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掺硫粉末体系中工业金刚石的高温高压合成

周林  
【摘要】: 本文以溶剂理论为指导,在5.0-5.7GPa,1300-1650℃的条件下,用镍锰钴、纯铁和铁镍作触媒,硫(硫化亚铁)作添加剂,在四种不同掺硫粉末体系中合成工业金刚石,考察了添加剂S(FeS)对金刚石生长特性的影响,包括合成条件、成核、合成工艺、生长速度、形貌等方面。 研究发现,硫(硫化亚铁)的添加,使金刚石的合成条件(温度、压力)升高,并在一定程度上抑制了金刚石的成核与生长。利用这个特性,成功地降低了纯铁触媒中金刚石的生长速度,增加了晶体生长的可控性,提高了晶体品质。 对铁基粉末体系来说,利用添加剂硫的抑制成核作用,采用一次升压工艺,即可实现对成核的有效控制,合成优质金刚石。节省了二次升压工艺中台阶压力处对石墨的处理时间(3-5min),缩短了合成周期,提高了生产效率。 在FeNi+C+S系中,成功地合成出高品级的金黄色八面体工业金刚石,粒度均一,透明度高,优晶率可达90%以上,该产品具有很好的应用前景。 本文也对金刚石的生长机制进行了初步的探讨,发现添加剂电负性大小和金刚石合成条件变化之间有一定的对应关系。利用“表面悬键”模型,合理地解释了金刚石{100}面粗糙和出现凹坑的实验现象。


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