发布时间：2024-04-21 来源：网络
羆人造金刚石制造方法综述袃人造金刚石取得成功的方法有许多种,兹将具有代表性的几种分类列举如下:薁蚂静压触媒法是国内外工业生产上应用最为广泛的方法,人造金刚石的绝大部分(约90%)都是用这种方法生产的。爆炸法在某些国家被应用于金刚石微粉的生产,产量占1%左右。CVD薄膜生长法近年来开始了工业应用。其它一些方法,目前都还处于试验研究阶段。莈静压法,又称静态超高压高温合成法。静压触媒法是指在金刚石热力学稳定的条件下,在恒定的超高压高温和触媒参与的条件下合成金刚石的方法。就是以石墨为原料,以过渡金属或合金作触媒,用液压机产生恒定高压,以直流或交流电通过石墨产生持续高温,使石墨转化成金刚石。转化条件一般为5~7GPa,l300~1700℃。这个方法就是传统的高压高温合成法,至今已有40多年的历史了。现在它还在继续发展和完善中,国内外都在致力于高压设备和加热方法的改进以及碳素原料和合金触媒的研究。芃静压触媒法合成金刚石的工艺程序大致分为以下三个阶段:节原材料准备(石墨、触媒、叶蜡石的选择、加工与组装)葿高压高温合成(p、T、t参数,控制方法与设备)蒆提纯分选与检验(原理、方法、标准、仪器易倍体育 EMC易倍)羆静压触媒法制造金刚石的原理与工艺,是本书所要讨论的主要内容。肂所谓静压直接转变法,是指没有触媒参与下的静压法。由于不用触媒,因而需要更高的压力和温度条件,对压机提出了更高的要求,这也正是它不能用于工业生产的原因。薀静压法有两种情况,一是固相转化,二是熔融冷暖。衿(1)固相转化莆固相转化,要求提供12GPa以上的压力、2000℃以上的温度,保持时间很短(千分之几秒),只能生长细微的多晶体。螃(2)熔融冷凝莈此法比固相转化要求更高的压力和温度。日本有人曾经在20GP,和4000℃条件下,使金刚石熔融,然后逐渐冷凝成为块状大单晶。这是液相金刚石向固相金刚石的转变。也可以通过石墨→熔融→重结晶的过程生成金刚石。石墨在高压高温下熔融,晶格解体,然后冷凝,在重结晶过程中建立起金刚石键,成为金刚石晶体。这种方法的困难在于要有耐高温容器。羇动压法主要是爆炸法,爆炸法压力温度条件与不用触媒的静压法相似(压力一般在20GPa以上),但产生高压高温的方法不同,不是用压机,而是用炸药。利用TNT()和RDX易倍体育 EMC易倍(***)等烈性炸药爆炸后产生的强冲击波作用于石墨,在几微秒的瞬间可得到几十GPa和几千度高温,使石墨转变为金刚石,产品一般为5~20nm的细小多晶体。结晶缺陷严重,脆弱,可作为研磨膏或者制造聚晶的原料。纳米金刚石的用途有待研究开发。袅爆炸法的优点是不需要贵重设备,单次产量高,每次使用15kg炸药(TNT40%+RDX60%)可生产约120克拉的金刚石微粉,缺点是温度压力不好控制,尤蒃其无法分别控制温度和压力并且样品回收提纯手续繁多。荿爆炸法常用的一种装置是单飞片装置,图1-1为其剖面简图。平面波发生器使顶端的点爆源变成面爆源,产生平面激波,引爆主炸药包,驱动飞片以每秒几千米的速度撞击石墨,使之转变成金刚石,所得产品占石墨的3%~5%。肆假若碳源不用石墨而改用球墨铸铁或者普通生铁,铁就能起触媒作用,促使其中的碳变成金刚石。芄如果用含有石墨小包裹体的触媒金属块作原料,由于金属比石墨难以压缩,压缩波通过时,没有象石墨那样热起来,造成了石墨包裹体的猝灭。这种猝灭作用使得在冲击压缩过程中形成的金刚石在随后的卸压膨胀过程中得以保存下来,产量大大提高。芃日本人漱同信雄采用无定形碳素和改进过的单飞片装置()。原料为糠醛树脂,经500~600℃氮化处理2h,回收容器为不锈钢。蒁亚稳态生长法是在金刚石亚稳定的压力温度条件下的生长方法。这种方法不需要高压,往往是在常压或负压(真空)下进行。所谓外延生长,是指由碳源解离出的一个个碳原子在预先提供的晶种上或其它基体表面上不断沉积,使晶体逐渐长大,而不需要形成新晶核。(例如CH4)在负压下被加热分解游离出碳原子,在金刚石籽晶或其它基底材料的表面上外延生长,压力稍低于一个大气压,温度1000~1500℃。装置见图1-2。羄芈反应原理:薆CH4→C气+H2肃C气→C金刚石螄C气→C石墨(副反应)艿在CH4中加入足够数量的H2,有利于防止石墨结晶的副反应发生。罿这种方法设备费用低,生长缓慢,m/h,快者可达10m/h最快250m/h,在晶体振动条件下,生长率可提高l00倍。下面是一个在Si、Mo、Ta等基板上生长金刚石薄膜的实例:螆CH4体积分数10%,CH4+H2在反应管中的总压力p=1~13kPa,T=700~1000℃,t=3h,生长厚度5m。膀有人认为金刚石是碳与微量金属杂质所形成的有缺陷的同晶型化合物或固溶体,换言之,金刚石是固溶杂质引入碳晶格后EMC易倍体育 易倍EMC
