铁基触媒合成金刚石形成的金属包膜的组织结构

利用SEM，TEM和Raman光谱检测手段，研究了铁基触媒合成金刚石形成的金属包膜的组织结构。结果表明：包膜与合成后触媒的组织形貌不完全相同，包膜内无金刚石，在靠近金刚石的包膜内层没有石墨和无定型碳。据此并结合包膜所起的溶碳和催化作用分析，在高温高压下，金刚石成核和生长的碳来源于靠近金刚石的包膜层(Fe，Ni)3C的分解产物，分解后的(Fe，Ni)3C转变为γ—(Fe，Ni)，这时的γ—(Fe，Ni)与末分解的(Fe，Ni)3C保持晶面平行关系。     

添加剂硼对合成细颗粒金刚石单晶的影响

实验在国产六面顶压机上利用高温高压方法,在铁基粉末触媒中添加硼粉,合成出了细颗粒金刚石单晶,找到了合成含硼细颗粒金刚石单晶的最佳添加比例.实验结果表明:随着硼添加量的增加,晶体的颜色逐渐加深,合成细颗粒金刚石单晶的最低压力点呈动态变化趋势.在铁基粉末触媒中添加硼粉,合成的金刚石单晶容易出现包裹体,且颗粒细化后依旧没有大的改善,原因与硼的电子结构有关.     

铁基触媒合成金刚石单晶的表观活化能计算

采用粉末冶金方法制成铁基片状触媒,以及在铁基触媒中添加碳化硼粉,通过高温高压方法制得常规金刚石单晶和含硼金刚石单晶.根据测定的DTA实验数据,利用Kissinger和Ozawa动力学模型分别计算了两种金刚石单晶剧烈氧化时的表观活化能.结果表明,含硼金刚石单晶的表观活化能明显高于常规金刚石单晶,因而具有更高的热稳定性.而两种动力学模型的计算结果相近,证明计算的表观活化能数值基本可信.     

铁基触媒合成金刚石形成的金属包膜成分的研究

利用电子探针(EPMA)和X射线光电子能谱(XPS)研究了包围金刚石单晶的铁基金属包膜和触媒的成分分布。结果表明,在金刚石生长过程中,接近金刚石单晶的包膜内层中的碳含量是变化的,但均高于接近金刚石的触媒层。然而,与包围金刚石单晶的触媒表面相比,包膜表面碳含量低、铁含量高。分析认为,高温高压下,金刚石生长的碳源主要来自于包膜,但碳并非均匀地在包膜熔体内层向金刚石扩散。结合前期研究发现的“包膜内层无石墨和无定形碳结构”的事实分析,金刚石生长所需的碳极有可能来源于包膜内层铁碳化物的瞬间分解,结果导致包膜表面瞬间碳含量低、铁含量高。     

铁触媒表面的氧化铁包覆层对金刚石成核的影响

在国产SPD 6×1200型六面顶压机上,研究了高温高压条件下铁触媒表面的氧化铁包覆层对金刚石成核的影响.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源发生氧化还原反应而生成了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,抑制作用更明显.文中同时还借助穆斯堡尔谱、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.     

粉末触媒、石墨配比对合成金刚石质量的影响

将不同配比的Fe70Ni30粉末触媒与石墨混合压制成粉末触媒合成棒,在国产六面顶压机上进行金刚石高温高压合成实验,并对合成的金刚石单产、粒度分布、晶形、抗压强度值、TI、TTI值进行了对比测试与观察分析.结果表明,对Fe70Ni30粉末触媒合成棒而言,当合成棒中Fe70Ni30粉末触媒含量为30%时合成金刚石的单产达到最大值,金刚石的TI、TTI值较高且TI/TTI差值最小,热冲击韧性最好.     

特殊类型金刚石合成用触媒的实验研究

叙述了特殊类型金刚石合成用触媒的实验结果及其在金刚石合成中所产生的作用和影响,讨论分析了合成的特殊类型金刚石晶体性能比普通金刚石晶体性能较优的原因.在讨论分析的基础上,为提高人造金刚石质量与合成优质特殊类型金刚石用触媒的选择指出了有效的方法与途径.     

Ni-Fe-RE-C粉末一体化金刚石合成工艺研究

粉末触媒-石墨和片状触媒-石墨存在着较大的物理差异,如粉末触媒比表面积比片状触媒大几十倍,因此,金刚石在粉末触媒表面上形核数目大大增加,并能在各个方向均匀发育,合成金刚石的单产量大幅度提高,且晶体的晶形更趋完整。用粉末触媒合成金刚石与片状触媒合成金刚石既有相似的地方,也有不同之处,关键在于怎么控制金刚石的形核与生长。合成锯片级完整六一八面体金刚石,腔体高温／高压必须进入一个非常小的区域,如果处于较大区域间,则将会出现多种类型的金刚石,使生长条件变化。问题是如何进入这一特定的区,避免通过所不期望的区域。     

Φ38 mm腔体粉末触媒工艺合成高品质金刚石研究

采用气雾化Fe70Ni30粉末触媒及西38mm合成腔体，在国产Y-500型六面顶压机（缸径Ф500mm）上进行了高品质金刚石的合成实验研究。结果表明，平均单产为72ct，静压强度值在198．9～260．7kN之间，合成金刚石的TI、TTI值分别为74％～79．5％和66．8％～70．3％，且TI值和TTI值之差在10％以内，合成的金刚石为金黄色，晶型完整率高，呈六八面体，杂质含量少且呈规则分布，质量基表上接近于国外SMD20／SMD30产品水平。合成的金刚石质量的明显改善应归功于所采用的Fe70Ni30粉末触媒合成工艺对金刚石生长环境的改善和生长速率的有效控制。     

碳源与触媒的匹配对金刚石质量的影响

碳源与触媒都是合成金刚石的重要原材料。近年来各厂家对其进行了大量的研究工作，并取得了较好的成果，都相继推出了新产品。但市场反映却不一致，造成这种局面的原因很多，但很大程度上是由于碳源与触媒的匹配不当造成的。自世界上第一颗人造金刚石问世以来，碳源与触媒就成了人们研究的对象，但长期以来，碳源与触媒的匹配问题却没有引起业内足够的重视。现就此匹配问题对金刚石的影响谈谈我的看法。     

金刚石原辅材料密度与合成效果的探索

在HJ-650型智能化六面顶压机上用间接加热的方法进行了φ49腔体低密度原辅材料和高密度原辅材料合成金刚石的试验.分析了试验中出现的现象,表明使用高密度原辅材料不仅提高了金刚石产品的产量,并且有效提高了金刚石的品级,实现了在腔体不变的情况下,明显降低Ⅰ、Ⅱ型科比例的目的.对试验效果的分析表明,在相同的工艺曲线下,低密度原辅材料合成金刚石比高密度原辅材料合成金刚石的效果要差很多,因此,在腔体不变的情况下合成高品级金刚石必须提高所使用原辅材料的密度.     

The carburization kinetics of iron-based Fischer-Tropsch synthesis catalysts

The carburization kinetics of iron supported by silica gel was studied in Fischer-Tropsch synthesis. The effect of several variables (content of K and Cu promoters and partial pressure of CO and H₂) on the rate of carburization was examined. It was found that the maximum of carburization rate coincides with a minimum of the hydrocarbons production rate. This revised version was published online in July 2006 with corrections to the Cover Date.     

铁基催化剂对煤炭直接液化的影响

基于煤直接液化铁基催化剂在煤炭直接液化过程中的反应机理及研究现状,从催化剂粒度大小、反应温度、催化剂类型等方面探讨了黄铁矿铁基催化剂对煤炭直接液化过程的催化影响。对2007--2012年中国的原煤产量、火电发电进行了详细分析,揭示了中国目前的煤炭企业现状。通过煤直接液化项目的影响因素分析阐明了目前在中国大力推广该技术具有较广阔的应用前景。最后从实际应用角度指出了煤直接液化待解决的问题。     

Low temperature time of flight mobility measurements on synthetic single crystal diamond

We study the temperature dependence of low charge injection drift mobility in single crystal (SC) diamond using an alpha particle source. We present time of flight (ToF) mobility measurements to investigate the charge carrier scattering mechanisms in SC synthetic diamond in the temperature range 200 K–300 K. We have used a gold contacted pad detector, with a “sandwich” contact structure, fabricated using a SC chemical vapour deposition (CVD) diamond synthesised by Element Six Ltd. ToF analysis of alpha particle induced current pulses shows a strong increase in hole mobility at reduced temperatures, consistent with acoustic phonon scattering processes dominating the charge carrier transport. On the other hand, electron mobility values appear to remain relatively constant with lower temperatures suggesting different mechanisms than optical or acoustic phonon scattering limiting the charge transport.     

人造金刚石晶体的生长速率

文章讨论了影响人造金刚石生长速率的因素,指出生长速率低是生产大颗粒人造金刚石单晶的瓶颈。作者预测：在保证金刚石晶体质量的同时,提高其生长速率的可能性是存在的。     

合成柱密度及触媒参数对自锐性金刚石的影响

利用水雾化Fe70Ni30合金粉或FeMn合金粉与石墨混合原料,经过还原与净化处理,造粒并压制成合成柱,用于自锐性金刚石的合成,研究了粉末触媒的粒度、含氧量、触媒与石墨的配比以及合成柱的压制密度等工艺条件对合成自锐性金刚石粒度和形貌、单次产量以及冲击韧性等的影响。结果表明,触媒的含氧量对合成后金刚石的形貌有明显影响,合成自锐性金刚石时控制触媒的含氧量在0.08%～0.1%wt为佳;合成柱中触媒的含量越高,金刚石单次产量越高,合成柱中触媒含量在30%wt左右时所获得金刚石的TI值达到最大;随着合成柱密度的提高,金刚石的合成单次产量明显提高,金刚石的冲击韧性TI值也稍有提高。     

生物柴油合成催化剂的研究进展

生物柴油是典型的"绿色能源",是优质的石油柴油代用品。综述了酯交换方法生产生物柴油过程中催化剂的研究进展,并重点介绍了固体碱催化剂的研究状况。     

MPCVD法合成单晶体金刚石的工艺探索(下)

在CVD法合成单晶体金刚石技术中,如何提高生长速率、生长质量以及单晶体体积是业界关注的焦点.文章选取5粒(100)方向的合成单晶金刚石作为种晶材料,其中包含2粒Ⅱa型CVD法合成的种晶,3粒Ⅰb型HPHT法合成的种晶,采用MPCVD法合成单晶体金刚石,获得了较理想的阶段性进展.实验参数范围是:温度为800℃～1100℃,压力为8000～11000Pa,功率为2500W.通过显微放大观察发现样品实现三维的生长模式,即在生长过程中表面积不断扩大,厚度不断增长,并在各表面留下了有明显特征的阶梯状生长纹和锥形生长丘.其中厚度最大增值为0.52mm,重量增加0.13ct.实验中首次得到了高质量透明的金刚石生长层.拉曼光谱分析表明,合成样品均存在金刚石特征的1332cm-1强峰,部分样品还伴随有少量的非金刚石相.     

MPCVD法合成单晶体金刚石的工艺探索(上)

在CVD法合成单晶体金刚石技术中,如何提高生长速率、生长质量以及单晶体体积是业界关注的焦点.选取5粒(100)方向的合成单晶金刚石作为种晶材料,其中包含2粒Ⅱa型CVD法合成的种晶,3粒Ib型HPHT法合成的种晶,采用MPCVD法合成单晶体金刚石,获得了较理想的阶段性进展.实验参数范围是:温度为800℃～1100℃,压力为8000～11000Pa,功率为2500W.通过显微放大观察发现样品实现三维的生长模式,即在生长过程中表面积不断扩大,厚度不断增长,并在各表面留下了有明显特征的阶梯状生长纹和锥形生长丘.其中厚度最大增值为0.52mm,重量增加0.13ct.实验中首次得到了高质量透明的金刚石生长层.拉曼光谱分析表明,合成样品均存在金刚石特征的1332cm-1强峰,部分样品还伴随有少量的非金刚石相.     

稀土对铁基结合剂金刚石节块性能的影响

研究了不同含量CeO2及CeO2与Y2O3混合稀土的加入对铁基结合剂金刚石节块性能的影响。结果表明:稀土CeO2的加入对铁基结合剂金刚石节块的硬度和抗弯强度有一定的影响;混合稀土对铁基结合剂金刚石节块的硬度和抗弯强度影响显著,加混合稀土的金刚石节块的性能都优于没有加的;当CeO2和CeO2与Y2O3加入量为0.2%时,能得到最优的性能。此外,节块的应力-应变关系表现为陶瓷的特性。