日本科学家用石墨合成硬度极高的人造金刚石

据媒体报道,日本科学家日前宣布,他们用石墨合成了人造金刚石,由于其晶体颗粒的尺寸缩小到接近极限,因此从理论上讲这种物质的硬度极高。     

碳原料结构对激光法合成纳米金刚石的影响

为了确定在较低激光能量密度下（10^6W／cm^2）激光法合成纳米金刚石最适宜的碳原料，研究了三种结构不同的碳原料（炭黑、片状石墨、土状石墨）对合成纳米金刚石的影响，采用拉曼光谱对碳原料的结构进行了分析，结果显示炭黑、土状石墨和片状石墨这三种碳原料的结晶程度依次增强，用Nd：YAG脉冲激光分别轰击不同碳原料的悬浮液，实验产物的透射电镜分析显示在激光照射炭黑和片状石墨的产物中没有金刚石生成，而在激光照射石墨的产物中发现了立方结构的金刚石，其颗粒尺寸约为5Bin．因此，在10^6W／cm^2的脉冲激光作用下，无序炭黑和结晶较完整的片状石墨均不利于合成金刚石，只有有序化程度适中的土状石墨有利于合成金刚石．     

我国人造金刚石用石墨材料的研究

石墨材料是人工合成金刚石的直接原料.回顾我国人造金刚石用石墨材料的发展历程,介绍目前金刚石工业专用石墨材料的种类、制备工艺及其相关性能.同时,概要介绍掺杂石墨和采用其他种类石墨材料合成金刚石的研究进展,并对今后人造金刚石用石墨材料的发展进行了展望.     

人造金刚石的结构特征对其性能的影响

讨论了金刚石颗粒尺寸、形状、表面状况以及包裹体等结构特征对其强度、热稳定性等性能的影响，并对人造金刚石的品级划分进行了探讨。     

Fe+Ni+C体系合成粗颗粒金刚石单晶的生长特征

在配备有高精密化控制系统SPD6×1670T型国产六面顶压机上,采用Fe80Ni20粉末触媒和高纯石墨开展粗颗粒金刚石单晶的生长特征研究。在粉末触媒技术合成金刚石的基础上,引入旁热式组装,以及采用优选粒度的触媒,特别是通过优化合成工艺严格地控制了合成腔体内晶体的成核量及生长速度。最终,在高温高压条件下(约5.4GPa、1435℃)成功合成出尺寸达到0.95mm(18/20目)的优质的粗颗粒金刚石单晶,分析了粗颗粒金刚石的生长特征和晶体缺陷,期待研究的结果有助于我国高品级粗颗粒金刚石的发展。     

往复式线切割对单晶硅表面粗糙度的影响

为了研究不同尺寸的金刚石颗粒、不同切速比(进给速度与线速度之比值)、金刚线切割时间与不同往复切割次数对晶体色散元件表面粗糙度的影响,主要采用四种不同线径的电镀金刚石线在上述条件下做切割晶面(111)单晶硅分光晶体的实验,并实现在脆性材料单晶硅的塑性区域进行线切割加工。结果表明:在塑性区域加工单晶硅分光晶体的表面粗糙度与金刚石颗粒尺寸成正比、与切速比有密切关系,增加往复切割的次数可以有效降低分光晶体的表面粗糙度。此次研究能够给上海同步辐射光源晶体色散元件加工提供一定的参考价值。     

纳米金刚石颗粒的长大实验研究

本文研究了炸药爆轰合成的纳米金刚石粉的小颗粒在高温 (～ 10 0 0K)和高压(5 2GPa)条件下的长大行为。将纳米金刚石粉放入特制的模具中压制成小圆片 ,将纳米金刚石小园片相互叠加起来放入钼套中 ,压实。然后将钼套置于石墨套中再放到叶蜡石块中 ,于高温高压下进行长大实验。实验结果表明 :在此高温高压条件下 ,纳米金刚石粉没有石墨化 ;纳米金刚石粉的纳米颗粒长大 ,可长成 1微米尺寸的金刚石颗粒 (温度为 10 0 0K左右 )。这一现象表明 ,纳米金刚石颗粒表面的活性使得它可以在较低的温度长成较大的金刚石颗粒     

纳米金刚石颗粒的长大实验研究

本文研究了炸药爆轰合成的纳米金刚石粉的小颗粒在高温（－1000K）和高压（5．2GPa)条件下的长大行为。将纳米金刚石粉放入特制的模具中压制成小圆片,将纳米金刚石小圆片相互叠加起来放相钼套中,压实,然后将钼套置于石墨套中再放到叶蜡石块中,于高温高压下进行长大实验。实验结果表明,在此高温高压条件下,纳米金刚石粉没有石墨化;纳米金刚石粉的纳米颗粒长大,可长成1微米尺寸的金刚石颗粒（温度为1000K左右）,这一现象表明,纳米金刚石颗粒表面的活性使得它可以在较低的温度长成较大的金刚石颗粒。     

合成金刚石的碳源石墨

本文论述了碳源石墨的特性对静压溶剂-触媒法合成金刚石的影响,提出了静压溶剂-触媒法合成金刚石的机理,包括热力学模型、触媒合金的作用、金刚石的成核和成长、P-T条件对合成的影响。论述了碳源石墨的晶体完善程度、织构、颗粒大小、杂质含量及其他性能对金刚石的成核、长大和物理性质的影响。本文还介绍了几种国外碳源石墨的理化性质。     

人造金刚石在空气中的热稳定性研究

本文利用含热分析、热腐蚀实验、扫描电镜和抗压强度实验等方法,研究了人造金刚石在空气中的热稳定性,测定了人造金刚石在空气中的氧化温度,分析了金刚石颗粒在空气中的氧化过程与机理．     

石墨微粒的表面化学沉积包覆

通过中温沥青在人造石墨表面发生热缩聚反应制备单颗粒"核-壳"型复合炭。扫描电子显微镜(SEM)和粒度测试结果表明:随着反应时间的延长,石墨片层的微观表面明显改变,包覆物首先在较为尖锐的棱角处形成,继而由石墨碎片的边缘向石墨片层表面延伸,直至覆盖石墨片层。X-射线衍射(X-ray)、红外光谱(FT-IR)、示差扫描量热(DSC)等分析结果表明:表面包覆物由中间相沥青组成。石墨微粒的表面化学沉积包覆机理为:中温沥青首先经过热分解和热缩聚反应形成平面稠环分子,继而在石墨微粒表面吸附并不断层积和继续生长,直至实现单颗粒石墨表面化学沉积包覆。     

高温高压合成含硼金刚石单晶制备工艺初探

本文以掺入不同含量硼铁的铁基合金为触媒,以石墨为碳源,在高温高压条件下合成了含硼金刚石单晶体.利用扫描电镜(SEM)观察了金刚石及触媒的组织形貌;利用金相显微镜观察了金刚石颗粒的颜色和形态;利用拉曼光谱仪(RS)确认了人造金刚石单晶体中硼的存在;利用低温电阻测量仪验证了合成的含硼金刚石单晶颗粒具有半导体性能.实验结果表明,在金刚石的合成中,触媒中硼铁含量为2wt%的合成效果相对最好.     

金刚石颗粒弥散WC-Co复合物的烧结及其韧化

采用放电等离子烧结(SPS)方法制备了金刚石颗粒(平均粒径为12μm、25μm 及50μm)以20 ％的体积比弥散WC-10 wt％Co硬质合金的致密复合物,为防止金刚石颗粒的氧化和石墨化,用高温化学反应方法在其表面生成了一层牢固结合的纳米尺寸的碳化硅保护膜。所得烧结体的相对密度均可达到98％。弥散金刚石颗粒基本保持了基体的高硬度,但是使复合物的断裂韧性得到了显著提高,金刚石粒度为50μm时,韧性高达17.8MPa·m1/2。沿金刚石颗粒周围可以清晰地观察到裂纹偏转及停止现象。金刚石粒度的变化对力学性能的影响不很明显。      

激光法合成纳米金刚石的高分辨电镜研究

在常温常压下,采用脉冲激光作用循环的石墨悬浮液,收集并烘干得到样品B,另一部分用高氯酸进行酸煮提纯提到样品A.对样品A、B分别进行高分辨电子显微镜（HRTEM）和显微拉曼光谱（Micro-Raman）分析.结果表明,部分石墨经激光作用后转变成了具有多重孪晶结构特征的、尺寸为5 nm的金刚石颗粒,同时还得到了非晶碳.高分辨电子显微镜照片证明,石墨转变成纳米金刚石的机理为快速成核长大过程.     

用激光法合成纳米金刚石

使脉冲激光与石墨粉在空气中相互作用,并对其氧化提纯．对产物进行的显微激光拉曼光谱（Raman）与高分辨电子显微镜（HRTEM）分析表明,产物中含大量纳米金刚石颗粒,其尺寸为5nm左右,且具有较多的晶体缺陷和残余内应力．提出了石墨转变为金刚石纳米晶的机理：在脉冲激光产生的高温高压的条件下,具有石墨结构的原子团发生快速滑移切变,形成立方金刚石晶核,碳等离子体中高化学活性的碳粒子集团使金刚石晶核迅速长大,形成金刚石微晶．     

铜上采用镍过渡层化学气相沉积金刚石薄膜的研究

采用镍过渡层研究了铜基片上金刚石薄膜的化学气相沉积．镍过渡层与铜基底间在高温退火条件下形成的铜镍共晶体明显地增强了金刚石薄膜与铜基片之间的结合力．用扫描电子显微镜和激光Ｒａｍａｎ谱研究了薄膜的形貌和质量;采用高温氢等离子体退火工艺在基片表面形成的铜镍碳氢共晶体上抑制了无定形碳和石墨的形成,有利于金刚石薄膜的生长．金刚石薄膜的均匀性受到共晶体的均匀性的影响．     

钛酸钡／锡复合材料的硬度超过金刚石

美国威斯康星大学研究人员设计出一种复合材料。该材料由钛酸钡晶体与基质锡构成，据说这种材料比金刚石还硬。实验表明，将钛酸钡颗粒植入锡中，所得材料的硬度接近于金刚石的10倍。     

化学气相沉积金刚石薄膜

概述了金刚石膜的发展过程及近年来的发展趋势.阐述了有关的生长机制.对生长金刚石膜非常重要的几个问题有,提高金刚石成份的生长率;稳定金刚石结构,并清洗掉不需要的石墨,引入氢,控制其浓度;或以某种形式赋予石墨以一定能量,使其转变为金刚石.简单的介绍了化学输运过程方法和等离子体动力学方法,总结了研究中已经解决的问题和尚不清楚的问题.收集和整理了金刚石,金刚石膜和类金刚石的性能,进行了对比,并将金刚石膜与一些电子材料进行了比较,最后简述了可能的应用.人造金刚石膜具有优越的性能,这是任何其它材料无法与之比拟的,同时它的造价低廉,因此美国纽约时报惊呼,人造金刚石膜已为电子学、光学、机械加工、化学工业和军事科学开辟了一个新纪元.目前金刚石膜的研制使得东西方的科学家极为振奋,在日本、美国和苏联正在兴起“金刚石热”.     

温度对铁基预合金粉腐蚀泡沫化人造金刚石微粉的影响

采用铁基预合金粉对粒径为40~50μm的人造金刚石微粉进行腐蚀泡沫化处理。研究了不同温度对金刚石微粉表面形貌、颗粒直径、比表面积和孔容积的影响,并对腐蚀图案的各向异性和泡沫化机理进行分析。结果表明:当金刚石和预合金粉质量比为1∶2时,800℃处理的金刚石表面出现明显的腐蚀坑。随着处理温度升高,金刚石泡沫化程度先增大后减小,当处理温度为1 000℃时,金刚石泡沫化效果最好;此时,金刚石的比表面积和孔容积最大,分别为7.322m2/g和0.012mL/g。在腐蚀泡沫化过程中,金刚石发生了石墨化。     

低压下用CO H_2气体制备人造金刚石的相图计算

用非平衡热力学耦合模型计算了低压下由CO＋H2气体制备人造金刚石的相图．这些相图与经典的平衡热力学理论计算的相图不同，都有一个金刚石生长区．金刚石生长区的存在是实现用CO＋H2气体制备人造金刚石的热力学基础．本文认为相图中的金刚石生长区是体系中超平衡氢原子和超平衡氧原子对金刚石相和石墨相不同作用的结果．不同压力下相图中金刚石生长区的范围稍有不同，压力降低时，金刚石生长区将向低CO浓度的方向移动．本文还将计算的结果与报道的实验结果进行了对比分析，两者基本相符．