用镍锰钴合金触媒合成高品质金刚石的试验

研究触媒材料与金刚石的合成和金刚石晶体生长的关系问题，对促进合成工艺技术与触媒材料的发展有重要的实际价值。叙述了镍锰钴合金触媒（Ni70Mn25Co5）合成高品质金刚石的效果，讨论了镍锰钴合金触媒性质对金刚石合成效果及其晶体生长的影响和合成机理，并指出了在生产中对触媒材料选择的重要性和提高金刚石合成质量的方法与途径。     

不同金属触媒对金刚石中氮含量的影响

利用高温高压静压触媒法合成金刚石单晶过程中,如果不采取特殊除氮措施,晶体中的氮杂质含量会因为触媒不同而不同,晶体颜色表现出深度不同的黄色。本研究就不同触媒利用温度梯度法合成的宝石级金刚石单晶中的杂质氮进行了显微红外测试,并且发现当触媒中微量与氮有关的添加剂存在时,晶体中氮含量会发生明显变化。例如,使用N i基N iMnCo触媒得到的宝石级金刚石单晶含氮量大约在400×10-6;而采用Fe基FeN iCo触媒得到的晶体含氮量约在150×10-6。然而当触媒中存在微量(1wt‰)NaN3时,无论Fe基还是N i基触媒,晶体中的含氮量均提高到700×10-6左右,这说明触媒中存在微量添加剂时可能会明显影响到触媒和晶体的性质。     

含硫金刚石的合成及杂质分析

本文分别用Ni70Mn25Co5合金粉末和含添加剂硫的Ni70Mn25Co5合金粉末作触媒合成了金刚石单晶，通过对比，发现添加剂硫的引入使得金刚石内的包裹体含量增加，使晶体表面出现熔坑；利用X射线荧光光谱对晶体的杂质成分、相对含量进行了分析，发现杂质元素锰、硫的含量随着触媒中硫的添加量的增加呈增加趋势，由此推测在金刚石生长过程中生成了难熔的MnS，MnS以包裹体的形式进入金刚石中，在一定程度上破坏了金刚石的晶格排列，使得表面出现熔坑。     

粉末触媒法合成金刚石的新进展

文章分析了在六面顶压机大型化同时,粉末触媒法合成金刚石的不断发展,并且探讨了部分利用大型压机合成新型功能性单晶或新材料的实验进展。指出国内粉末法合成金刚石近年来取得长足进步,但与国外先进技术仍存很大差距,任重而道远。     

RSO—HCL体系溶解金刚石合成块中触媒的研究

本文提出了一种采用氧化剂与盐酸一起溶解镍基合金触媒的人造金刚石提纯新方法，实验选用无毒低价的固体物质ＲＳＯ作氧化剂，取得了令人满意的结果，ＲＳＯ－ＨＣＬ体系溶解金刚石合成块中触媒与采用ＨＮＯ３－ＨＣＬ体系相比，酸雾排放量和氮氧化物排放量均少９６％以上，氯气排放量少９９％；并且处理成本亦有所降低，而溶解的速度和效果基本相同。     

合成金刚石用水雾化触媒粉末Fe70Ni30性能的研究

我国近年普遍采用水雾化粉末触媒Fe70 Ni30合成金刚石,本文对这种粉末形貌、成分、粒度分布、氧含量、相组成等作了分析研究.结果表明:粉末呈不规则状;粒度呈正态分布,D50= 22.9 μm;粉末杂质含量很低:初始粉氧含量为0.2％(质量分数),将触媒粉和石墨粉混合(质量比3:7)压成合成柱,在1000℃,真空10-...     

用铁基粉末触媒合成金刚石的研究

本文利用五种铁基粉末触媒 (FeNiXn,n =1,2 ,3 ,4,5Xn代表Fe在触媒中的含量 ,Xn>Xn -1)在国产六面顶压机上进行了金刚石单晶的合成实验 ,研究了高温高压条件下 (～ 5 4GPa ,～ 14 0 0℃ ) ,铁基粉末触媒随铁含量的改变 ,石墨碳-铁基触媒体系合成金刚石条件的变化规律以及金刚石单晶的生长特性 ,利用穆斯堡尔谱对金刚石中铁元素形成的包裹体进行了检测。结果表明 ,随着铁基粉末触媒中铁含量的增加 ,合成金刚石的压力和温度条件逐渐增高 ,金刚石生长的“V形区”上移 ,同时得出了铁基粉末触媒适合高温区 ( 110 )和 ( 111)面生长以及金刚石中铁元素以FeNi和Fe3 C形式存在的结论     

开孔隙对粉末触媒合成金刚石的影响

通过实验设计，对比研究了有、无表面开孔隙的ＮｉＭｎ粉末触媒在六面顶压机上合成金刚石效果的差异。结果表明：ＮｉＭｎ粉末触媒表面存在开孔隙，能提高合成腔体内触媒和石墨的接触面积和单位体积中金刚石的形核率，从而有利于高单产金刚石的合成；而粉末触媒表面的开孔隙存在与否，对合成金刚石的晶形无明显影响。     

触媒组织中碳化物的含量与金刚石的生长

采用粉末冶金铁基触媒在六面顶压机上高温高压合成金刚石.试验表明,在相同的工艺条件下,由于合成腔体温度和压力梯度的存在,压块不同断面上的合成效果存在明显差异.使用X射线衍射(XRD)和电子探针分析(EPMA)对不同断面上的触媒物相与成分进行了检测.结果发现,金刚石形核量较多,分布均匀,且晶形完整的触媒中存在大量碳化物;触媒中夹杂有原始石墨,碳化物形成不充分,则金刚石形核量较少.分析认为,触媒中的碳化物应该才是高温高压下金刚石生长的直接碳源.触媒熔体充分溶解石墨,碳化物充分形成对于提高金刚石的产量和质量是必需的.     

添加剂硼对纯铁粉末触媒合成金刚石的影响

本义研究了添加剂硼对纯铁粉末触媒合成金刚石的影响。实验中将不同比例的无定形硼粉直接添加到石墨-纯铁粉末体系中并均匀混合，以此方式，将硼掺杂到高温高压合成的金刚石单晶中。实验结果表明，随硼添加比例的不同，合成金刚石的最低压力点也不同；同时，通过不同添加比例的硼合成出金刚石的颜色，可得知该方法对提高金刚石内硼含醚的有效性。实验还发现，当硼添加比例一定时，合成温度对合成金刚石的特性产生了一系列的影响。     

金刚石复合片合成中的排杂机理研究

本文利用SEM、X射线衍射等方法研究了以Mo作为密封材料,在高温-高压合成Co基金刚石复合片(PDC)的过程中,PDC中气体及残余Co的排出机制。研究结果表明:Mo可以有效吸收原料素坯在合成过程中排出的气体;合成过程中排出的Co-C熔液均匀包围在PDC周围,形成Co-C富集层;同时Co-C富集层沿Mo晶界扩散,而Mo本身对Co没有吸收作用。     

人造金刚石杂质研究

利用磁化率测定仪、扫描电镜/X射线能谱仪、氧氮分析仪等仪器综合分析了使用铁镍合金触媒合成的磨料级系列金刚石内部杂质及其组分与含量。结果表明:人造金刚石磁化率与灰分/金刚石质量比成正比。人造金刚石的主要杂质为铁、镍、镁、硅、钙、氧和氮。随着人造金刚石杂质总量的减少,除氮以外所有杂质都在减少,但杂质中的硅和钙的占比增加,提示硅和钙除了随同触媒一道,以金属包裹体的方式进入金刚石晶体,可能还有其他方式。金刚石品级越高,氧质量分数越低,而氮质量分数与品级高低无关。为进一步考察金刚石杂质来源,分析了合成金刚石试样所使用的原料石墨和触媒。使用高纯度石墨和触媒有助于合成出高纯度金刚石,但不一定是顶级金刚石。     

人造金刚石晶体中气态和固态包裹体的研究

采用光学显微镜对FeNi触媒合成金刚石中包裹体的形态进行了观察,发现金刚石中的气态包裹体主要表现为大小不同的气泡,弥散状分散的小气泡以及云浮状呈现在晶体中;固态包裹体主要为石墨包裹体和金属包裹体;通过对不同包裹体种类和含量的金刚石静压强度、TI、TTI等进行测试分析,发现无包裹体和几乎无包裹体的金刚石的质量最好,金属包裹体对合成金刚石的质量影响不大,气态包裹体次之,石墨包裹体对合成金刚石的质量影响最大。     

天然石墨特征对合成金刚石性能影响的研究

金刚石合成工业中所用天然石墨应具有极低灰分,同时杂质的种类、含量及状态都是影响金刚石品质的重要因素。本文结合对天然石墨原矿、高纯石墨及由其合成的金刚石进行了光学显微镜、X射线粉末衍射(XRD)、碳硫分析仪、场发射环境扫描电子显微镜(FESEM)和电子能谱(EDX)等测试分析,研究了天然鳞片石墨作为合成金刚石碳源的特点,认为天然鳞片石墨纯度、粒度以及杂质硫元素等对合成金刚石特征和性能有重要影响。     

硫杂质对焦反应性的影响及其机理(英文)

采用以低杂质沥青焦模拟石油焦和外掺杂的方式,研究硫杂质元素对焦反应性的影响,并通过XRD、SEM和EDS等检测手段探讨其作用机理。结果表明:在无其他杂质元素干扰的情况下,硫实际上是一种对焦的空气和CO2反应性都具有明显催化性的杂质元素。其催化作用可能是通过在焦的空气和CO2反应过程中分别引发有机硫→H2S→SO2→COS和单质硫(S x)→SO2和有机硫→H2S→COS→S x→C2S→COS两组可部分循环并具有增加碳耗和增大焦比表面积作用的反应体系来实现的。     

稀土在粉末触媒合成金刚石中的作用研究

本文利用稀土作为添加元素制备了FeNi30粉末触媒并对其性能进行了研究。粉末成分测试发现：添加稀土后触媒粉末氧含量由230×10^-6降低为120×10^-6,根据稀土元素的性质对稀土作为脱氧、脱硫剂的作用机制进行了分析;选择不含稀土、石墨柱中添加稀土和触媒中合金化添加稀土三种情况进行了金刚石合成实验。通过实验数据的对比,得出稀土元素的添加有利于提高金刚石的混合单产、粗颗粒比例、静压强度和冲击韧性值以及降低磁化率,添加稀土元素后金刚石颜色由浅黄色变为了绿色,并对石墨柱热处理工艺进行了研究。     

铁基触媒合成含硼金刚石单晶颗粒的电阻-温度特性

以铁基合金掺入硼铁粉为触媒剂,石墨为碳源,在高温高压条件下合成含硼金刚石。光学显微镜和Raman散射仪观察了金刚石的表面形貌与晶体结构。用自制的电阻-温度测量仪对金刚石进行电阻．温度曲线进行测量,结果表明,随着温度升高,电阻逐渐降低,证明该金刚石具有负的电阻温度系数;继续升温,金刚石内的杂质发生电离,当杂质全部电离时,金刚石处于半导体的饱和区;温度进一步升高,金刚石进入本征电离区。     

FeNi-Si-C体系金刚石的成核特性

本文利用掺硅FeNi粉末触媒，在国产六面顶压机上进行了金刚石单晶的合成实验，研究了高温高压条件下，Fe—Ni—Si—C体系合成金刚石单晶的成核特性。结果表明，由于掺Si量的不同，合成金刚石的最低生长条件（压力和温度）并没有太大的改变；但随着触媒中掺Sj量的增加，其成核量也随之增加；通过光学成像显微镜观测发现，合成出的金刚石晶体同FeNi—C体系合成的晶体的颜色和形貌具有较大的区别，出现了“两极分化”现象，主要表现为部分晶体质量好，而部分晶体则质量很差（晶体呈浅黑色，晶形不完整等），且随触媒中掺甄量的增加，质量差的晶体比率增高。对不同合成条件的棒料进行X—ray检测发现，在金刚石合成条件下有FeSi和Fe，si的生成，台阶压力时间的长短直接影响FeSi、Fe3si的粒度。我们推测，难熔化合物FeSi和Fe3si参与成核，导致金刚石成核量增加，而这种金刚石的“异形核”存在，会导致晶形不够完整和包裹体的产生。     

Fe-C-S系金刚石单晶的高温高压合成

在Fe-C体系中加入单质硫(S)作为添加剂,采用高温高压法合成金刚石单晶.研究表明:S在高温高压下与Fe发生了相互作用,影响了Fe的催化性能,进而对金刚石的自发成核产生抑制作用.S的添加能使纯Fe触媒合成六八面体晶体的温度区间变宽,从而提高合成六八面体的可控性;在显微镜下观察金刚石晶体形貌颜色为深黄,晶体完整,包裹体较...