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。     

优质板状Ⅰb型宝石级金刚石大单晶的合成

高温高压下合成Ⅰb型宝石级金刚石大单晶,需要较长的合成时间。由于低温板状晶体合成区间很窄,因此较中温和高温晶体的合成相对困难。文章对板状Ⅰb型宝石级金刚石大单晶的合成进行了研究,并实现了不同尺寸优质板状晶体的可重复性合成。     

高温高压温度梯度法合成板状宝石级金刚石单晶

板状宝石级金刚石单晶具有重要的应用价值。它可以作为红外透明窗口和高功率激光器的散热片等。文章研究了温度梯度法合成宝石级金刚石与籽晶的生长面以及合成温度之间的关系,在低温区用籽晶（100）面合成了4mm的优质板状晶体。     

优质Ⅱb型宝石级金刚石大单晶的高温高压合成

实验在国产六面顶压机上利用温度梯度法合成优质Ⅱb型宝石级金刚石。研究发现在约5．5GPa和约1300℃的条件下,添加剂硼的加入使合成Ⅱb型金刚石的形貌较Ⅱa型宝石级金刚石有较大不同,文章分析了产生该现象的原因;实验还发现随着硼添加量的增加,所合成Ⅱb型宝石级金刚石的颜色由浅变深。结果实验获得了尺寸达4mm的优质Ⅱb型宝石级金刚石大单晶。     

Ⅱa型宝石级金刚石大单晶研究最新进展

用合金触媒利用温度梯度法合成优质Ⅱa型宝石级金刚石。研究发现，在约5．4GPa和约1300℃的条件下，除氮剂的加入使合成金刚石的温度区间变窄及金刚石晶体生长过程中更易俘获包裹体而出现熔坑，从而影响晶体的生长速度。实验解决了组装的稳定性问题；并通过调整组装，在除氮剂合适的掺入量下，使合成优质金刚石的最大生长速度达到2．16mg／h。结果实验获得了4．3mm的优质Ⅱa型金刚石大单晶。红外测试分析表明该金刚石含氮量小于10^-7。     

碳源扩散不均一性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优质宝石级金刚石单晶过程中,晶体生长主要由碳源在触媒中的扩散过程决定。本研究通过有限元对碳源对触媒的扩散过程进行了简单模拟,结果发现,受温度梯度法特定组装结构影响,实际晶体在生长过程中,由高温端扩散下来的碳源在触媒中的分布是相当不均匀的。对晶体生长来说,这种碳源扩散不均一性会直接影响晶体的生长过程。在籽晶粒度超过2mm时,晶体中心部位出现较多包裹体,或者生长表面无法生长愈合。     

人造大单晶金刚石的合成技术进展及主要应用

随着宝石级金刚石合成技术的不断进步,最好的人造金刚石其品级已经超过了天然金刚石。文章简单介绍了大单晶金刚石高温高压合成技术和CVD合成技术近年来的进展,大单晶金刚石的主要应用以及市场前景。     

触媒在合成宝石级金刚石中的作用及影响

对触媒在合成宝石级金刚石工艺中的作用机理进行了探讨，分析了触媒对合成宝石级金刚石晶体性质和晶体质量的影响，并提出了通过控制触媒获得高质量宝石级金刚石晶体的几点建议。     

用温度梯度法生长优质Ⅱa型金刚石大单晶

利用温度梯度法在国产六面顶压机上合成优质Ⅱa型宝石级金刚石。除氮剂T i(Cu)的加入使合成金刚石的温度区间变窄且晶体生长更易俘获金属包裹体,通过采用稳定的组装、降低生长速度而获得了优质Ⅱa型金刚石大单晶。     

山东省的金刚石宝石资源

我国著名的金刚石宝石资源产地 ,目前已知主要是山东、辽宁和湖南。而宝石级彩色金刚石的产地 ,已知仅有山东。在江苏北部曾发现有宝石级彩色金刚石的线索。《珠宝科技》2 0 0 0年第 4期发表《山东发现美丽的彩钻》一文后 ,引起了许多读者的兴趣。我们在此对山东省的金刚石宝石资源作一简介 ,以飨读者。山东省是我国较早发现金刚石宝石资源的地区。据《石雅》书中记载 :“中国昔未闻产金刚 ,近时惟山东沂州南乡李家庄有之 ,然大率微小 ,不为俗所贵。闻乡人常於夏季雨后 ,着草履。往来践踏河流砂土间。金刚棱角锐敏。遂嵌入其间 ,不得出 ,后…     

碳素扩散场对塔状晶体合成的影响

高温高压温度梯度法生长宝石级金刚石时,碳素的扩散场会对晶体品质产生很大影响。不同分布的扩散场适合生长不同形貌的晶体。研究发现,图1的碳素扩散场适合生长尺寸较大的板状晶体。合成高温塔状晶体时,若β〉0．6,合成出的绝大多数晶体内都会出现大量的包裹体。该扩散场不适合生长卢值较大的塔状晶体。通过有限元模拟,得到了该扩散场碳素浓度等值线分布图。找到了该扩散场适合板状晶体生长的原因是碳素在扩散场的分布与板状晶体的形貌要求相匹配,与塔状晶体生长的要求相违背导致的。     

CVD金刚石薄膜技术发展现状及展望（上）

简要描述了CVD金刚石薄膜技术的发展历程。介绍了纳米特别是超纳米金刚石膜、CVD金刚石大单晶的技术特点及其应用。超纳米金刚石膜在MEMS（微机电系统）、电化学和生物医学上的应用和CVD金刚石大单晶是当前的研究热点。简言之,金刚石的发展向着更大或者更小的方向深入进行,即＂非大即小＂。     

(FeMn)_xAl_(1-x)-C体系金刚石的高温高压合成

利用F eM n-C体系以及添加剂A l,在国产六面顶压机上分别进行了合成金刚石单晶的实验,研究了在高温高压条件下(5.6~5.8 GPa,1400℃~1600℃)(F eM n)xA l(1-x)-C(0≤x≤1)体系金刚石生长特性。通过光学成像显微镜、扫描电镜(SEM)和显微红外光谱、穆斯堡尔谱等分别对合成后的金刚石晶体的颜色与形貌,含氮量以及内部杂质进行了测试分析。研究结果表明,(F eM n)xA l(1-x)-C体系可合成晶面完整的八面体金刚石晶体;无A l(x=1)添加时,合成晶体的生长速度较快,添加A l(x≠1)后,晶体生长速度明显变慢;无A l添加时,体系合成晶体的含氮量较高,而添加A l后,含氮量明显降低;无A l添加时,合成晶体内部的包裹体主要成分是F e3C和F e,添加A l以后,合成晶体内包裹体主要成分是F eA l合金。     

优质毫米级粗颗粒金刚石单晶的高温高压合成

粗颗粒工业金刚石的合成与普通工业金刚石相比,需要较长的生长时间,而且其合成条件相对于普通工业金刚石单晶更为苛刻。文章总结了在具有高精密化控制系统的国产SPD6×1670T型六面顶压机上进行的优质粗颗粒金刚石单晶的合成研究。在粉末触媒合成金刚石工艺的基础上,提高了压力和温度控制系统的精密化程度,引入了旁热式组装,改良了合成工艺,通过精密地控制金刚石的成核量与生长速度,以及采用最佳粒度的触媒,在高温高压条件下（～5．4GPa,～1360℃）成功合成出尺寸达到1．0mm的（18目）粗颗粒金刚石单晶,并分析了晶体的形貌和表面特征。     

优质细颗粒金刚石单晶的高温高压合成与表征

文章利用国产六面顶高温高压设备,根据对金刚石合成不同区域的生长特点,通过对合成工艺的调整,实现了对体系中金刚石成核率与生长速率的控制,并成功合成出了具有完整晶形,尺寸大约在2-10μm的优质细颗粒金刚石单晶。通过热重-差热分析以及Raman光谱测试发现,合成具备完整晶面的细粒度金刚石单晶抗氧化强度大于表面粗糙的同粒度的金刚石微粉破碎料,且合成的晶体内部存在较小的残余应力。     

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。