高温高压合成金刚石的机理、工艺及特征研究

• 作者: 毛梦嫒 杨志军
• 来源期刊: 超硬材料工程
• 学科: 地球科学
• 关键词: 高温高压 合成金刚石 合成机理 工艺技术 矿物特征 光谱分析
• 年，卷（期）: 2021,（5）
• 所属期刊栏目: 研究和应用
• 页码范围: 15-24
• 页数: 10页
• 分类号: P575.9|TQ64
• 语种: 中文
• DOI: 10.3969/j.issn.1673-1433.2021.05.004

摘要

我国的高温高压合成金刚石产量常年居于世界第一,为航天、工业、医疗、军事等多个领域提供了功能材料——金刚石.目前对这项技术的合成机理、工艺技术及晶体特征仍有待系统深入研究.文章通过实地的技术学习、丰富的样品观测、全面的谱学分析对高温高压合成金刚石的合成机理、设备装置、工艺系统、成品质量、晶体特征进行研究.研究发现①高温高压合成金刚石的动力学过程可分为三个阶段:sp3杂化碳的产生、sp3杂化碳的输运及就位;②高温高压合成金刚石的工艺技术采用铰链式六面顶压机,冲油供压,恒定功率交流电加热,触媒多采用铁基触媒.③高温高压合成金刚石颜色净度集中于I-G色,VS级,可以实现2-5克拉的量产.晶体形态表现为六-八面体,表面形貌主要有回形纹、生长台阶、蕨叶状表面纹理,内部包裹体主要有金属触媒、石墨片和贯穿裂隙.红外光谱分析可得氮元素的存在形式多为孤氮或双氮,指示其为一种快速合成产物,1295cm-1和/或2458cm-1特征峰的出现说明生长过程掺杂了B元素;拉曼光谱分析可得HPHT合成金刚石含有[N-V]0中心,无三阶峰,但三阶峰区域的抬升和[N-V]0引起的声子边带有关;紫外光谱分析可得HPHT合成金刚石的禁带能量为3.54eV,且多数含有Ni+缺陷,与使用金属镍为触媒互相印证.