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高温高压生长宝石级金刚石单晶的实验与理论研究

田宇  
【摘要】: 用国产六面顶压机和国产触媒进行了一系列金刚石大单晶的合成实验。对金刚石生长速度进行了系统的研究,发现随着生长速度的增加,晶体的品质有所下降,并得到了优质金刚石极限生长速度与合成温度及生长时间的关系。研究发现优质晶体的极限生长速度与合成温度密切相关,呈低温中温高温的变化规律。同时,随着合成时间的增加,优质晶体的极限生长速度将会增加。 对不同形状碳源合成晶体进行了考察,发现柱状碳源不适合生长大尺寸晶体。相比之下,环状碳源能为大尺寸晶体提供足够空间,帽状碳源不但满足空间需求还能提供足够的碳源。 对不同碳源形状腔体内温度场进行模拟。结果发现环状碳源温度场与柱状碳源相比更适合优质晶体生长。 考察了腔体内对流对晶体生长的影响。有限元分析结果发现,随着触媒厚度的增加,腔体内对流明显增强。实验结果表明随着对流强度增强合成晶体品质变差。 金刚石中的氮含量对晶体物理性质有影响。对不同温度下合成的金刚石中的氮含量进行了测量。发现随着合成温度的升高,晶体的氮含量明显降低。


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