人造金刚石单晶铁基金属包膜的精细结构

利用扫描Auger微探针和X射线光电子能谱等手段,研究了包覆着高温高压金刚石单晶的铁基金属包膜（Fe—Ni—C合金)的精细结构．结果表明,仅在临近金刚石单晶的包膜内层,C和Fe原子的精细结构有一明显变化;在接触金刚石单晶的包膜表面上,Fe,Ni最外层电子的结合能比包膜其它区域明显增高据此认为,邻近金刚石的包膜内层和接触金刚石的包膜表面在金刚石生长中起重要作用,Fe,Ni原子对C原子的催化很可能是在包膜内层或在金刚石／包膜界面上完成的．     

铁基金属包膜内Fe3C的行为与高温高压金刚石单晶生长

利用电子探针、X射线衍射和扫描电镜等手段,表征了包围着高温高压金刚石单晶的铁基合金触媒和铁基金属包膜的组织结构．结果表明：随合成时间增加,金属包膜内呈现出越来越少的条状Pe3C组织;金刚石生长较好时,包膜内则未发现条状Pe3C．利用余氏理论分析了Pe3C晶格内C-C键组成晶面和与之对应的金刚石晶面的共价电子密度,发现它们在一级近似下存在连续性,满足程氏理论提出的原子界面边界条件．据此分析认为,高温高压金刚石单晶的生长与铁基金属包膜内的Fe3C分解有关．     

热丝化学气相沉积法制备优质微米亚微米级单晶金刚石的研究

利用热丝化学气相沉积法（HFCVD）,在硅片衬底上进行微米级（〉1μm）及亚微米级（〈1μm）单晶金刚石的沉积研究。微米级金刚石是以高温高压法（HPHT）制备的1μm金刚石颗粒为籽晶,通过甩胶布晶的方法,在衬底上均匀分布晶种,并通过合理控制沉积工艺参数,在衬底上形成晶形完好的单晶金刚石。在沉积2 h后,可消除原HPHT籽晶缺陷,沉积6 h后,生长出晶形良好的立方八面体金刚石颗粒（约4μm）;对于亚微米级单晶金刚石,是直接在衬底上进行合成,通过调控沉积参数（如衬底预处理方法,偏流大小,沉积时间）对单晶金刚石的分布密度和颗粒度进行控制,经过2 h的沉积,最终获得了0.7μm的二十面体单晶金刚石。     

铁基金属包膜内Fe3C的行为与高温高压金刚石单晶生长

利用电子探针、X射线衍射和扫描电镜等手段,表征了包围着高温高压金刚石单晶的铁基合金触媒和铁基金属包膜的组织结构.结果表明随合成时间增加,金属包膜内呈现出越来越少的条状Fe3C组织;金刚石生长较好时,包膜内则未发现条状Fe3C.利用余氏理论分析了Fe3C晶格内C-C键组成晶面和与之对应的金刚石晶面的共价电子密度,发现它们在一级近似下存在连续性,满足程氏理论提出的原子界面边界条件.据此分析认为,高温高压金刚石单晶的生长与铁基金属包膜内的Fe3C分解有关.     

金刚石的金属包覆膜的FESEM研究

利用场发射扫描电子显微镜（FESEM）研究了金刚石的金属包覆膜微观形貌。结果发现,金属包覆膜内表面长有大量的尺寸为30-100nm的类金刚石颗粒,包覆膜断截面有与内表面垂直的层状结构,靠近包膜内层的层面分布有团簇状10nm级的类金刚石颗粒。分析认为,石墨中碳原子进入包覆膜后先以金属碳化物的形式存在,在催化相的反应协助下,首先形成团簇状细小的纳米类金刚石颗粒,然后,通过包覆膜片层间隙扩散至包膜内表面,长大：为具有较规则晶形的纳米类金刚石颗粒,最后沉积在金刚石表面。使金刚石晶体以层状方式生长。     

含硼金刚石的金属包膜成分及其物相的研究

本文采用铁基触媒加入硼铁的方法，在高温高压条件下合成了含硼金刚石，利用电子探针（EPMA），透射电子显微镜（TEM）两种检测手段，分析了含硼金刚石金属包膜的微观组织结构，化学组成成分，各组成成分的物相及其可能形成的原因。研究结果表明：金属包膜的成分及其物相由正交立方结构的（Fe,Ni）3C，面心立方的γ-（Fe,Ni），面心立方的Fe23（C，B）。及少量的FeB,Ni3B组成，这些成份主要来源于原材料，其含量在高温压过程中是瞬间变化的。     

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。     

铁基触媒中的初生渗碳体与金刚石单晶的合成

本文利用光学显微镜、扫描电镜和X射线衍射仪研究了金刚石合成后的铁基触媒组织结构。结果表明，组织中有较多的初生渗碳体时，金刚石的质量好，产量高；反之，则质量差，数量少。分析表明：触媒从高温液态到室温固态经历了初生渗碳体的析出、长大和共晶凝固两个过程，高温高压下金刚石的形核与长大是在触媒熔液经历初生渗碳体阶段时形成的。金刚石的生长极有可能是通过初生渗碳体的分解实现的，碳原子集团从渗碳体脱溶，然后堆积到金刚石上。本文从冶金反应过程证明了金刚石是由初生渗碳体转变而来的。     

金刚石合成时形成的镍基金属包膜和溶媒的组织结构

利用扫描电镜和透射电镜观察了金刚石合成时形成的镍基金属包膜和溶媒的组织结构。结果表明,与包膜相比,溶媒合金内含有块状的未溶石墨和较多的球状再结晶石墨。包膜与溶媒的相结构均由溶入了锰、钴的镍基γ固溶体和石墨组成。包膜内没有发现金刚石结构的事实说明,金刚石单晶不是在高温高压下的包膜内熔体内完成转变的。高温高压下使包膜熔体内的碳转变为金刚石的催化相是γ固溶体。     

人造金刚石金属包膜的显微观察

在高温高压条件下，在金刚石晶体生长过程中，包络金刚石晶体的金属包膜的作用是重要的，本文利用ＳＥＭ和ＳＡＭ等技术，研究晶体表面和包膜的形态，组织，成分及其碳的溶解和相变本质，进一步探讨了在合金触媒的作用下，石墨向金刚石转变的演经过程，结果是通过包膜对碳的输运和迁移，使石墨的电子结构发生变化，电子轨道成为接近于金刚石的ＳＰ＾３杂化状态。     

大气下火焰法同质外延金刚石单晶膜

气相合成金刚石膜技术的问世，使制备金刚石电子有源器件成为可能。本文将静高压法合成的大颗粒优质单晶镶嵌在纯铜板中作为基板。以乙炔和氧气为反应气体，将氧气与乙炔的体积比率R(R=O2：2CH2)控制在0．85～1．0区间。采用大气下火焰法进行了金刚石单晶膜的同质外延实验。并通过拉曼散射，扫描电镜、反射高能电子衍射对实验结果进行了检测分析，在(100)面同质外延的金刚石单晶膜上观察到了螺旋生长的现象。     

Interface between metallic film from Fe-Ni-C system and HPHT as-grown diamond single crystal

1　INTRODUCTIONAlthoughdiamondparticlesweresynthesizedsuccessfullyathigh pressureandhightemperature(HPHT)in 195 4[1] ,someissuessuchasthemetallicfilmsurroundingdiamondrequiretobeaddressed .Asweknow ,thereisamoltenmetallicfilmsurroundingthegrowingdiamondinthecourseofdiamondgrowthunderHPHT ,bymeansofthemethodthatgraphitediscsareplacedalternativelywithcatalystdiscs .Asdiamondcrystalgrowstowardgraphite ,thisfilmwillisolatethegrowingdiamondfromgraphiteanditwillexpandlikeaballoon .However ,d…     

低浓度氮气对MPCVD法制备金刚石膜的影响

利用微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)法,在CH4/H2的混合反应气源中加入N2进行了金刚石膜的沉积实验,详细研究了N2浓度对金刚石膜生长的影响规律。使用扫描电子显微镜、激光拉曼光谱仪和X射线衍射仪等设备,表征了金刚石薄膜的表面形貌、相组成及晶面取向。实验结果表明:随着N2体积分数的增加(由0%增加到6%),薄膜中的非金刚石相含量逐渐增大,金刚石晶粒尺寸逐渐减小,晶面取向也由较大的晶面(111)转变成较小的晶面(100);当N2体积分数为4%时,沉积的金刚石膜表面为"菜花"状结构;低体积分数(2%)的N2有利于获得高度取向(100)的金刚石膜。     

MPCVD法制备金刚石膜的工艺

采用3 kW/2 450 MHz微波等离子体化学气相沉积(microwave plasma chemical vapor deposition, MPCVD)系统,以单晶硅为基底材料,采用单因素试验法研究微米级金刚石膜的生长工艺,分别探究衬底温度、腔体压强和甲烷体积分数对金刚石成膜过程的影响,获得微米级金刚石膜的最优生长工艺。结果表明:金刚石膜的生长速率与衬底温度、腔体压强、甲烷体积分数呈正相关;衬底温度和腔体压强对金刚石膜质量的影响存在最佳的临界值,甲烷体积分数过高不利于形成金刚石相。金刚石膜生长的最佳工艺参数为:功率为2 200 W,衬底温度为850 ℃,腔体压强为14 kPa,甲烷的体积分数为2.5%。在此条件下,金刚石膜生长速率为1.706 μm/h,金刚石相含量为87.92%。      

直流等离子体CVD金刚石薄膜微观结构分析

采用直流等离子体CVD法制备了金刚石膜，利用X射线衍射、光学显微镜、扫描电镜、激光拉曼光谱等技术研究了金刚石膜的微观组织，晶粒择优取向生长过程。结果表明：开始形核时，晶粒随机无择优生长；对基体表面氢刻蚀预处理，有利于晶胚形核长大。甲烷浓度对金刚石膜晶粒择优取向生长有重要影响：甲烷浓度较低时，金刚石膜（100）面择优生长，形成以（111）为主的八面体晶体，并且可以制取中心和边缘均匀、高质量光学级自支撑金刚石膜，但生长速率慢，效率低。同时也发现金刚石膜存在空位、孔洞等缺陷。     

金刚石膜与硬质合金刀片间界面Co相的研究

采用ＳＥＭ和ＴＥＭ对ＣＶＤ金刚石膜／ＹＧ８硬质合金刀片的界面结合起来，界面Ｃｏ相进行了研究，结果表明ＣＶＤ金刚石膜与硬质合金刀片的界面结合类型主要机械结合，界面除了石墨碳外，局部区域还可观察到Ｃｏ粒子，Ｃｏ粒子上的生长物是微晶石墨和六方金刚石的混合物，且Ｃｏ粒子与其上的生长物之间存在明显的界面。     

固结磨料垫高效研磨氟化钙晶体研究

氟化钙晶体的高效精密研磨加工是实现其超精密抛光加工的前提。采用单晶金刚石和聚集体金刚石磨料制备固结磨料垫(FAP),对比研究其研磨加工性能,探索不同种类的金刚石磨粒在固结磨料研磨垫自修整过程中的作用机理。结果表明:采用聚集体金刚石磨料制成的FAP研磨效率明显高于单晶金刚石FAP的,且其材料去除率更稳定,同时聚集体金刚石FAP的自修整能力要优于单晶金刚石FAP的。在10 kPa压力下,采用初始粒径为3～5 μm的聚集体金刚石FAP研磨氟化钙晶体,其材料去除率达13.0 μm/min, 表面粗糙度值R_a为130.0 nm。