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用氟化物和硅添加剂合成工业金刚石单晶

郑友进  
【摘要】: 本文以溶剂理论为指导,首次研究了Fe(Ni)基触媒-石墨体系中添加氟化物(氟化三铁、氟化锂)及硅粉,对合成金刚石的影响以及相关的物理机制。通过对比Fe(Ni)基触媒-石墨体系合成金刚石的实验,发现在4.5-6.0GPa,1300-1600℃的条件下,添加剂对Fe(Ni)基触媒-石墨体系合成金刚石的生长条件、成核、生长速度、形貌等具有较大的影响。 首先,利用氟化物作为添加剂合成工业金刚石,可在一定程度上抑制金刚石的成核,降低了金刚石的生长速度。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,提高了晶体品质,同时,增大了金刚石P-T相图中V型区的六-八体晶体生长区间,使优晶产率大幅度提高;并且,合成出表面粗糙、具有{311}的高指数晶面的晶体,这种晶体理论上有利于增加晶体与胎体的把持力。 其次,利用硅粉添加剂合成工业金刚石,可以降低金刚石合成条件。如在Fe+C+Si系中,金刚石最低压力温度分别降低了0.3GPa和100℃左右,在相对高温区,可增加金刚石晶体的成核量。 再次,利用Fe+C+FeF_3+Si系成功合成出高品级六-八面体金刚石,增大了金刚石P-T相图中V型区的六-八体晶体生长区间,使优晶产率大幅度提高。这一结果为开发价格低廉的纯铁触媒提供了重要的实验数据。


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