基础上,提出了影响碳传输的内应力机制。     

触媒合金的热处理对合成金刚石强度的影响

本文研究了Ｎｉ７０Ｍｎ２５Ｃｏ５触媒合金的热处理对合成金刚石的形核，长大及金刚石强度的影响，提出了合成金刚石用Ｎｉ７０Ｍｎ２５Ｃｏ５触媒合金的最佳热处理制度。     

聚乙烯促进低压气相金刚石成核的机理

研究了在微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)条件下,聚乙烯对金刚石在单晶硅衬底上形核的影响.发现预先涂覆在硅衬底的聚乙烯显著地促进了金刚石的形核;提出了聚乙烯促进金刚石形核的机理和具有SP3杂化结构的含碳活化粒子过饱和度概念及其促进金刚石形核的观点.     

高温高压下合成立方氮化硼的方法

研究温度、压力和升压速度对使用催化剂合成琥珀色立方氮化硼的影响.结果表明,在本实验条件下,合成立方氧化硼所用的温度、压力都低于合成金刚石的值;减慢超压速度有利于改善立方氮化硼的合成效果.     

射频磁控溅射Si过渡层对自支撑金刚石膜形核面的影响

采用射频磁控溅射法在镜面抛光单晶硅片表面制备Si过渡层,然后以甲烷和氢气为反应气体,采用热丝化学气相沉积法制备金刚石膜,去除基体Si和Si过渡层后,在自支撑金刚石膜的形核面上采用射频磁控溅射法沉积ZnO薄膜。通过X线衍射、Raman光谱分析、场发射扫描电镜和原子力显微镜等对膜层的表面形貌和微观结构进行测试与表征。结果表明:相对于无过渡层的样品,溅射Si过渡层能有效增加单晶硅基体表面金刚石的形核密度,降低金刚石膜形核面上非金刚石相的含量,提高金刚石膜的质量,所得金刚石自支撑膜的形核面更加光滑,表面粗糙度从6.2 nm降低到约3.2 nm,且凸起颗粒和凹坑等缺陷显著减少,在形核面上沉积的ZnO薄膜具有较高的c轴取向。     

对激光合成纳米金刚石功率及原料影响的研究

为了提高激光合成纳米金刚石的效率,对不同的激光器作用于不同的碳原料悬浮液的合成效果进行了研究.以Nd:YAG毫秒脉冲激光(功率密度为106W·cm-2)作用于土状石墨,成功合成了纳米金刚石,实现了较低激光功率密度下的制备,有利于提高合成效率;以红宝石纳秒脉冲激光(功率密度＞109W·cm-2)作用于鳞片石墨合成了纳米金刚石;以上2种激光没有使碳黑转变为纳米金刚石.较低功率密度(106W·cm-2)毫秒脉冲激光照射石墨悬浮液时,其相变机理为:石墨颗粒吸收激光能量快速升温并达到熔融状态,激光脉冲过后,碳液滴迅速冷却,进入金刚石稳定区,金刚石形核并长大.     

稀土对FeNi30粉末触媒合成金刚石的影响

在FeNi30合金中添加稀土,利用气雾化技术制备稀土含量分别为B%、C%和D%的FeNi30+Re触媒粉末,并进行金刚石合成实验,研究稀土对FeNi30+Re粉末触媒合成金刚石的影响。结果表明,FeNi30合金中添加稀土能降低粉末触媒中的氧含量,金刚石混合单产从89.2提高到102.4 ct/块,粗颗粒比例、静压强度和冲击韧性都有所提高,并能降低磁化率;金刚石颜色从浅黄绿色变为深黄绿色。其中以稀土添加量为C%时合成效果最佳。此外,还利用化学反应热力学理论对添加稀土降低触媒粉末中的结合氧和提高触媒粉末的催化活性机理进行分析。     

基体梯度降温对钛合金表面沉积金刚石薄膜的影响

采用热丝化学气相沉积法(HFCVD)在钛合金(Ti6Al4V)表面沉积金刚石薄膜,研究基体温度对金刚石形核的影响,及梯度降温CVD技术(即高温梯度降温形核-低温生长)对所得金刚石薄膜样品的物相组成、表面形貌和附着性能的影响。利用扫描电镜(SEM)、激光拉曼光谱(Raman)和维氏硬度仪分析薄膜的形貌、结构、成分和附着性能。结果表明:基体温度较高时,基体表面钛原子和活性碳原子具有更高的能量,更利于活性碳原子向基体的扩散,促进碳化钛的形成,最终延长金刚石的孵化期;采用高温形核-低温生长的梯度降温法可以在550~600℃下沉积质量良好的金刚石薄膜;基体温度在30 min内从800℃逐渐降温至550℃后再生长7 h,所得金刚石薄膜样品具有较好的附着性能。     

关于金刚石合成棒中白色物质形成机理的研究

对金刚石合成棒中白色物质的研究表明，它是在高温高压条件下搞入合成棒的叶腊石与触煤合金发生一系列复杂反应而使触媒渣化的产物。文中对触媒渣化的热力学、动力学亦作了分析。     

人造金刚石合成的亚稳定间隙固溶体机制

采用实验设计,获取了单一的金属薄膜;通过金属薄膜处的成分分析,发现了金刚石合成过程中触媒材料的成分变化和物质迁移,在比较现有金刚石合成理论的基础上,提出了人造金刚石合成的亚稳定间隙固溶体机制。     

中国金刚石的发展及其性能研究

近年来, 中国合成金刚石年产约20亿ct, 已跃居世界第一。合成金刚石压机绝大多数为中国自主开发的独具特色的铰链式六面顶压机, 目前正向大吨位、高精度、程控方向发展。沿用多年的片状触媒与片状石墨合成工艺正和粉状触媒与粉状石墨合成工艺齐头并进地发展。此前, 中国金刚石的质量有了大幅提高, 某些品牌的金刚石的冷冲指数(TI)和热冲指数(TTI)与国外同类产品相当。影响金刚石性能的残留触媒质量分数为0.1%~0.4%, 其成分与合成金刚石所用触媒成分相近, 残留触媒形状不一, 本身不致密, 与金刚石之间有间隙, 对金刚石强度性能产生影响是由于金刚石与残留触媒之间存在界面反应。     

大腔体Ni-Mn粉末触媒细颗粒金刚石合成

对Ni-Mn粉末触媒的制备方法及基本特征进行了介绍和研究,在此基础上,采用优化工艺进行了细颗粒金刚石的多批次合成试验,结果表明,Ni-Mn粉末触媒在大腔体内合成细颗粒金刚石单产在3 g以上,粒度峰值处于160～240目之间,具有一定的实用价值。     

HBN—Ca_3B_2N_4体系中浅黄色CBN合成研究

在二步合成法制得Ca_3B_2N_4的基础上,实现在Ca_3B_2N_4触媒作用下的hBN向CBN的转化,结合实验结果和现象分析,简要阐述了hBN-Ca_3B_2N_4体系中CBN的转化机制。     

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.     

Microstructural evolution of diamond growth during HFCVD

High resolution transmission electron microscopy (HRTEM) was used to study nucleation and growth mechanism of diamond by hot filament chemical vapor deposition (HFCVD) process. A novel technique has shown a direct evidence for the formation of the diamond-like carbon layer 8–14 nm thick in which small diamond micro-crystallites were embedded. These diamond micro-crystallites were formed as a result of transformation of diamond-like carbon into diamond. The diamond micro-crystallites present in the amorphous diamond-like carbon layer provided nucleation sites for diamond growth. Large diamond crystallites were observed to grow from these micro-crystallites. The mechanism of diamond growth will be presented based on experimental findings.     

黄药及其衍生物的合成与浮选研究进展

详细叙述了以黄药为基本原料合成高级黄药和黄药衍生物的合成原理及工艺,并对其优缺点进行了评述;总结了他们的浮选捕收性能及在工业上的应用。笔者认为,开发高级黄药及黄药衍生物,是提高硫化矿综合利用效率的有效途径。     

燃烧合成的发展现状

综述了燃烧合成的发展,包括非常规SHS技术,有机物、生态环境材料和功能材料。