石墨重结晶现象与金刚石生长机制(上)

石墨材料在高温高压条件下,大量的C原子和原子团溶解于催化剂合金中,当回到常温常压下,过饱和的C会从合金晶格中析出来,形成的石墨晶体存在于合金中,成为重结晶石墨。文章详细地分析了高温高压合成金刚石过程中石墨的重结晶现象,通过实验论证了压力和温度对这一过程的影响,研究了石墨-合金界面两者的相互渗透以及此一界面上金刚石的成核与长大。认为金刚石优先在石墨-金刚石界面成核并长大,并且跟石墨的重结晶过程有关。     

再结晶石墨对宝石级金刚石单晶生长的影响

高温高压温度梯度法生长宝石级金刚石单晶的过程中,尽管处在金刚石稳定区内,却经常发现,有亚稳态的再结晶石墨存在。本研究发现,作为一种晶体,大量再结晶石墨的析出和生长对宝石级金刚石单晶的生长速度有较为明显的抑制作用,并且再结晶石墨更容易在较高温度合成区内出现。例如,使用N iM nCo触媒进行宝石级金刚石单晶合成过程中,随着合成温度的提高,当大量多余碳源不再以金刚石自发核形式析出,而是以大量片状再结晶石墨形式围绕在晶体周围时,晶体的生长速度有了大幅度的降低,从相对低温时的约3.0m g/h降到较高温度时的1.0m g/h。     

金刚石生长的驱动力

籽晶方法生长金刚石采用温度梯度技术,金刚石晶体生长驱动力来源于腔体内构造的温度梯度。工业上采用自发成核生长金刚石技术,金刚石生长的驱动力来源于金刚石晶体与石墨温度差。     

生长型多晶金刚石

简要讨论了在静高压高温条件下制造生长型多晶金刚石的有关问题，如高压设备及压力问题，原料选择与高压高温腔的组装，压力与温度的控制等。     

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。     

人造金刚石用石墨性能的研究

用于合成金刚石的石墨具有三个功用——碳源、热源和受压介质,其性能直接关系着金刚石的质量。文章针对人造金刚石用石墨材料主要性能的研究进行了综述,包括石墨化度、气孔率(体积密度)、灰分(纯度)、电阻率以及晶体结构等等。提出在选择合成金刚石用石墨材料时,应综合考虑其满足不同功用的各项性能,同时还要结合具体的生产条件。认为满足合成设备大型化和粉末工艺的粉状石墨和辅助加热用的石墨材料将是人造金刚石用石墨材料发展的新亮点。     

叶腊石在合成金刚石中的流动规律研究及行为分析

文章通过对叶腊石在压力和温度的作用下流动规律研究,分析了其在合成金刚石中的影响,详细阐明了裂锤、放炮产生的根本原因。结果表明:①白云石不是一种很好的衬管材料;②少量的结构水对合成金刚石并不是一件坏事;③小压机大腔体的指导思想是错误的。     

高速生长CVD金刚石单晶及应用

文章简要地介绍了近年来国内外CVD金刚石单晶的高速生长和应用进展。实验中采用微波等离子体化学气相沉积（CVD）方法,同质外延高速生长金刚石单晶,通过改变反应腔压强、反应气氛（在CH4/H2中引入氮气N2、二氧化碳CO2、氧气O2、）等,调制单晶生长速率、质量、颜色、表面粗糙度、光谱等特性。利用高温氢等离子体进行退火,可使金刚石单晶的颜色有很大的改善。研制了CVD金刚石单晶刀具,用于金属材料的曲面镜面加工。     

静压触媒法生长金刚石的机理

关于静压触媒法生长金刚石的机理有多种理论，但它们的共同特点是认为在金刚石的生长过程中是某一种机理自始至终在起作用。本文则提出新的理论：在金刚石成核及长大初期，基本上是在触媒的作用下直接转化；随着金刚石的长大，溶解一结晶过程逐渐起主导作用。这一理论较园满地解释了现有的实验事实。     

金刚石工具加工铸铁技术浅谈

由于铸铁材料的特殊性,为金刚石工具的应用提供可能。通过理论的分析,提出金刚石工具加工铸铁材料的可行性,并通过具体工具的应用证明论点的正确。     

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。     

金刚石工具胎体合金特性的探讨

简介了金刚石工具胎体合金的发展等状况;对胎体合金的作用及影响其＂把持力＂与＂耐磨性＂两个关键性能的因素作了分析。在此基础上归纳出胎体合金的特性,并介绍了如何取此特性,用以指导选用与研制胎体合金时作为参考。     

高品级人造金刚石合成工艺特点的探讨

通过对高品级金刚石理想合成区间和实际生产区间的探讨分析,阐述了高品级金刚石合成过程中温度与压力的匹配与控制的关键技术,对合理制定高品级金刚石合成工艺不无益处。     

高温高压下金刚石同质外延生长的研究

文章在铁镍-石墨体系中,对金刚石晶形在不同生长条件下的形成过程进行了研究,并通过对合成晶体的形貌分析,进一步推测金刚石晶形的形成过程。实验中发现,后期合成晶体的晶形与前期合成晶体的晶形以及表面粗糙程度有着密切的联系;金刚石晶体在光滑完整的表面生长速度较快,而且合成晶体的晶形较为规则;不具备完整晶形的晶体在生长后期也能通过自身调节形成具备完整晶形的晶体,但合成晶体的规则性较差,表面容易出现缺陷,而且体系中出现大量自发核,为进一步了解金刚石的同质外延生长,以及金刚石晶体晶形的形成过程提供了一种新途径。