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     

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．     

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。     

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。     

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基金属包膜的Moessbauer参量及其在金刚石合成中的催化作用

研究了高温高压下金刚石单晶合成时形成的Fe基金属包膜与触媒合金的Moessbauer参量，并利用它们的差异，讨论了包膜的催化作用．结果表明，虽然Fe基金属包膜与触媒合金中的含Fe相均为γ-(Fe，Ni)和Fe3C，但包膜中的，γ-(Fe，Ni)与触媒合金中的γ-(Fe，Ni)相比，同质异能移IS大于后者、超精细场Bhf小于后者．这表明Fe基金属包膜内γ-(Fle，Ni)中Fe原子的3d层电子状态发生了变化，包膜的γ-(Fe，Ni)在高温高压金刚石生长过程中是一催化相．     

铁触媒表面的氧化铁包覆层对金刚石成核的影响

为了研究氧化后的触媒对金刚石成核的影响，将α-Fe粉在400℃的空气氛中分别处理1，1．6，2．4和4小时，制备了不同包覆厚度的氧化铁包覆铁粉。采用氧化铁包覆的铁触媒粉末和石墨体系进行了金刚石合成研究。研究发现在5．7GPa和1600℃的条件下，铁触媒表面的氧化铁包覆层与石墨碳发生了氧化还原反应生成Fe3O4和FeO，同时包覆层内部的铁熔融渗出，并与石墨碳源接触促使了金刚石的成核生长。与纯铁触媒相比，氧化铁包覆层对金刚石成核具有明显的抑制作用，而且随着包覆层厚度的增加，抑制作用越明显。文中还借助穆斯堡尔谱、X-ray衍射和扫描电镜测试手段对上述实验机理进行了深入的探讨。     

氧化铁(α-Fe2O3)在铁-石墨体系中对合成金刚石的影响

在国产六面顶压机上，研究了在高温高压条件下(5．7GPa，～1600℃)，氧化铁(α-Fe2O3)粉末对铁-石墨体系合成金刚石的影响。研究发现，在上述合成条件下，氧化铁(α-Fe2O3)同石墨发生氧化还原反应，生成Fe3O4和FeO，同时由于氧化铁(α-Fe2O3)的存在，对铁-石墨体系中金刚石成核具有明显的抑制作用。     

高强度粗颗粒金刚石的合成

本介绍了合成高强度(22．5～25．8kg)、粗颗粒(40／50～25／30)单晶金刚石，所需的炭源材料、触媒合金种类、装填方式、合成参数与合成效果。讨论了原料、合成工艺与合成条件对生长高强度粗颗粒的优质金刚石的影响及合成机理。     

优质Ⅱa型宝石级金刚石的合成技术

本文采用FeNiCo(KOV)触媒，在国产六面顶压机上，利用温度梯度法首次成功生长出尺寸约4mm的优质Ⅱa型无色透明的宝石级金刚石单晶。并通过对宝石级金刚石合成过程中除氮剂性质的研究，除氮剂添加量对生长晶体的影响，优质Ⅱa型宝石级金刚石单晶生长速度的控制等，介绍了在国产六面顶压机上生长Ⅱa型金刚石单晶的相关技术。实验结果表明，为了降低金刚石内部氮的含量，生长优质Ⅱa型金刚石单晶，需在合成腔体内部加入一定含量的除氮剂一钛。钛的含量在1wt％以上时的除氮效果较好，但钛添加过量(大于2wt％)又影响晶体生长的质量。