一、含硼黑金刚石的结构与合成机理及其特殊性能的探讨(论文文献综述)
邹广田[1](2014)在《芶清泉教授对我国超硬材料的历史性贡献》文中提出芶清泉教授在我国人造金刚石发展的初期,揭示了人造金刚石合成机理、金刚石粘接机理、含硼黑金刚石耐高温机理。他提出了触媒与石墨优选原则和硼皮氮芯金刚石模型。他的工作对中国人造金刚石的发展起了重要作用。他出版了世界第一本《人造金刚石》专着、并将超硬材料作为一章写入他的《固体物理简明教程》。他举办了全国第一个人造金刚石短期学习班、进修班,培养出一大批工作在超硬材料领域的学士、硕士和博士,他们很多人已成为技术骨干和业内精英。芶清泉教授对我国超硬材料的发展做出了不可磨灭的历史性的贡献。
李和胜[2](2009)在《Fe-Ni-C-B系高温高压合成含硼金刚石单晶的工艺与机理研究》文中指出研究发现,向金刚石中掺杂某些元素可以使金刚石获得特殊优异的性能。硼由于具有与碳接近的原子半径,易于进入金刚石晶格,含硼金刚石一直是掺杂金刚石研究的热点。已有的研究发现,含硼金刚石是一种P型半导体材料,甚至还具有超导特性;另外,含硼金刚石还具有明显优于常规金刚石的热稳定性和化学惰性。以含硼金刚石为代表的特种金刚石制备与应用将是二十一世纪人造金刚石行业发展的主要方向之一。含硼金刚石的制备对于丰富人造金刚石的品种,提高其品质,拓展其应用乃至从总体上提升我国人造金刚石行业的技术水平都有十分重要的意义。但是,目前已有的研究大多着眼于含硼金刚石薄膜,对单晶材料少有研究;而且,目前现有的合成含硼金刚石单晶的方法一般条件较为苛刻,生产成本较高,难以在工业化生产条件下获得高品位的含硼金刚石单晶。因此,如何采用较为低廉的原料和较为简便的方法合成优质的含硼金刚石单晶,并进一步对其半导体特性进行研究,便成为含硼金刚石单晶研究深化的紧迫任务。本文在粉末冶金铁基触媒相关研究的基础上,向触媒原材料中添加合理的硼源材料,制备含硼粉末冶金铁基触媒。使用制备出的触媒匹配人造金刚石专用石墨组成Fe-Ni-C-B反应体系,在高温高压下合成含硼金刚石单晶。通过对含硼触媒的成分、高温高压合成工艺和提纯工艺的优化设计,系统研究了Fe-Ni-C-B系高温高压合成含硼金刚石单晶的工艺。通过金刚石晶体结构和性能的系统表征,研究了硼对金刚石晶体结构和性能的影响。通过对高温高压下含硼金刚石单晶在Fe-Ni-C-B系中的碳源供给、形成机制以及生长机制的讨论,系统研究了含硼金刚石单晶的高温高压合成机理。本文以含硼金刚石单晶合成工艺为主线,从触媒制备、合成工艺、结构与性能表征和合成机理等几个主要方面,系统开展了含硼金刚石单晶的实验分析和理论研究工作。本文从铁基触媒原材料优选及制备工艺优化入手,为粉末冶金方法制备含硼触媒奠定了工艺基础。通过对触媒原材料质量(主要是氧含量)的严格控制,优化金属粉末配比和添加石墨粉,改进了铁基触媒的成分构成;提出了粉末轧制-烧结-冲制新的制备工艺,提高了触媒的质量和贵重金属镍的利用率。从硼源材料优选,硼源合理添加量的选择以及触媒成分多元合金化三个方面对含硼粉末冶金铁基触媒的成分进行了优化设计。首先优选出六方氮化硼作为硼源材料,并对其适宜的添加量进行了探讨。试验证明,硼源添加量应为a-2a,过量添加会影响金刚石的品位。进而以铜为例,证明在触媒成分中添加有益元素的多元合金化可以明显提高金刚石的品位。从优选石墨、改进合成压块组装结构和设计新的合成工艺三个方面对高温高压合成金刚石工艺进行了优化设计。优选出G4D石墨作为合成含硼金刚石单晶的碳源材料;借鉴粉末工艺对合成压块的组装结构进行了改进,提高了腔体内压力、温度的稳定性;以保证金刚石的优晶生长为目的设计了压力功率动态匹配合成工艺,并通过设备改造和压力标定及温度测量完成了这一新工艺设计;同时,确定出含硼金刚石单晶在Fe-Ni-C-B系中的优晶生长区:P=5.5-5.7GPa,T=1400-1500℃。利用铁基触媒及其包覆膜具有铁磁性和脆性大的特点,设计了一套单纯依靠机械方法提纯金刚石的新工艺。经试验验证,新工艺既可以有效提纯金刚石,且无污染,方法简单,机械化程度高,具有重要的推广应用价值。应用现代分析测试技术对含硼金刚石单晶的晶体结构和主要性能进行了系统表征。试验结果表明,合成的金刚石单晶受硼的影响,表面比较粗糙,{111}面较发达。Raman特征峰的偏移提供了硼进入金刚石晶格的间接证据;而红外吸收光谱则直接探测到了含硼金刚石晶体内部的B-C键。采用第一原理的模拟计算表明,硼在金刚石晶格中易于以置换原子的形式存在。由于硼原子对晶体表面碳原子的取代,有效地阻止或延缓了金刚石的氧化,使得含硼金刚石单晶具有明显优于常规金刚石的热稳定性:表面起始氧化温度提高了约170℃,氧化过程的表观活化能约为常规金刚石的3.5倍。试验结果和理论分析进一步证明,金属碳化物才是金刚石生长的直接碳源,且触媒熔体中金属碳化物的充分形成直接影响金刚石的碳源供给,并进而影响金刚石的合成效果。依据金属包覆膜物相结构系统表征的结果,借鉴Fe-Ni-C系中金刚石的合成机理,讨论了含硼金刚石在Fe-Ni-C-B系中的形成机制。试验发现,硼是以金属-碳-硼化合物的形式溶入金属包覆膜内,经金属中间相的催化反应而析出活性硼原子(团),再向金刚石扩散,其扩散的路径、形式与碳相同。含硼金刚石单晶的形成依赖于金属-碳-硼化合物在包覆膜内层的分解。本文还依据对金刚石单晶/金属包覆膜界面微观结构表征的结果,借鉴经典的晶体生长理论,讨论了含硼金刚石单晶在Fe-Ni-C-B系中的生长机制。研究结果表明,含硼金刚石单晶在Fe-Ni-C-B系中是以层状方式长大的。这种层状生长的台阶来源前期以二维晶核为主,后期则以位错为主。自金属包覆膜中脱溶析出的层片状碳-硼原子团扩散到达金刚石单晶表面,在生长台阶前端被吸附,长成含硼金刚石单晶的一部分。随着台阶的不断扩展,新的台阶在刚长成的晶面上继续形成,含硼金刚石单晶则以层状堆叠的方式逐步生长。
清泉[3](1977)在《含硼黑金刚石的结构与合成机理及其特殊性能的探讨》文中研究表明含硼黑金刚行研制成功后,发现它具有耐高温的特殊性能,比普通金刚石的耐热性约高200—300℃。这一发现受到了人们愈来愈多的重视。同时还很自然地提出了这样的问题:这种金刚石为什么能耐高温?它可能还有什么特殊性能?我们从理论上对含硼黑金刚石的结构及其合成机理进行了探讨。阐明了它为什么能耐高温,并从理论上预言它还具有化学惰性好,能用来加工高硬度的铁族材料的优异性能。最近已从实践上证实了这一点。这样就使我们能有意识地研制出一种具有强度高和耐热性与化学惰性都好的金刚石和金刚石制品,从而扩大金刚石的使用效果和使用范围。本文将简要阐述这方面的理论探讨和结果。
芶清泉[4](1978)在《含硼黑金刚石的结构与合成机理及其特殊性能的探讨》文中指出含硼黑金刚石研制成功后,发现它具有耐高温的特殊性能比普通金刚石的耐热性约高200—300℃,这一发现受到了人们愈来愈多的重视,同时还很自然地提出了这样的问题:这种金刚石为什么能耐高温?它可能还有什么特殊性能?我们从理论上对含硼黑金刚石的结构及其合成机理进行了探讨,阐明了它为什么能耐高温,并从理论上预言它还具有化学惰性好,能用来加工高硬度的铁族材料的优异性能,最近已从实践上证实了这点,这样就使我们能有意识地研制出一种具有强度高和耐热性与化学惰性都好的金刚石和金刚石制品,从而扩大金刚石的使用效果和使用范围,本文将简要阐述这方面的理论探讨和结果。
宫建红[5](2006)在《含硼金刚石单晶的微观结构、性能与合成机理的研究》文中研究表明含硼金刚石(即Ⅱb型金刚石)是一类特殊的金刚石,在抗氧化性、耐热性和化学惰性方面都优于普通金刚石。尤其是电学性能方面,含硼金刚石具有优良的半导体性能,可以在更高温度和恶劣环境下正常工作,是一种有发展前途的高温、大功率半导体材料。随着现代化工业的飞速发展,含硼金刚石在各个行业都显示出巨大的应用前景,因此受到金刚石生产者和使用者的广泛关注。我国虽然已进入人造金刚石大国之列,但是国内的金刚石主要以中、低档次的磨料级产品为主,与国际上处于垄断地位的美国G.E.公司、南非DeBeers公司和德国Winter公司等企业的先进技术水平相比还有很大差距。因此,研究开发新型的优质金刚石单晶具有重要的现实意义。 本文以粉末冶金铁基金刚石催化剂为基础,以硼铁粉作为供硼剂,制备了用于合成含硼金刚石单晶的新型铁基含硼片状催化剂,以石墨为碳源,在高温高压条件下合成了两种含硼量不同的金刚石单晶。利用金刚石形貌测量系统(Diashape)、扫描电镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、透射电镜(TEM)、拉曼光谱(Raman),红外光谱(IR)、X射线衍射仪(XRD)和场发射扫描电子显微镜(FESEM)等表征方法,对普通金刚石、含硼金刚石及含硼金刚石表面金属包膜的表面形貌和结构进行了系统的检测和分析;用静压强度仪、冲击韧性测量仪、差热分析仪(DSC)和自制的电阻—温度测量系统对含硼金刚石和普通金刚石的性能参数进行了比较和分析,结合余氏理论和程氏理论对金刚石与碳化物的电子结构和界面电子密度进行了计算分析,并用计算的结果结合相关的实验数据探讨了金刚石的形核与长大方式。 含硼金刚石的颜色因触媒中硼含量的不同而呈灰黑色或不透明的黑色,触媒中硼含量越高金刚石颜色越深,晶形主要以八面体居多。EPMA研究表明,金刚石表面硼元素的浓度随着触媒中硼含量的增加而增加:研究还表明同一类型金刚石的(111)晶面上硼元素浓度高于(100)晶面。XRD的实验结果表明金刚石中硼浓度越高,(111)晶面越发达。
宿庆财[6](2008)在《含硼金刚石单晶的微观结构与性能表征及其相关理论研究》文中提出本文以碳化硼为硼源,利用粉末冶金法制备了Fe-Ni-C-B系触媒片,以石墨为碳源,在高温高压条件下合成了几种含硼量不同的金刚石单晶。利用Diashape金刚石形貌分析仪、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、拉曼光谱(Raman)、X射线衍射仪(XRD)和场发射扫描电镜(FESEM)等系统地研究了含硼量对铁基触媒组织形态和金刚石形貌与微观结构的影响,并对相关理论进行了研究。用铁粉、镍粉、碳粉和碳化硼粉末轧制而成的铁基触媒片在惰性气氛条件下1150℃烧结处理后,明显改善了片状铁基触媒的机械性能,适合于冲压成合成金刚石用的触媒片。碳元素的扩散性强,在触媒中的分布比较均匀。而铁、镍元素的扩散性较差,在触媒中易于形成白色的富镍团簇和浅黑色的富铁团簇,这些偏聚的团簇较为均匀地混合在一起。触媒中粉末颗粒大部分保持原有的形态,颗粒间还有一些黑色的孔洞,形成网络状疏松结构。在高温高压合成金刚石的过程中,熔融触媒与石墨相互反应,转变生成大量的初生渗碳体。触媒中的初生渗碳体多呈板条状,是金刚石形核和长大的主要碳源。较宽的初生渗碳体板条对金刚石形核和长大不利,较细的初生渗碳体对金刚石形核和长大则有利。因此,金刚石的生长与提供碳源的初生渗碳体数量、形状和分布均匀性直接相关。硼是影响触媒中初生渗碳体的数量、形状和分布的主要原因之一。在铁基触媒中加入的碳化硼含量不同,触媒中的初生渗碳体组织形态也不相同,从而直接影响金刚石的形核和长大。含硼金刚石的晶体形态影响了其静态抗压强度。1#、2#、3#三种不同含硼量的金刚石粒度主要集中在50/60和40/50之间。1#金刚石具有较好椭圆度和圆度,晶形较有规则,晶体内缺陷较少,结构较完整,具有较高的静态抗压强度。2#、3#两种金刚石相对次之。硼对金刚石晶体的生长习性也有影响。当触媒中的碳化硼含量由0.1wt%增加到0.2wt%时,硼可以抑制金刚石(111)面的生长,而促进(220)和(311)面的生长。当触媒中的碳化硼含量由0.2wt%增加到0.3wt%时,硼对晶面生长的作用却相反。XRD和Raman光谱分析的结果与场发射电镜观察的现象是一致的。硼含量对金刚石的抗氧化性能有较大的影响。含硼金刚石的抗氧化性能一般高于常规金刚石,随着硼含量的增加,起始氧化温度增高。由于硼原子在金刚石表面与三个碳原子成键后,形成硼皮结构,减缓了金刚石的氧化速率。在氮气保护气氛下,由于金刚石中的碳原子不能与空气中的氧原子接触而产生氧化,因此含硼金刚石与常规金刚石的抗氧化性能差别不大。而金刚石的差热温度曲线略有波动,这是由于金刚石表面吸附的杂质在高温下烧蚀所致。金刚石的基本生长单元是四面体,金刚石表面的部分缺陷是碳四面体在晶体各个面族上与相邻晶面相交的轨迹。碳四面体在{100}面显露的是直线,在{111}面上显露的是三角形。{100}和{110}面的相交,在金刚石晶体的{100}面上形成四棱锥形的凹坑,因而使得金刚石与熔融触媒的接触面积增大,金刚石晶核吸收碳原子的速度增加。同时,四棱锥凹坑的相邻侧面的夹角处更容易吸附碳原子,进一步促进了金刚石生长。在金刚石(111)面上的六边形台阶和三角形凹坑是碳四面体在该晶面上显露的形貌特征。碳原子在{111}面上二维形核后易于出现台阶,台阶的存在必然伴随扭折。由于台阶扭折处容易吸附碳原子,促进台阶在{111}面上不断运动,导致晶体呈层状生长。金刚石{111}晶面上存在锯齿状台阶,其两侧晶面的夹角为锐角,使得这两个晶面不会因一个晶面生长速度过快而被生长速度较慢的晶面所吞噬。当两个晶面同时存在时,可以保持台阶的扭折状态,从而提高了金刚石的生长速度。金刚石生长界面处于狭窄的成分过冷区,由于生长界面上的凸缘可以沿界面推移方向和凸缘两侧排出溶质,导致凸缘间隙处的溶质富集,使得金刚石内部出现胞状结构。计算复杂晶体中某一晶面的价电子密度时应考虑邻近晶面的原子对该晶面的影响,据此提出了有效价电子密度的概念。基于EET理论的计算结果表明,(111)面的有效价电子密度大于(110)面,当金刚石受外力作用时,(111)面间较弱的键相对更容易断裂,因而导致沿(111)面产生解理。这与实验观察结果基本吻合。因此,根据有效价电子密度可以判定金刚石的解理面,进而分析复杂晶体的解理断裂。
张娜[7](2010)在《含硼金刚石单晶的微观品质与半导体性能的相关性研究》文中指出金刚石是一种在机械、热学、光学、化学、电子学等方面具有极限性能的特殊材料。理论上,通过掺杂杂质,可以改变其各项性能。半径相对较小的硼原子比较容易进入。作为一种缺陷,硼原子进入金刚石晶格后,对其结构、性质都会产生影响。硼掺杂可以使金刚石由绝缘体变为P型半导体。采用碳化硼添加量不同的铁基触媒,在高温高压下合成了含硼金刚石单晶。本文利用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、拉曼光谱(Raman)、场发射扫面电子显微镜(FESEM)、阴极射线光谱仪(CL)、差热分析仪(DTA)及等测试手段,对未掺杂以及掺硼后金刚石单晶的结构、形貌、电学性能、退火性质以及热稳定性等发生的变化进行了研究。并对影响含硼金刚石单晶性能的原因以及金刚石单晶的结构与性能相关性等进行了一些有益的探索。本文的主要研究工作如下:(1)随着硼掺杂的进行,金刚石的(100)和(111)晶面的变化是不同的。(100)面出现了大量的蚀坑,这种蚀坑多以四方锥或者网状蚀坑的形式出现。硼掺杂导致了B原子在(111)面的聚集,形成了锯齿状位错,并阻碍了(111)面的生长,从而使(111)面所占比例增加,形成了(111)面的富集。掺硼金刚石的Raman光谱分析说明,金刚石中晶体的缺陷增多,导致了Raman谱峰半峰宽的宽化,而半峰宽的均匀宽化,说明硼原子在金刚石内部晶格中的均匀分布。(2)通过CL检测发现:经过硼掺杂,金刚石单晶不同晶面的形貌和结构会发生明显的变化。随着触媒中硼含量的增加,(100)晶面的阴极发光特征峰强度会增强,而且出现新的受主能级,高能峰在硼掺杂后才出现。可以认为是由于硼的掺杂所产生的杂质峰。(111)晶面的阴极发光特征峰强度随着触媒中硼含量的增加而增加,但是低能峰增加的更快,且强度也非常高。因此证明了硼原子更容易在(111)晶面富集,使得(111)晶面的空穴数目增加更多,载流子浓度增加更明显。(3)随着触媒中硼掺杂量的增加,含硼金刚石单晶中的空穴数量会增加,载流子浓度提高,从而导致含硼金刚石单晶的结构和导电性能发生变化。硼含量在2a~3a之间时,金刚石的电阻值存在着一个跃迁,使得掺硼金刚石的导电性能进入半导体范围。为得到具有实用价值的半导体材料,并不是硼元素掺杂的越多越好。对含硼金刚石单晶应用较合适的受主杂质硼的掺杂量在2a-5a的范围内。(4)退火CL谱线的研究证明退火程序有利于金刚石电学性能的改善。CL谱强度随退火温度升高而增强。退火后,(100)晶面中的两个峰都在A带发射的范围内,而(111)晶面的高能峰在绿A带发射范围内,强度增加迅速的低能峰属于Mossbauer-型发射峰。(5)金刚石的热分析证明,掺硼后金刚石的氧化温度提高了约100℃。失重率为10%的温度随触媒硼含量增多,先增大,然后减小。
苟清泉[8](2000)在《创建原子与分子物理及高温高压物理与高压合成研究基地的回顾与展望》文中研究表明简要介绍了吉林大学原子与分子物理研究所(含高压物理与高压合成)及四川大学原子与分子物理研究所、高温高压物理研究所的创建经过和所取得的主要成就,并略谈今后的发展方向。
李佳惠[9](2018)在《硼掺杂金刚石结构设计和耐热性研究》文中进行了进一步梳理金刚石是一种在机械、热学、光学、化学、电子学等方面具有优异性能的材料。掺杂了硼原子的金刚石在抗氧化性、化学惰性和半导体性能等方面显现出优异性能,展示了广阔的应用前景。常规金刚石的热稳定性较差,在高温下会使一些性能下降甚至完全丧失,因此金刚石的热稳定性(即耐热性)被作为其重要性能指标之一。本课题基于第一性原理,采用密度泛函理论,分析了硼原子浓度以及位置对含硼金刚石模型的形成能、内聚能、德拜温度以及表面能等表征耐热性指标的影响。并通过实验的观察、热重分析、XRD分析以及拉曼光谱测试的结果证明,在一定浓度范围内硼浓度越高,则硼掺杂金刚石的耐热性越差,实验为含硼金刚石耐热性的研究提供了理论基础。本课题由以下几个方面进行探究。首先,从Materials Studio数据库中引入金刚石晶体模型的基本晶体结构,分别搭建:不同硼浓度的金刚石模型C64-xBx(x=0-4)和不同位置含硼金刚石模型C61B3-n(n=1-5),对十个模型进行计算,通过收敛性测试曲线确定k点取样密度和截断能,可以保证计算精度以及保证各晶体之间的比较,之后进行几何结构优化和晶胞参数优化。计算优化后的金刚石晶体模型的晶体结构。在一定硼浓度范围内硼浓度增加,晶胞体积有所扩张,掺杂体系能量增高,即该结构趋于不稳定;当一定浓度时硼原子越分散,晶体的体积越大,掺杂体系能量越高,即该组态结构越不稳定。同时,为了研究含硼硼金刚石的表面稳定性,分别切除4个不同的表面模型:B3C61(100),B3C61(010),B3C61(001),B3C61(111),共建了 20个表面模型。第二,对力学和耐热性进行研究。通过弹性模量的计算BnC64-1-n(n=0,1,2,3,4)和C61B3-n(n=1-5),这10个结构均满足晶体机械稳定性。所有BnC64-n(n=0,1,2,3,4)和不同硼位置B3C61含硼金刚石的形成焓都是正值,因此这些含硼金刚石化合物只能在高温高压条件下合成,且这些化合物在形成阶段释放热量,随着硼浓度的增加,含硼金刚石晶体结构就越弱。对于不同硼位置B3C61含硼金刚石,硼原子越分散,含硼金刚石晶体结构就越弱。内聚能的计算数据表明,随着硼浓度的增加,含硼金刚石晶体结构稳定性就越弱。对于不同硼位置B3C61含硼金刚石,硼原子越分散,含硼金刚石晶体稳定性就越弱。德拜温度的数值表明,随着硼原子浓度的增加,德拜温度的数值在逐步下降,耐热性逐步降低。在C64超晶胞中替代B原子的位置越靠近中心内部且越紧凑,含硼金刚石的耐热性越好。分别比较切出的4个不同的表面模型:B3C61(100),B3C61(010),B3C61(001),B3C61(111),共建了 20个表面模型,计算显示,这些面的耐热性不同,其中B3C61(111)为这四个面中最不稳定的面,耐热性较差的面。最后,对硼掺杂金刚石进行氧化实验。扫描电镜的观察,当金刚石中硼元素浓度过高时,耐热性以及抗氧化性降低。实验结果符合计算结论。利用Raman光谱,分别进行结构分析,硼原子在金刚石单晶的分布不均匀。X射线衍射分析,普通金刚石的衍射峰相对较低,硼掺杂金刚石(111)面的金刚石衍射峰明显变高。说明含硼金刚石(111)晶面较发达,也就是(111)面最不稳定。
刘一波,孙延龙,徐燕军,尹翔,柳成渊,郑勇翔[10](2012)在《含硼聚晶金刚石复合片(B-PDC)的研究》文中指出利用国产六面顶压机,在高温高压的条件下,采用黏结剂Co熔渗催化方法合成含硼聚晶金刚石复合片。对加入不同体积分数的含硼金刚石合成的样品进行性能测试,最后对样品的性能测试结果进行讨论分析,并对聚晶金刚石层微观结构做了扫描电镜观察和XRD物相分析。结果表明:样品的抗冲击韧性和耐热性比普通金刚石复合片有显着提高,当添加含硼金刚石微粉体积分数为2a%~3a%时综合性能最好。
二、含硼黑金刚石的结构与合成机理及其特殊性能的探讨(论文开题报告)
(1)论文研究背景及目的
此处内容要求:
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例:
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
(2)本文研究方法
调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、含硼黑金刚石的结构与合成机理及其特殊性能的探讨(论文提纲范文)
(1)芶清泉教授对我国超硬材料的历史性贡献(论文提纲范文)
1 提出在高温高压下石墨转化为金刚石的结构转化机理 |
2 提出了金刚石粘接机理 |
3 提出了含硼黑金刚石的耐高温机理和耐高温高强度的硼皮氮芯金刚石模型 |
4 为超硬材料和高压科学培养了大批优秀人才 |
5 编写了世界上第一部人造金刚石专着 |
(2)Fe-Ni-C-B系高温高压合成含硼金刚石单晶的工艺与机理研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
本文主要创新点 |
第1章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 人造金刚石的发展概况 |
1.2.1 人造金刚石的合成方法 |
1.2.2 人造金刚石的合成设备 |
1.2.3 人造金刚石的合成机理 |
1.2.4 人造金刚石用触媒 |
1.2.5 人造金刚石的高温高压合成工艺 |
1.3 含硼金刚石的研究进展 |
1.3.1 含硼金刚石的结构 |
1.3.2 含硼金刚石的合成 |
1.3.3 含硼金刚石的性能 |
1.4 选题的意义和主要研究内容 |
1.4.1 选题的目的和意义 |
1.4.2 论文的主要研究内容 |
第2章 试验材料和方法 |
2.1 触媒的原材料及其质量控制 |
2.1.1 触媒的主要原材料 |
2.1.2 触媒原材料的质量控制 |
2.2 金刚石合成所需辅助材料及设备 |
2.2.1 金刚石合成的辅助材料 |
2.2.2 金刚石合成设备 |
2.3 表征金刚石结构与性能的方法 |
2.3.1 金刚石的常规检测 |
2.3.2 金刚石的机械性能 |
2.3.3 金刚石的形貌观察与品质分析 |
2.3.4 金刚石的热稳定性 |
2.3.5 金刚石的晶体结构 |
2.3.6 金刚石及相关物相的微观形貌与结构分析 |
2.3.7 金刚石及相关物相的成分分析 |
第3章 粉末冶金铁基触媒原材料优选与制备工艺优化 |
3.1 引言 |
3.2 粉末冶金铁基触媒原材料的优选 |
3.2.1 单质铁粉 |
3.2.2 单质镍粉 |
3.2.3 石墨粉 |
3.3 粉末冶金铁基触媒制备工艺的优化 |
3.3.1 粉末退火和混合工艺 |
3.3.2 粉末冷成形工艺 |
3.3.3 片状触媒的烧结工艺 |
3.3.4 触媒制备工艺优化 |
3.4 片状粉末冶金铁基触媒的检测 |
3.4.1 片状铁基触媒 |
3.4.2 铁基触媒的金相组织 |
3.4.3 铁基触媒的物相 |
3.4.4 触媒氧含量在加工过程中的变化 |
3.5 本章小结 |
第4章 含硼粉末冶金铁基触媒的成分设计 |
4.1 硼源的优选 |
4.1.1 硼源材料的泛选 |
4.1.2 硼源材料的精选 |
4.1.3 小结 |
4.2 硼源合理添加量的探讨 |
4.2.1 金刚石的生长条件 |
4.2.2 金刚石的合成效果 |
4.2.3 小结 |
4.3 触媒成分的多元合金化 |
4.3.1 原材料的检测 |
4.3.2 触媒成品的检测 |
4.3.3 金刚石的生长条件 |
4.3.4 金刚石的合成效果 |
4.3.5 小结 |
4.4 本章小结 |
第5章 含硼金刚石单晶的高温高压合成 |
5.1 合成含硼金刚石用石墨的优选 |
5.1.1 石墨的种类 |
5.1.2 石墨的性能 |
5.1.3 不同石墨合成金刚石的对比试验 |
5.1.4 小结 |
5.2 合成压块的组装 |
5.2.1 传压介质的选择 |
5.2.2 合成压块的组装 |
5.2.3 触媒与碳片厚度比的确定 |
5.2.4 小结 |
5.3 压力功率动态匹配合成工艺 |
5.3.1 理论依据 |
5.3.2 工艺设计 |
5.3.3 六面顶压机的改造 |
5.3.4 含硼金刚石相对优化生长区间的确定 |
5.3.5 试验验证 |
5.3.6 小结 |
5.4 本章小结 |
第6章 含硼金刚石单晶的机械式提纯工艺 |
6.1 传统的金刚石提纯工艺 |
6.1.1 传统金刚石提纯工艺简介 |
6.1.2 除触媒 |
6.1.3 除石墨 |
6.1.4 除叶蜡石 |
6.1.5 小结 |
6.2 含硼金刚石的机械式提纯工艺 |
6.2.1 含硼粉末冶金铁基触媒合成压块的特点 |
6.2.2 提纯工艺设计 |
6.2.3 提纯工艺流程 |
6.3 试验验证 |
6.4 本章小结 |
第7章 含硼金刚石单晶的结构与性能表征 |
7.1 晶体形貌 |
7.1.1 晶体形貌的体视观察 |
7.1.2 晶体形貌的显微观察 |
7.1.3 晶体形貌的定量分析 |
7.2 晶体结构 |
7.2.1 X射线衍射分析 |
7.2.2 Raman光谱分析 |
7.2.3 IR光谱分析 |
7.3 含硼金刚石晶体结构的模拟计算 |
7.3.1 引言 |
7.3.2 计算方法 |
7.3.3 计算结果 |
7.4 热稳定性 |
7.4.1 温度对机械性能的影响 |
7.4.2 综合热分析 |
7.5 硼含量的间接测量 |
7.5.1 硼含量的间接测量方法 |
7.5.2 硼含量的间接测量结果 |
7.6 本章小结 |
第8章 含硼金刚石单晶的高温高压合成机理 |
8.1 引言 |
8.1.1 金刚石合成机理简介 |
8.1.2 Fe-Ni-C系高温高压合成金刚石的机理研究 |
8.1.3 研究含硼金刚石合成机理的思路 |
8.2 含硼金刚石在Fe-Ni-C-B系中生长的碳源 |
8.2.1 引言 |
8.2.2 碳源的相图分析 |
8.2.3 对应不同合成效果的触媒组织与物相分析 |
8.2.4 小结 |
8.3 含硼金刚石在Fe-Ni-C-B系中的形成机制 |
8.3.1 含硼金属包覆膜的金相组织 |
8.3.2 含硼金属包覆膜的物相结构 |
8.3.3 含硼金属包覆膜的成分分析 |
8.3.4 小结 |
8.4 含硼金刚石在Fe-Ni-C-B系中的生长机制 |
8.4.1 引言 |
8.4.2 金刚石单晶/金属包覆膜界面的SEM观察 |
8.4.3 金刚石单晶/金属包覆膜界面的FESEM观察 |
8.4.4 金刚石单晶/金属包覆膜界面的AFM观察 |
8.4.5 金刚石单晶的TEM观察 |
8.4.6 小结 |
8.5 本章小结 |
第9章 结论与展望 |
9.1 结论 |
9.2 展望 |
参考文献 |
致谢 |
攻读博士学位期间发表的学术论文 |
攻读博士学位期间的科研情况 |
攻读博士学位期间专利申请情况 |
攻读博士学位期间获奖情况 |
学位论文评阅及答辩情况表 |
(5)含硼金刚石单晶的微观结构、性能与合成机理的研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第1章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 人造金刚石的合成方法 |
1.2.1 高温高压法合成人造金刚石 |
1.2.2 合成人造金刚石的其它方法 |
1.3 金刚石合成机理的研究 |
1.3.1 石墨合成金刚石的相变 |
1.3.2 金刚石合成机理 |
1.4 含硼金刚石的结构与性能研究 |
1.4.1 金刚石的分类 |
1.4.2 含硼金刚石的结构 |
1.4.3 含硼金刚石的性能 |
1.5 含硼金刚石的合成方法 |
1.6 人造金刚石触媒材料的研究 |
1.7 选题的意义及研究内容 |
第2章 实验方法 |
2.1 铁基含硼触媒制备 |
2.2 金刚石高温高压合成试验 |
2.2.1 合成块组装 |
2.2.2 高温高压合成试验 |
2.2.3 金刚石的提纯 |
2.3 含硼金刚石与金属薄膜的形貌观察 |
2.3.1 金刚石的形貌观察 |
2.3.2 金刚石的SEM观察 |
2.3.3 金刚石的AFM分析 |
2.3.4 金属薄膜的FESEM观察 |
2.4 含硼金刚石的结构分析 |
2.4.1 含硼金刚石的XRD分析 |
2.4.2 含硼金刚石的Micro-Raman分析 |
2.4.3 含硼金刚石的IR分析 |
2.4.4 含硼金刚石与包覆膜的TEM分析 |
2.4.5 金刚石的EPMA分析 |
2.5 金刚石的性能检测 |
2.5.1 金刚石的静压强度测试 |
2.5.2 金刚石的热冲击韧性测量仪 |
2.5.3 金刚石的抗氧化性测试 |
2.5.4 金刚石的电阻-温度测量 |
第3章 含硼金刚石的形态与表面形貌 |
3.1 引言 |
3.2 金刚石形态观察 |
3.2.1 合成块上金刚石的形核密度比较 |
3.2.2 颜色 |
3.3 金刚石的粒度与晶型 |
3.3.1 粒度筛选 |
3.3.2 晶型分选 |
3.3.3 晶型差异性分析 |
3.4 Diashape系统测试金刚石晶体形貌 |
3.4.1 Diashape系统的测量指标 |
3.4.2 Diashape系统的统计原理 |
3.4.3 Diashape系统的测试结果 |
3.5 金刚石表面形貌观察 |
3.5.1 含硼金刚石单晶的SEM观察 |
3.5.2 含硼金刚石单晶的AFM观察 |
3.6 本章小结 |
第4章 含硼金刚石的晶体结构分析 |
4.1 引言 |
4.2 含硼金刚石的XRD分析 |
4.3 含硼金刚石的EPMA分析 |
4.4 含硼金刚石的Raman光谱分析 |
4.5 含硼金刚石的IR分析 |
4.6 含硼金刚石的TEM分析 |
4.7 本章小结 |
第5章 含硼金刚石与普通金刚石的性能比较 |
5.1 引言 |
5.2 含硼金刚石的强度 |
5.2.1 金刚石的抗压强度 |
5.2.2 金刚石的冲击韧性测量 |
5.3 含硼金刚石的抗氧化性 |
5.3.1 金刚石的差热分析 |
5.3.2 金刚石受热后表面形貌的变化 |
5.4 含硼金刚石的电阻—温度测试 |
5.4.1 实验可行性分析 |
5.4.2 含硼金刚石的电阻—温度特性 |
5.5 本章小结 |
第6章 含硼金刚石单晶表面金属包覆膜的研究 |
6.1 引言 |
6.2 金刚石单晶表面金属包覆膜的研究 |
6.2.1 金属包膜的成分与结构研究 |
6.2.2 金属包覆膜的微观形貌 |
6.2.3 金属包膜的作用分析 |
6.3 金刚石的形核与长大 |
6.3.1 金刚石形核的热力学分析 |
6.3.2 金刚石的界面生长 |
6.4 本章小结 |
第7章 EET和TFDC理论在金刚石合成研究中的应用 |
7.1 引言 |
7.2 EET理论与TFDC理论简介 |
7.2.1 EET理论的基本概念 |
7.2.2 计算方法——键距差(BLD)法 |
7.2.3 程氏理论的基本思想 |
7.2.4 余氏理论和程氏理论的关系 |
7.3 Fe_3C(Fe_3(C,B))/金刚石界面的电子结构计算 |
7.3.1 Fe_3C和Fe_3(C,B)的价电子结构计算 |
7.3.2 金刚石的价电子结构 |
7.3.3 界面电子密度计算 |
7.4 结果讨论 |
7.5 本章小结 |
第8章 结论 |
参考文献 |
致谢 |
攻读博士学位期间发表的学术论文 |
攻读博士学位期间参与的科研项目 |
攻读博士学位期间申请国家发明专利 |
攻读博士学位期间获奖情况 |
学位论文评阅及答辩情况表 |
(6)含硼金刚石单晶的微观结构与性能表征及其相关理论研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
本文主要创新点 |
第1章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 金刚石的合成机理 |
1.2.1 合成金刚石的主要理论 |
1.2.2 固相转变理论 |
1.2.3 溶剂理论 |
1.2.4 溶剂-催化理论 |
1.3 合成金刚石触媒的研究概况 |
1.3.1 触媒的成分 |
1.3.2 触媒的形状 |
1.4 含硼金刚石的结构与性能 |
1.4.1 含硼金刚石的结构 |
1.4.2 含硼金刚石的性能 |
1.5 利用余氏与程氏理论解释含硼金刚石的某些性能 |
1.6 主要研究内容 |
第2章 实验方法 |
2.1 含硼铁基触媒的制备 |
2.2 高温高压合成金刚石的试验 |
2.2.1 合成块组装 |
2.2.2 高温高压合成金刚石 |
2.2.3 金刚石的提纯 |
2.3 含硼金刚石与金属包覆膜的形貌观察 |
2.3.1 含硼金刚石的形貌观察 |
2.3.2 金刚石的SEM观察 |
2.3.3 金属包覆膜的FESEM观察 |
2.4 含硼金刚石的结构分析 |
2.4.1 含硼金刚石的XRD分析 |
2.4.2 含硼金刚石的Raman光谱分析 |
2.4.3 含硼金刚石与包覆膜的TEM分析 |
2.4.4 含硼金刚石的EPMA分析 |
2.5 金刚石的性能检测 |
2.5.1 金刚石的静压强度测试 |
2.5.2 金刚石的抗氧化性测试 |
第3章 含硼金刚石触媒的微观结构分析 |
3.1 引言 |
3.2 实验方法 |
3.3 实验分析 |
3.3.1 合成金刚石前铁基触媒的组织分析 |
3.3.2 高温高压合成金刚石后铁基触媒的组织分析 |
3.3.3 金刚石生长部位铁基触媒的组织分析 |
3.4 本章小结 |
第4章 含硼金刚石单晶的性能表征 |
4.1 引言 |
4.2 含硼金刚石的静态抗压强度分析 |
4.3 含硼金刚石的抗氧化性能 |
4.4 本章小结 |
第5章 高温高压下金刚石生长机理分析 |
5.1 引言 |
5.2 金刚石晶面的法向生长速度的确定 |
5.3 面密度和晶面间距对金刚石形态的影响 |
5.4 金刚石(100)晶面的微观结构 |
5.5 金刚石(111)晶面的微观结构 |
5.6 金刚石晶体的缺陷 |
5.7 硼元素对金刚石晶体生长的影响 |
5.8 本章小结 |
第6章 金刚石单晶解理断裂的经验电子理论研究 |
6.1 引言 |
6.2 金刚石单晶模型的建立 |
6.3 金刚石各晶面的原子密度计算 |
6.3.1 (110)晶面的原子密度 |
6.3.2 (111)晶面的原子密度 |
6.3.3 (001)晶面内的原子密度 |
6.4 晶面内原子的分布 |
6.5 金刚石中碳原子的价电子结构计算 |
6.6 (110)、(111)面的有效价电子密度 |
6.7 金刚石单晶断裂的实验观察与分析 |
6.8 本章小结 |
第7章 结论 |
参考文献 |
致谢 |
攻读博士学位期间发表的相关学术论文 |
攻读博士学位期间参加的科研项目 |
外文论文 |
学位论文评阅及答辩情况表 |
(7)含硼金刚石单晶的微观品质与半导体性能的相关性研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第一章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 含硼金刚石的合成 |
1.2.1 金刚石相的转变 |
1.2.2 含硼金刚石单晶的合成方法 |
1.3 含硼金刚石单晶的结构与形貌 |
1.3.1 含硼金刚石单晶的结构 |
1.3.2 含硼金刚石单晶的形貌 |
1.4 含硼金刚石单晶的性能及研究现状 |
1.4.1 含硼金刚石单晶的性能 |
1.4.2 研究现状 |
1.5 选题意义及研究内容 |
1.5.1 选题意义 |
1.5.2 研究内容 |
第二章 实验方法 |
2.1 金刚石单晶的高温高压合成方法 |
2.2 含硼金刚石单晶的退火处理 |
2.3 形貌观察与表征方法 |
2.3.1 金刚石晶形的观察 |
2.3.2 场发射扫描电子显微镜(FESEM)分析 |
2.4 含硼金刚石单晶的结构分析方法 |
2.4.1 XRD分析 |
2.4.2 Raman分析 |
2.5 金刚石单晶的性能检测方法 |
2.5.1 金刚石的常温电阻检测 |
2.5.2 阴极发光性质检测 |
2.5.3 阻抗测试 |
2.5.4 差热分析(DTA) |
第三章 含硼金刚石单晶的形貌与结构分析 |
3.1 引言 |
3.2 不同类型金刚石单晶的形貌观察结果 |
3.2.1 宏观形貌观察结果 |
3.2.2 含硼金刚石单晶的场发射扫描电镜(FESEM)观察结果 |
3.3 含硼金刚石单晶的结构分析结果 |
3.3.1 XRD分析结果 |
3.3.2 Raman光谱分析结果 |
3.4 掺硼后金刚石形貌与结构变化之间的关系 |
3.5 本章小结 |
第四章 含硼金刚石单晶的电学性能分析结果 |
4.1 引言 |
4.2 硼含量对金刚石单晶阴极发光性质的影响 |
4.2.1 硼含量对金刚石单晶(100)晶面阴极发光性能的影响 |
4.2.2 硼含量对金刚石单晶(111)晶面阴极发光性能的影响 |
4.3 金刚石单晶的常温电阻率检测 |
4.4 含硼金刚石单晶的电学性能与结构的相关性分析 |
4.5 本章小结 |
第五章 含硼金刚石单晶的其他性能分析 |
5.1 退火处理对含硼金刚石单晶的影响 |
5.1.1 退火温度对含硼金刚石单晶(100)晶面的影响 |
5.1.2 退火温度对含硼金刚石单晶(111)晶面的影响 |
5.2 含硼金刚石单晶的热分析 |
5.2.1 差热分析(DTA) |
5.2.2 热重分析(TG) |
5.3 含硼金刚石单晶的阻抗测试结果 |
5.4 本章小结 |
第六章 结论 |
参考文献 |
致谢 |
附录 |
学位论文评阅及答辩情况表 |
(8)创建原子与分子物理及高温高压物理与高压合成研究基地的回顾与展望(论文提纲范文)
1 创建研究所前的原子与分子物理研究 |
2 以原子分子物理为基础研究和发展物理力学 |
3 以原子与分子物理为基础研究和发展人造金刚石的高压合成 |
4 国家规划的制订与吉林大学原子与分子物理研究所的建立 |
5 回到西南创建成都科技大学高温高压与原子分子科学研究所 |
6 过去经验与今后奋斗目标 |
(9)硼掺杂金刚石结构设计和耐热性研究(论文提纲范文)
中文摘要 |
ABSTRACT |
第1章 绪论 |
1.1 课题背景及意义 |
1.2 第一性原理介绍 |
1.2.1 密度泛函理论 |
1.2.2 交换相关泛函 |
1.2.3 赝势法 |
1.2.4 Materials Studio软件介绍 |
1.3 国内外研究现状 |
1.3.1 金刚石的结构和性质 |
1.3.2 含硼金刚石的结构和优异特性 |
1.3.3 含硼金刚石的耐热性的研究 |
1.3.4 第一性原理对耐热性的研究 |
1.4 主要研究内容 |
第2章 C_(64-x)B_x(x=0-4)和C_(61)B_3含硼金刚石模型构建 |
2.1 引言 |
2.2 晶体模型搭建及收敛性测试 |
2.2.1 晶体模型搭建 |
2.2.2 收敛性测试 |
2.3 晶体模型结构计算 |
2.3.1 不同硼浓度含硼金刚石晶胞的计算 |
2.3.2 不同硼位置含硼金刚石模型的计算 |
2.4 含硼金刚石表面模型搭建 |
2.4.1 表面模型的计算原理 |
2.4.2 表面模型的搭建 |
2.5 本章小结 |
第3章 含硼金刚石耐热性的计算 |
3.1 引言 |
3.2 含硼金刚石力学性质的计算 |
3.2.1 弹性常数 |
3.2.2 弹性模量 |
3.3 含硼金刚石的耐热性的研究 |
3.3.1 形成焓和内聚能 |
3.3.2 德拜温度 |
3.4 含硼金刚石表面模型的计算 |
3.5 本章小结 |
第4章 含硼金刚石耐热性质的实验研究 |
4.1 引言 |
4.2 实验过程及分析 |
4.2.1 扫描电镜研究 |
4.2.2 热重分析 |
4.2.3 XRD分析 |
4.2.4 拉曼光谱测试 |
4.3 本章小结 |
第5章 结论与展望 |
参考文献 |
致谢 |
攻读学位期间发表的学术论文 |
学位论文评阅及答辩情况表 |
(10)含硼聚晶金刚石复合片(B-PDC)的研究(论文提纲范文)
1 实验过程与方法 |
1.1 合成设备与方法 |
1.2 实验方案的设计 |
2 实验结果与分析 |
2.1 性能测试结果与分析 |
2.1.1 B-PDC的磨耗比测试结果与分析 |
2.1.2 B-PDC的抗冲击韧性测试结果与分析 |
2.1.3 B-PDC的耐热性能测试结果与分析 |
2.2 微观结构的分析 |
2.2.1 B-PDC的扫描电镜分析 |
2.2.2 B-PDC的X射线衍射物相分析 |
3 结论 |
四、含硼黑金刚石的结构与合成机理及其特殊性能的探讨(论文参考文献)
- [1]芶清泉教授对我国超硬材料的历史性贡献[J]. 邹广田. 超硬材料工程, 2014(02)
- [2]Fe-Ni-C-B系高温高压合成含硼金刚石单晶的工艺与机理研究[D]. 李和胜. 山东大学, 2009(05)
- [3]含硼黑金刚石的结构与合成机理及其特殊性能的探讨[J]. 清泉. 人造金刚石, 1977(S2)
- [4]含硼黑金刚石的结构与合成机理及其特殊性能的探讨[J]. 芶清泉. 吉林大学学报(自然科学版), 1978(02)
- [5]含硼金刚石单晶的微观结构、性能与合成机理的研究[D]. 宫建红. 山东大学, 2006(12)
- [6]含硼金刚石单晶的微观结构与性能表征及其相关理论研究[D]. 宿庆财. 山东大学, 2008(01)
- [7]含硼金刚石单晶的微观品质与半导体性能的相关性研究[D]. 张娜. 山东大学, 2010(09)
- [8]创建原子与分子物理及高温高压物理与高压合成研究基地的回顾与展望[J]. 苟清泉. 原子与分子物理学报, 2000(01)
- [9]硼掺杂金刚石结构设计和耐热性研究[D]. 李佳惠. 山东大学, 2018(12)
- [10]含硼聚晶金刚石复合片(B-PDC)的研究[J]. 刘一波,孙延龙,徐燕军,尹翔,柳成渊,郑勇翔. 金刚石与磨料磨具工程, 2012(01)