在Fe-Al-C系统中合成优质Ⅱa型宝石级金刚石单晶

和优质Ib型宝石级金刚石单晶生长相比，作为当今高温高压晶体生长的一种高精尖技术，优质1／a型宝石级金刚石单晶对合成技术提出了更高更苛刻的要求：枢研究从晶体的生长速度出发，发现一开始阶段（大约几个小时）的晶体生长速度对优质宝石级金刚石单晶的后期生长争关重要。埘Fe-Al-C系统（Al含量不大于2．5wt％）来说，采用多品种法将晶体开始阶段的晶体生长速度由1．5mg／h降至0．5mg／h后，对生长过程中金属包裹体的进入有了明显的抑制作用，晶体的质量有了很大提高。从晶体中包裹体的存任形式来看，为了获得优质Ⅱa型宝石级金刚石单晶，在触媒中人为地添加除氮剂给晶体生长过程中的排杂过程带来了很大的难度：为了更好的实现排杂，必须很好的处理晶体表面的径向平铺生长速度和晶体轴向的堆积生长速度之间的火系。     

白宝石弓形片晶体生长研究

;对于采用电阻加热导模法生长白宝石弓形片来说,模具顶端的温度场对晶体外形控制起着关键作用.实验发现模具顶端附近径向温度梯度1.6℃/mm、轴向温度梯度3.3℃/mm时,晶体生长较易获得理想的晶体外形.对于晶体生长过程中产生的气泡,实验设计了合适的模具、找到了适宜的工艺参数,有效地解决了这个问题.小角晶界的产生,可通过选用高质量的籽晶、采用缩径放肩工艺、调整模具顶端的形状来消除.通过这些问题的解决,实验生长出外形(2.6×30×240)mm和晶体内部质量符合手表镜面要求的白宝石弓形片.     

高压烧结AlN陶瓷体材料的微观结构分析

用国产六面顶压机在5．0GPa、1200℃～1700℃条件下实现了以稀土氧化物为助剂的AIN陶瓷体的高压烧结。对制备的AIN高压烧结体进行了高压热处理。用SEM对AIN高压烧结体的微观结构进行了表征。研究表明：高压制备陶瓷体材料能够有效降低烧结温度和缩短烧结时间，烧结温度最低温度达到1200℃，可比传统烧结方法降低400℃以上。在5．0GPa／1400℃／50min条件下制备的AIN高压烧结体出现穿晶断裂模式。高压热处理使得晶粒明显长大，形成了等轴晶粒组织。     

用纯铁粉末触媒合成工业金刚石

本文利用纯铁粉末(α—Fe，纯度为99．9％)作触媒在国产六面顶压机上进行了金刚石单晶的合成，研究了高温高压条件下(5．7GPa，1370℃～1650℃)，石墨碳一纯铁体系中金刚石单晶的生长特性。通过光学成像显微镜观测表明，合成出的金刚石单晶呈浅黄色，晶形完整，且多为八面体，粒度约为0．2～0．3mm。通过穆斯堡尔谱对晶体内部的杂质进行了测试分析，发现合成样品中除有少量的α—Fe外，其杂质的主要成分为碳化铁(Fe3C)。我们根据Fe—C相图对碳化铁形成的机理进行了分析。认为：由于Fe—C相互作用较强，在金刚石生长过程中，Fe元素容易以包裹体的形式进入金刚石内部。在降温的过程中，金刚石内部分离形式的Fe和C以碳化铁的形式出现。     

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。     

铝对生长Ⅱa型宝石级金刚石的影响

对于高温高压温度梯度法合成金刚石来说,在触媒中添加除氮剂（Ti、Al等）,可以合成无色的Ⅱa型宝石级金刚石。实验使用国产六面顶压机和NiMnCo溶媒通过温度梯度法来合成Ⅱa型宝石级金刚石,主要研究了除氮剂铝对生长Ⅱa型宝石级金刚石的影响。由于铝的添加使得合成出的金刚石出现熔坑,并带有颜色等现象。大量实验表明：氮化铝的分解和过量铝的掺入是颜色和熔坑产生的原因。实验通过在约1210℃的低温区生长、降低生长速度至0．41mg／h,使金刚石的颜色和熔坑问题有了明显的改善。所以在用Al做除氮剂生长Ⅱa型宝石级金刚石时,为获得优质单晶,应以较低的生长速度在低温区生长晶体。     

TiB2-B4C陶瓷复合材料高压烧结与性能表征

在5.0GPa及1500～2000℃的压力和温度条件下,采用高压烧结的方法制备了B4C含量分别为10％和30％的TiB2-B4C陶瓷复合材料.对TiB2-B4C陶瓷复合材料的物相、显微结构、密度、硬度、热导率、电阻率等进行了分析.结果表明:材料在高压下没有发现化学反应生成新的相;TiB2-B4C陶瓷复合材料具有较高的致密性,没有明显的气孔;TiB2-30％B4C在1800℃下硬度最高,在4.9N载荷下可达27.8GPa,在9.8N载荷下可达24.3GPa;在常温下,热导率可达30.42W/(m·K).     

用铁基烧结助剂制备金刚石聚晶的研究

通过高温高压下金刚石再生长烧结方法，采用细粒度金刚石微粉作原料，铁基金属微粉作烧结助剂，在六面顶超高压设备上进行了金刚石聚晶的制备。研究了铁基金属和金刚石微粉体系再生长烧结的温度压力条件，并通过高倍光学显微镜、扫描电镜(SEM)、X—ray衍射、Raman光谱等测试手段对金刚石聚晶样品进行了内部成分和微观形貌分析。研究结果表明，在5．8GPa，1550℃条件下制备的PCD材料内部比较均匀致密。X—ray衍射和Raman光谱测试结果表明，在更高的温度条件下制备的样品内部有少量的石墨化。另外，样品内部还有部分碳化铁的存在。因此，我们认为，用Fe基烧结助剂制备的PCD材料内部除存在金刚石的自成键外，还有金刚石与金刚石之间通过铁碳键把金刚石烧结在一起的一种机制。     

B掺杂p型SiGe合金的制备与热电性能表征

以一定化学计量比均匀混合的Si、Ge、B混合粉末为原材料,使用放电等离子烧结(SPS)一步法合金化制备了p型Si₈₀Ge₂₀B_x(x=0.5,1.0,2.0)合金热电材料,并对样品的组成、微观形貌、热电性能进行了表征与分析。结果表明,放电等离子烧结过程实现原位合金化并烧结为块体材料。随着B掺杂量的增加,电导率明显提升,热导率显著下降,当温度为950K时,热导率为1.79W/(m·K)。在1050K时,ZT值达到了0.899。球磨和掺杂的协同作用使得SiGe合金基体内产生不同类型的缺陷特征而散射不同波长的声子,导致硅锗合金热导率的降低。     

生长型金刚石复合片（PDC）的制备和残余应力研究

金刚石工具的残余应力大小是评价其性能品质好坏的重要因素之一.实验利用国产六面顶压机,在高温高压的条件下(5.6GPa,1300℃～1500℃),采用熔渗法制备了低残余应力的优质生长型金刚石复合片(PDC). 采用微区拉曼光谱(micro-Raman spectroscopy)测试表征了PDC样品的残余应力分布及大小.研究结果表明,通过制备工艺和组装的优化,制备的生长型PDC样品表面及内部残余应力相对分布均匀,应力值较低,平均数值低于250MPa,远低于文献报道的PDC内部具有870～1400 MPa的巨大的残余应力值.