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人造金刚石方法

admin 人造钻石 2020年08月03日

  人造金刚石方法_天文/地理_自然科学_专业资料。A.静态高压法 静态高压市法出要是通过高温高压设备的液压机来获得所需要的高压。高 备通过的固态传压介使实验样品内部产生较高的准静态形偏,再通过 电流如热的式使满压下的样品获得较高的温度就可以实现金刚有

  A.静态高压法 静态高压市法出要是通过高温高压设备的液压机来获得所需要的高压。高 备通过的固态传压介使实验样品内部产生较高的准静态形偏,再通过 电流如热的式使满压下的样品获得较高的温度就可以实现金刚有的合成。使 用这种方法再以根据需要来调整温度压强的保持时间,从面实现对所合成金刚 石晶粒尺寸晶体形貌以及结晶品质等的比较精确的控制 2.静态商压法是当下 人工合成金刚石最普采用的方法也是当下合成工业用金存所唯二果用的 手段。静态高压法的缺点是需昂费龙大且复杂的高温高压设备这就导致金 刚石的合成成本比较高 金刚石的人工合成方法主要包括两种类型:低压法和高压法,低压方法通常 又叫做亚稳态定向生长法:高压方法通常又分为动态高压法和静态高压法图 1.12 是碳的高压相图,此相图形象地描绘了用不同方法合成金刚石时所要 的温度条件以及压强条件的大到部表 14 对高压方法合成金刚石的技 术特征进有了尾较 B 动态高压法 动态高压法又被称为爆炸法,这种方法主要是通过烈性炸药(一般是指 T) 的爆炸来实现我们所需要的高温高压条件。图性炸药爆炸的时候会产生非常强 烈的冲击波,这些冲击波会在石服出洲性足能的温度和压强,暴使石墨向 金割石转变娃法所导的压温的产生和请失都是事情,因此 能用来合成金刚看微粉这种法不使用器高压设,成本比较低,设 备也非常简单,这种方法的缺点是用除完成对所合成 金刚石的提纯理 C 低压法 低压法又被称为亚稳态定向生长法,低压方法合成金刚石的主要手段是气 相沉积技术(CVD)叶,这种技术利用气体碳源在非常低的压强条件下 (1-800 通过高温手段(5080℃)来实现金刚石在所选衬底上的沉积 这种方法不需要昂责复杂的温压装置,金刚有合成的成本也比较低。低压法中化 学气相沉积是当下金刚石薄膜制备运用最为广泛的技术手段,也是最为成熟、最 为有效的技术手段使用低压法进行金理的合成时,金薄膜主要是在金刚 石亚稳态的温度压强区域内通过外延的方式进行生长近年来,人们在物理气相 沉积技术(PVD)和化学气相沉积技术(CVD)制备金刚石多晶薄膜方面取得的 进步是非常巨大的 较精确的控制。静态高 压法是当下人工合成金刚石最普遍采用的方法,也是当下合成工业用金刚石所 唯一采用的技术手段 A 金属触媒法合成金刚石 在使用静态高压手段合成人造金刚石的方法中,将过渡金属合金作为触媒, 石墨作为碳源的研究目前最为广泛也最为深入,相应的技术手段也最为成熟 V 族过渡金属 Fe、Co、Ni、Mn、Cr,Ta 及 Nb 等的元素成者合金形式用作溶 剂催化剂时,有助于降低石墨向金刚石转变的温度和压强条件 4 在使用金 属触媒溶剂催化剂方法合成金刚在时,温度和压强条件一般在 1300150℃和 5-6GPa 的范围内,此时金属触媒正处于塔融状态,金刚石结晶的驱动力就来 源于恒定温度下稳态金刚石相(M 点)和亚稳态是墨相(N 点)在金属熔融体中 的溶解度的差异(见图 1.13,54GPa 时镍碳相图片段),金属触媒法又叫做膜 生长法,在这种方法中,金刚石的生长主要依赖于碳元素在金属熔体薄膜(厚度 传统的单晶金刚石的合成是利用特定的催化剂和溶剂在接近于石墨-金刚石相边界的压力和 温度条件下进行的。[…] ? [2]. 宋彦军;陶隆凤;王礼胜.CVD 金刚石膜产业化应用问题分析及展望[J].硬质合金.2013(04) 纳米金刚石拓宽了传统意义上的金刚石的应用范围, 但毕竟纳米金刚石的合成及应用才刚 刚起步。合成出性能优异的分散剂, 设计出高效率的分散方法, 提高分散后纳米颗粒的稳定 性和均匀性, 成为纳米金刚石能否大规模应用的关键。随着对纳米金刚石的小尺寸效应、量 子效应及宏观量子隧道效应的不断深入研究, 纳米金刚石的应用前景将更加广阔。[…] 目前的研究方向在于合成体积更大、质量更高的金刚石。随着金刚石合成技术的进一步提高和成 本的不断下降, 金刚石的应用范围和潜在市场都将会迅速扩大。一旦采用金刚石的半导体研制成 功, 人类将迎来继钢铁时代和单晶硅时代后的更加辉煌的金刚石时代。[…] [1]史美超,程雅军,侯国栋,吴超,张波,孙军军.金刚石人工合成进展[J].辽宁化 工,2013,42(10):1198-1199+1202. 相对于金刚石的应用潜力而言, 到目前为止我们才仅仅开发利用了一小部分, 金刚石的应用可以 说还处于初级阶段。 就金刚石的应用形式而言, 目前绝大多数场合归纳起来基本局限在切削和磨削, 也就是说我们仅 仅利用了金刚石的超硬特性、高热传导率和化学稳定性等部分特性。[…] 只有当单颗金刚石的大小和纯度达到一定水准以上时, 即宝石级大单晶金刚石的合成实现产业 化以后, 金刚石的众多性能特别是光学和半导体性能才能得到发挥, 金刚石才能得到更为广泛的 应用。 与 HPHT 法相比, CVD 法的主要优点在于: (1) 金刚石纯度高。在 HPHT 法中, 金刚石在熔融的触媒 里面生长, 构成触媒的金属原子或多或少会进入金刚石晶格 [6]王裕昌.人造大单晶金刚石的合成技术进展及主要应用[J].超硬材料工 程,2008,20(06):28-32. 大多应用只限于金刚石磨料的磨削用途,与金刚石的诸多优异性能相比,目前的这些应用还显得 微不足道。要充分发挥金刚石超硬,光学及半导体等诸多极限性能,就必须采用大尺寸的金刚石 单晶。 温度梯度法生长金刚石大单晶技术 碳源,触媒和籽晶是组装的基本组成部分,将它们置于石墨加热管内,中间用绝缘管隔开。电流 通过石墨管加热时,装置中间部位为高温区,向两端温度逐渐降低。碳源处在高温端,籽晶置于 低温端,碳源和籽晶之间为触媒。在一定的压力(5~6GPa)和温度(1300~1400℃)下,石墨转 化为金刚石并溶解于触媒中,由于触媒各部位温度不同而导致金刚石在触媒中的溶解度不同, 金刚石将由高温处的高浓度区向低温处的低浓度区扩散,扩散下来的碳源无需成核直接在籽晶表 面上以金刚石形式外延析出生长,随时间的推移,晶体向熔体深处伸展。在一维近似条件下,晶 体的生长速度与温度梯度成正比 动高压法指在瞬间产生极高的压力、温度, 使得碳元素由石墨相在极短的时间内向金刚石相的转 变, 所合成的金刚石多为纳米级金刚石[…] 静高压法指在相对较长的时间内, 合成温度、压力都保持相对稳定, 进而实现金刚石的可控生长。 合成钻石就是人为地模拟天然钻石的形成条件,将其他晶体结构的碳质材料在一定条件下转化为 具有 SP3 共价键的金刚石型晶体结构。 动压法是用负氧平衡原理 (爆轰法) 或强冲击波作用原理 (爆炸法) , 在瞬间 (10-6s 量级) 达到金刚石热力学稳定区 (~3500K 和~20GPa) , 从而使部分碳实现了向金刚石的相变的一种 技术 [1]张书达.动压法合成金刚石的发展史——动压合成金刚石之一[J].超硬材料工 程,2014,26(04):29-33. [1]邵静茹,李方宜,刘永奇,刘梓沐,翟向阳,朱艺波,张松飞,董沛.高温高压触媒法金 刚石合成块电解过程影响因素探讨[J].金刚石与磨料磨具工程,2018,38(02):12-14.


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