一、合成金刚石用触媒合金研制工作简介（论文文献综述）
李和胜[1]（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》文中认为研究发现,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。
赵文东[2]（2010）在《铁基粉末触媒合成金刚石作用机理的研究》文中进行了进一步梳理人造金刚石作为天然金刚石的替代品,是一种用途广泛的极限性功能材料,其应用遍布工业、科技和国防等领域。因此,加强合成原材料和合成技术的研究,优化和改进现有的粉末触媒配方,开发低成本触媒,制备专门用途的人造金刚石磨料,极具战略意义。本文以铁基触媒配方研究为基础,深入研究了不同触媒成分、不同触媒与石墨配比对合成金刚石的影响规律,探讨了触媒在合成金刚石过程中的作用机理。并在此基础上设计出适合合成团粒结构金刚石（CSD）的新型低成本触媒配方,为此开展了以下研究：1)对Fe、Ni不同配比粉末触媒进行了合成金刚石实验,结果表明,随着触媒中Fe含量的增加,合成金刚石的最低条件和最佳条件均有所提高,金刚石生长V形区向右上方移动；金刚石的粒度峰值变粗,混合单产、静压强度、冲击韧性均有所降低；通过对触媒和石墨不同配比进行的金刚石合成实验表明；增加触媒用量可以提高合成金刚石单产。在综合考虑原材料成本、金刚石产量、质量等因素基础上,优化选择出Fe-30%Ni触媒、且与石墨配比为3：7的成分配比。并建立了触媒成分设计的基本原则。2)深入研究了在FeNi30中添加微量稀土元素对合成金刚石的影响,结果表明,稀土元素可有效降低触媒中结合氧含量,提高了粉末触媒的纯净度,在合成金刚石中对提高混合单产、增加粗颗粒比例、提高单粒度TI、TTI值,增加静压强度,降低磁化率值等都有不同程度的作用；通过优化实验,获得最佳稀土添加量为0.4%。3)根据触媒成分设计的基本原则,设计了不同成分的FeMn基触媒,并通过合成金刚石实验深入研究不同添加元素及含量对合成金刚石的影响规律,结果表明：单独使用FeMn触媒合成金刚石,在5.4～5.6GPa、1450～1600℃才能合成出金刚石,比FeNi触媒的合成条件高,且金刚石粒度较细,晶型较差；在FeMn触媒中加入5%的Ni或Co,合成压力、温度有所降低；添加稀土元素有助于金刚石晶形的改进；Ni含量保持15%不变,Mn含量由15%、20%、25%变化,金刚石的形核量逐渐增多,粒度变细,金刚石由灰绿色变成黑色,晶形变得不规则,Mn含量为25%时得到了团粒结构金刚石；Ni、Mn含量不变, Co含量增加,金刚石粒度变粗,晶形变好,混合单产增加,黑颜色金刚石变少,晶体透明度提高。4)针对市场对CSD金刚石不断增长的需求,利用FeMn基触媒的成本优势,开发出适合合成CSD金刚石的FeMn25Ni15触媒,并对合成工艺进行了深入研究,结果表明,采用新型FeMn触媒合成的CSD金刚石,性能指标达到使用要求,而成本显着低于目前使用的Ni70Mn30触媒。5)利用EDS能谱分析研究了金属包膜在金刚石合成过程中的作用,发现金属包膜在金刚石生长过程中起到向晶核输送碳源和向外排除杂质的作用,金属包膜破裂后,金刚石停止生长；对金属包膜的物相分析进一步表明室温下金属包膜的物相主要为Fe3C、（Fe,Ni）23C6以及γ-（Fe, Ni）,石墨占的比例很少。因此,可以认为金刚石形核长大过程中存在着触媒粒子的熔聚现象。6)初步探讨了金刚石单晶生长所需碳的来源问题,利用现有热力学数据分析表明,金属包膜中金属碳化物（Fe3C）的分解降低了石墨转变为金刚石所要越过的势垒,因而更有利于形成金刚石；但是从Fe-C相图Fe3C的形成条件及Fe3C中碳转化成金刚石的数量等因素分析表明,在高温高压下Fe3C存在的可能性很小,用其作为金刚石合成的碳源在理论和实际应用中都缺乏依据。由于现有实验条件所限,金刚石转化碳源问题还需要进一步研究。
赵文东,徐骏,宋月清[3]（2008）在《人造金刚石用触媒材料的发展及催化机理》文中认为文章简介了人造金刚石用触媒材料的发现、组成和研究现状,总结了触媒合金的各种催化机理,阐明了触媒材料的选择原则,指出了粉末触媒材料的下一步研究方向。
李启泉[4]（2008）在《粗颗粒高品级人造金刚石合成工艺研究及在地质工程中的应用》文中提出人造金刚石单晶作为人工合成超硬材料两种中的一种，以其特有的性能而具有非常重要的地位，起着其他材料不可替代的作用，并得到日益广泛的应用。当前，设备的大型化与粉末触媒是我国人造金刚石行业发展中取得较大进展的两个方面，而将这两个方面联系起来的合成工艺有着或多或少的不足，尤其是粗颗粒高品级人造金刚石单晶的合成工艺。六面顶压机是我国自主研发的一种高压合成设备。四十多年来的人造金刚石发展的历史，其研究的重要方向就是粗颗粒高品级人造金刚石单晶的合成，存在的主要问题是产品粒度难以满足市场的需求，限制了行业的进一步发展，因此，运用六面顶压机来研究粗颗粒高品级人造金刚石的合成工艺具有特别重要的意义。鉴于目前人造金刚石单晶合成中设备、工艺、原材料三者之间的研究现状及存在的问题，在导师的指导和前人工作的基础上，展开了本论文的研究。工作如下：1、系统地研究了叶腊石、触媒和石墨在超高压合成过程中各自的作用及对金刚石合成和合成金刚石的影响。2、从设备、腔体设计和工艺参数对粗颗粒高品级人造金刚石的合成进行了试验和分析讨论。3、研究了将合成出的金刚石单晶应用于制品的制造以及相应制品在实践工程中应用。论文创新点在于：1、通过（?）23mm腔体的实验和分析，提出了衡量六面顶压机高压腔体的密封性能和传压性能的理论：λ最大不能超过29．49％，λ值小，则密封性能好；△最小不能小于3．316mm，△值大，传压性能好。根据此理论，设计了（?）39mm的腔体的主体尺寸：顶锤，a=47mm，b：15mm，α=42°；叶腊石，L0=59mm。2、制造出了一种合成金刚石单晶用的控温控压装置。结果表明该装置能较好地控制合成所需要的温度和压力，能优化合成工艺。该装置适合合成粗颗粒高品级人造金刚石单晶。3、以合成稳定性为前提，对叶腊石大块的焙烧和烘烤进行了工艺改进。结果表明这种改进提高了合成的稳定性。4、在粉末合成工艺中，合成棒的制作工艺对金刚石的产量、性能有着很大的影响。当M：C为7：3时，合成棒的密度越大，金刚石的产量，质量都比较好。5、对当前Fe70Ni30粉末触媒合成金刚石进行了研究。研究结果表明，Fe70Ni30粉末触媒是合成粗颗粒高品级金刚石单晶的一种较好的原材料。6、应用金刚石晶体生长理论，采用自行研制的控制系统，用粉末工艺进行了合成时间达28min的合成实验，结果合成出30#-40#粒度的金刚石，其提取率超过30％，TTI值达80％左右7、利用以上设备、合成工艺合成出的高品级金刚石在地质钻头和锯片等方面具有广阔的应用前景。
王战轲[5]（2020）在《纯铁触媒体系合成宝石级金刚石单晶的研究》文中研究表明金刚石作为一种应用十分广泛的极限功能性超硬材料,聚集如此多的优异性能例如耐强酸碱、抗辐射,以及它的最大的硬度和热导率等让人们目前为止还无法找到一种能代替的材料。其中Ⅱa型金刚石内部不含硼氮及其他金属等杂质,结晶度高,缺陷密度低等特性让其在基于金刚石的功率器件中表现出及其稳定的高性能。因此高纯Ⅱa型金刚石被认为是一种非常有潜力的无缺陷衬底。另外,高纯金刚石在量子领域、高精度传感器、高分辨率成像技术等尖端领域也具有重要应用,是目前金刚石大单晶研究领域的国际热点问题。而又由于金刚石的诸多性能的特殊性,让金刚石的寸尺成为金刚石能否产生实际应用的关键因素。当今,制备高纯金刚石大单晶的方法主要有化学气相沉积（CVD）法和高温高压（HPHT）法,但是两种高纯金刚石合成方法仍存在许多技术问题。例如,CVD金刚石大单晶中的应力和缺陷问题,高温高压金刚石大单晶中的金属杂质问题等。因此,针对HPHT法合成高纯金刚石晶体中存在金属杂质的问题,在合成“高纯”Ⅱa型金刚石晶体时,关键在于选择合适的触媒溶剂。我们知道,金属溶剂在金刚石晶体的合成过程中起着至关重要的作用,研究不同触媒体系中生长的金刚石能更好地理解金刚石的成核和生长机制,增大合成具有特定性能的晶体的可能性,因此对于金属溶剂的研究引起了人们极大的兴趣。经过大量的实验研究,科学家们发现金属触媒主要为过渡金属。除此之外,其他金属（Zn、Cu和Sb等）也分别作为触媒合成出了金刚石晶体,这些触媒溶剂在合成金刚石的过程中需要相当高的压力和温度（7.0-8.0 GPa,1600-2000℃）,且晶体尺寸一般小于1.0mm,当延长合成时间后极易形成自发核,很难控制晶体的质量。并且在这些金属溶剂体系下合成出的金刚石都是含A心和C心的高氮型晶体,浓度一般在1000ppm以上,远高于Ni基、Fe基合金触媒生长的晶体。据文献报道,氮在熔融金属中的溶解度取决于金属原子的电子结构。铁、钴、镍的外层电子壳结构分别为3d64s2、3d74s2和3d84s2,元素周期表行元素中的原子数越小,d壳层的电子数目就越少,这意味着氮溶解的可能性越大,溶氮能力越强。因此,氮原子在铁基触媒中的溶解度比镍基触媒的大。这就是以铁基为催化剂,氮杂质很难进入金刚石的原因。又因为在过渡金属中,铁原子极难进入金刚石结构中,而镍极易进入金刚石内部,所以使用纯铁触媒能从根源上避免镍及其他金属杂质的进入。因此纯铁触媒在合成高纯金刚石大单晶方面有着无可比拟的优势。虽然,先前已有利用金属铁粉合成出工业级金刚石,但目前还未有纯铁触媒体系系合成宝石级金刚石的相关报道。因此,本文在纯铁触媒体系系中研究了宝石级金刚石的合成与特性,并成功合成出尺寸约3 mm的Ⅰb及Ⅱa型宝石级金刚石,并对晶体特性进行了详细研究。
张建安[6]（1993）在《金刚石合成用触媒材料的发展现状与前景》文中认为 1 概述人造金刚石合成是碳的同素异形相变过程,触媒材料的参与大幅度降低了合成温度与压力,使人造金刚石的工业生产成为现实。静压法合成的金刚石的性能主要取决于如下因素,即合成温度和压力条件;触媒和碳素原料的种类以及合成腔体的组装设计。从已有的工作看,凡不能润湿石墨的金属均不能作触媒。一般来说,作为金刚
李丽[7]（2008）在《高温高压金刚石生长机理的价电子理论及热力学分析》文中认为人造金刚石单晶不仅具有硬度高、抗腐蚀、高耐磨等优异性能，还具有优良的光学、声学、热学和电学性质，不断表现出其在现代科学技术和发展中的重要作用。目前，最具有工业生产规模与广泛应用价值的金刚石单晶合成方法仍然是高温高压触媒法。高温高压金刚石的生长机理对于指导工业生产金刚石无疑具有重要意义，但由于高温高压下在线检测的困难性，理论研究的难度仍然过大，造成目前学术观点尚未统一，尤其是对金刚石生长的碳源这一关键问题仍存在较大争议，近年来金刚石生长机理方面的研究投入也较少，对机理的研究依然是一个重大的探索性课题。课题组前期对合成金刚石后的触媒及包覆着金刚石单晶的金属包膜的组织、结构、成分等进行了系统的实验表征，根据前期的实验结果，本文利用余氏理论和程氏理论计算分析了高温高压触媒法金刚石生长中各物相的价电子结构及界面的电子密度，从电子结构角度研究了金刚石生长的碳源问题及触媒的催化作用，探讨了高温高压金刚石生长机理；同时结合热力学理论，解释触媒在其中的变化过程，从热力学角度进一步分析了金刚石生长的碳源问题。从而为金刚石的机理研究开辟了一条新途径，并提出了触媒成分设计的新思路。本文首先根据材料的热膨胀本质和广义虎克定律，利用晶体的线膨胀系数和弹性常数，建立了晶格常数与温度和压力之间的关系。运用该方法计算六方石墨在不同温度和压力下的晶格常数，所得结果与前人的实验结果非常接近，验证了本文计算方法的可行性。进而计算了金刚石合成过程中各物相（金刚石、石墨、Fe3C、γ-（Fe，Ni）等）的晶格常数随温度和压力的变化，为高温高压条件下晶体的的价电子结构分析提供了计算基础。根据价电子理论，异相界面的电子密度应连续，则在金刚石晶体生长中，碳源相与金刚石界面的电子密度应保持连续，这是金刚石生长要满足的边界条件。本文对金刚石和石墨的价电子结构分析表明：常温常压下，金刚石和两种石墨各主要晶面之间的最小电子密度差在80％左右，而1600 K、5．5 GPa时最小电子密度差在60％左右，虽然由于温度和压力的作用，金刚石和石墨之间的电子密度有所接近，但仍要要远远大于10％，即在一级近似下是不连续的，不能满足金刚石生长的边界条件。因此从电子结构角度看，触媒法金刚石晶体生长的直接碳源不是来自石墨。另外，石墨结构中共价键的键能随温度和压力变化并不明显，最强键上的键能约为240 kJ／mol，平面网层之间的共价键能非常小，靠范德华力结合。在金刚石合成过程中，部分石墨需以C原子形式溶入似熔态触媒，与触媒合金形成碳化物或间隙固溶体。已有研究证实选择铁基触媒合成金刚石具有较好的应用前景及较高的学术研究价值，课题组前期对合成后的Fe-Ni触媒及包膜进行了系统的研究，发现在包膜／金刚石界面存在着大量的Fe3C和γ-（Fe，Ni），并推测Fe3C为金刚石晶体生长的碳源相，γ-（Fe，Ni）为催化相。因此，本文以Fe-Ni-C系金刚石晶体生长为例探讨金刚石的生长机理，对合成后包膜中主要物相的价电子结构及界面的电子密度进行了计算分析。对Fe3C的价电子结构及Fe3C／金刚石界面电子密度的分析表明：高温高压状态下，Fe3C／金刚石界面的电子密度在一级近似下是连续的，能够满足金刚石生长的边界条件。因而，高温高压触媒法合成金刚石，并不是由石墨结构直接转变为金刚石结构，而是C原子集团不断从Fe3C中脱落，转移到与之电子密度相近的金刚石界面上，进而完成金刚石晶体的生长。另外，Fe3C的两个主要晶面同金刚石（111）晶面的电子密度连续，可以解释金刚石包裹体中薄片状Fe3C同金刚石（111）面存在着平行的位向关系这一现象。对γ-（Fe，Ni）的价电子结构及γ-（Fe，Ni）／Fe3C界面电子密度的分析则发现：γ-（Fe,Ni）／Fe3C界面的电子密度在一级近似下是连续的，这表明在金刚石生长过程中γ-（Fe，Ni）起着促使Fe3C分解的作用即催化作用。可见，价电子理论分析结果与前期实验表征结果是相吻合的。为了分析不同触媒的催化作用，进而尝试从电子理论上指导触媒的成分设计，本文对采用过渡族金属（Fe、Ni、Mn、Co）及其合金为触媒合成金刚石过程中可能形成的各种Me3C型碳化物与金刚石界面以及不同成分配比的γ-Me固溶体与相应Me3C界面的电子密度分别进行了分析，结果表明：各Me3C型碳化物与金刚石界面的电子密度以及各γ-Me固溶体与相应Me3C界面的电子密度在一级近似下均连续，从而可以认为金刚石生长的碳源相和催化相分别为Me3C和γ-Me固溶体。不同碳化物与金刚石界面的电子密度连续性不同，与金刚石界面保持电子密度连续性越好，结构转化所需要越过的化学势垒越低，也就越容易转变为金刚石结构，在相同的合成条件下，合成的金刚石品质更好。Fe、Ni、Mn、Co合金碳化物与金刚石界面的电子密度连续性基本上都分别好于其单金属碳化物；所有碳化物中，Mn和Co基碳化物与金刚石的电子密度连续性最好；Fe基碳化物与金刚石界面的电子密度连续性好于Ni基碳化物，其中（Fe,Ni）3C／金刚石界面的电子密度连续性最好。不同元素组成及不同成分配比的γ-Me固溶体与相应Me3C界面的电子密度连续性也不同，连续性越好，越易促使Me3C分解，则金刚石的生长速度越快。其中，γ-（Fe，Ni）随着Ni含量的增加，与Fe3C界面的电子密度连续性基本上呈逐渐变差的趋势。体现实际合成工艺中为，随着Fe-Ni触媒中Ni含量的增加，金刚石的生长速度逐渐变慢，这与金刚石合成实验相吻合。从电子结构的角度提出了良好的触媒剂所应具备的三个条件：高温高压下能与石墨形成Me3C型碳化物；Me3C型碳化物与金刚石生长界面有较高的电子密度连续性；γ-Me固溶体与Me3C型碳化物界面的电子密度连续性适中。根据价电子理论分析的结果，本文对高温高压触媒法金刚石的生长进行了热力学分析，在计算中考虑了体积随温度和压力的变化，结果表明：在金刚石形成之前就有大量Fe3C形成，而在触媒法合成金刚石的温度和压力范围内，Fe3C（?）C（金刚石）+3γ-Fe反应的自由能变化和石墨（?）金刚石相变的自由能均为负值，但前者比后者更负，即前者更容易发生。因此，从热力学角度来看，Fe3C的形成降低了石墨转变为金刚石所要越过的势垒，使用铁基触媒合成金刚石晶体的生长来源于Fe3C的分解而不是石墨的直接转变。同时，得出了在1200K以上石墨一金刚石的平衡曲线P-T关系：Peq（GPa）=1．036+0．00236T（K），这一结果与Bundy计算的平衡线比较接近，从而验证了本文热力学计算方法的可行性。本文基于价电子理论和热力学理论的计算分析，均支持了“高温高压触媒法合成金刚石单晶的生长来自于Me3C型碳化物的分解，而非石墨结构的直接转变”这一论述。对高温高压触媒法金刚石的生长过程可以总结以下：
谭新才,张沪,彭大暑[8]（1995）在《人造金刚石用触媒材料回顾与展望》文中进行了进一步梳理人造金刚石用触媒材料回顾与展望谭新才，张沪，彭大暑（长沙矿冶研究院，长沙，４１００１２）（中南工业大学，长沙，４１００８３）在高温高压条件下，在石墨向金刚石进行相转变的过程中，有意识地加入一些材料，使得金刚石的相变活化能和合成温度压力显着降低，这样的...
李飞跃[9]（2004）在《大腔体粉末触媒合成金刚石工艺研究及其在地质工程中的应用》文中指出提高金刚石的颗粒直径和质量,是我国超硬材料行业的核心课题,也是行业的难点和前沿课题。解决这一科学技术难题的技术路线是使用粉末触媒和合成腔体大型化。循着这个思路进行工作,突出了以下几个方面的特点: 一、本论文的主攻方向是在Y-500型设备上努力实现￠40mm反应腔体合成工艺,分别用这种工艺合成RVG优质细金刚石及高品级粗粒度金刚石,将Y-500设备的优势发展到更高阶段,对促进行业发展具有重要意义。 二、深入系统地研究了合成金刚石过程中触媒材料作用机制,从大量的实验数据说明了传统的“结构对应”触媒选择原则是没有依据的,使行业专家在这方面的认识得到了深化。 本文的主要工作成果如下: 1.通过理论和实际分析,提出了我国大型化设备应向系列化、规范化方向发展,同时在设计和使用过程中应遵循100Mpa压力坎限原则,并以稳定性为前提。 2.根据超高压技术的基本原理,对Y-500型设备的腔体结构尺寸进行了多方面的优化设计分析,提出了一套适合于Y-500型设备的合成结构尺寸,并提出了一套适合于Y-500型设备的合成腔体尺寸优化工艺控制路线。 3.通过对金刚石杂质含量的分析、研究,提出了触媒材料的选择原则。 4.通过不同触媒材料对合成金刚石影响的研究,提出了一套较完善的金刚石合成过程中触媒材料作用机制理论,并设计了一种新型触媒材料及制造工艺。通过反复试验证明这种触媒材料具有优良的性能和广阔的应用前景。 5.对￠40mm腔体生产RVG金刚石的合成腔体设计、合成工艺、组装结构等进行了研究,并采用自行研制的新型触媒进行了多次试验,生产出的产品不但质量合格,而且经济效益显着。特别是这种产品的研制成功,填补了国内空白,为金刚石的出口增加了一个好的品种,其产品发展前景很好。
杨池玉[10]（2020）在《中国高温高压合成钻石的电学与磁学性质研究》文中提出高温高压合成钻石（简称HPHT合成钻石）是具有优异物理性质的半导体材料和信号探测材料,在高新科技领域具有极大的应用潜力。但宝石学对HPHT合成钻石展开的研究较为局限,对其电学、磁学性质的关注基本为零,相关数据信息缺失。为此本文对国产HPHT合成钻石的电学和磁学性质进行了系统完整的研究,弥补了相关内容的空白,并为其实验室检测提供了新思路。本次研究选用具有代表性的不同颜色的国产HPHT合成钻石,利用超景深显微镜、激光共聚焦显微镜、偏光显微镜、体视显微镜对HPHT合成钻石的内外部特征进行了观察;利用X射线荧光能谱、光致发光光谱、霍尔效应测试系统、傅里叶变换显微红外光谱等测试技术,对HPHT合成钻石中的包裹体成分、晶格缺陷、杂质元素的含量和分布及其对导电性的影响等进行了系统研究;并利用超导量子干涉仪磁学测量系统对钻石的磁学性质进行了定量分析,得出以下结论:宝石级钻石的导电性主要取决于硼元素的含量及分布特征,无色HPHT合成钻石中硼元素的含量为00.1ppm,随着硼元素浓度的增高,钻石的导电能力增强。硼元素在钻石晶格中优先占据（111）晶面,且富集在表面,硼元素的分布分区导致了导电性的不均一。无色HPHT合成钻石、天然钻石、CVD合成钻石的电阻率分别为:2.7×105、4.17×1012、1.9×1012Ω·cm,无色HPHT合成钻石的导电性明显优于天然钻石和CVD合成钻石,可作为鉴定HPHT合成钻石的依据。由于含有金属触媒残余,HPHT合成钻石显示铁磁性,且净度级别较差的能够被手持磁铁吸引。天然钻石、CVD、HPHT合成钻石的磁化率均为3.403.80×10-8。天然钻石和CVD合成钻石显示抗磁性,无磁滞现象。HPHT合成钻石的磁性特征受内部磁性包裹体影响,净度级别为VVS以上的HPHT合成钻石显示抗磁性,VS及以下则显示铁磁性。随着净度级别降低,其饱和磁化强度增大,可达到10-1 emu/g;矫顽磁场增高,可达到102Oe;剩余磁化强度也增大,可达到10-2emu/g。但不同净度级别的HPHT合成钻石均具有磁滞现象,根据是否具有磁滞现象能有效区分HPHT合成钻石和天然钻石、CVD合成钻石。
二、合成金刚石用触媒合金研制工作简介（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、合成金刚石用触媒合金研制工作简介（论文提纲范文）
（1）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 |
（2）铁基粉末触媒合成金刚石作用机理的研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 文献综述 |
| 1.1 金刚石的结构、性质、发展及合成方法 |
| 1.1.1 人造金刚石的结构及主要性质 |
| 1.1.2 人造金刚石合成的历史与发展现状 |
| 1.1.3 人造金刚石合成的主要方法 |
| 1.2 高温高压合成金刚石的机理 |
| 1.2.1 石墨转变为金刚石的基本原理 |
| 1.2.2 碳的压力-温度相图 |
| 1.3 触媒参与下人造金刚石合成理论及存在问题 |
| 1.4 人造金刚石触媒材料 |
| 1.4.1 触媒的作用 |
| 1.4.2 触媒材料的研究概况 |
| 1.4.3 触媒材料的制备方法 |
| 1.5 本论文研究意义、目标及研究内容 |
| 1.5.1 研究意义 |
| 1.5.2 研究目的 |
| 1.5.3 研究内容 |
| 2 实验材料及研究方法 |
| 2.1 触媒粉末的制备及质量控制 |
| 2.1.1 触媒粉末制备方法及所需原材料 |
| 2.1.2 触媒粉末制备过程 |
| 2.1.3 触媒粉末的质量控制 |
| 2.2 碳源及合成柱的制备 |
| 2.2.1 石墨粉要求 |
| 2.2.2 合成柱制备工艺流程 |
| 2.3 合成辅件及组装结构 |
| 2.3.1 叶腊石粉压块 |
| 2.3.2 导电钢圈 |
| 2.3.3 金刚石合成组装结构 |
| 2.4 金刚石合成设备 |
| 2.5 金刚石的性能表征及检测 |
| 2.5.1 金刚石的常规表征参数 |
| 2.5.2 金刚石的强度检测 |
| 2.5.3 金刚石的形貌观察与品质分析 |
| 2.5.4 金刚石及相关物相的微观形貌及结构分析 |
| 3 FeNi粉末触媒成分组成对合成金刚石的影响 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 FeNi触媒的制备及金刚石合成性能研究 |
| 3.2.1 粉末触媒的微观形貌分析 |
| 3.2.2 触媒组成对合成金刚石的影响 |
| 3.2.3 触媒含量增加实验 |
| 3.2.4 相同触媒不同含量实验 |
| 3.2.5 金刚石合成条件对比 |
| 3.3 FeNi触媒实验结果分析及触媒成分的配制原则 |
| 3.3.1 FeNi触媒实验结果分析 |
| 3.3.2 触媒组成元素及配比原则 |
| 3.4 本章小结 |
| 4 稀土对FeNi粉末触媒合成金刚石的影响研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 稀土元素的性质及脱氧机理 |
| 4.2.1 稀土元素的性质 |
| 4.2.2 稀土降低触媒中的结合氧机理 |
| 4.3 稀土元素添加量对FeNi触媒内杂质的影响 |
| 4.3.1 触媒粉末制备及组成 |
| 4.3.2 含稀土触媒粉末的性能 |
| 4.3.3 触媒粉末的元素组成 |
| 4.4 添加稀土触媒合成金刚石实验 |
| 4.4.1 合成实验条件 |
| 4.4.2 合成实验综合分析 |
| 4.5 稀土的存在形式及金刚石性能的分析 |
| 4.6 本章小结 |
| 5 FeMn基配方粉末触媒的制备及合成实验研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 FeMnX触媒配方的设计 |
| 5.3 FeMnX粉末触媒制备及实验 |
| 5.3.1 FeMn基触媒制备 |
| 5.3.2 触媒粉末的性能 |
| 5.3.3 FeMn粉末触媒合成实验 |
| 5.4 FeMn系触媒中Mn、Co的含量对合成条件的影响 |
| 5.4.1 触媒性能检测 |
| 5.4.2 FeMn基粉末触媒改进配方试验 |
| 5.5 FeMn触媒合成条件分析 |
| 5.5.1 晶体的价电子理论 |
| 5.5.2 Me_3C和金刚石的价电子结构的一些数据 |
| 5.5.3 M_3C/金刚石界面的价电子结构 |
| 5.5.4 综合分析 |
| 5.6 本章小结 |
| 6 FeMnNi触媒合成团粒结构自锐性金刚石的研究 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 金刚石合成理论及自锐性金刚石工艺控制 |
| 6.2.1 合成温度、压力对金刚石形核的影响 |
| 6.2.2 晶粒的形成率及合成曲面理论 |
| 6.2.3 金刚石晶粒的长大 |
| 6.2.4 自锐性金刚石合成工艺控制特点 |
| 6.3 CSD金刚石合成实验及分析 |
| 6.3.1 合成实验 |
| 6.3.2 制备的团粒结构金刚石的形貌及性能 |
| 6.3.3 磨削试验研究 |
| 6.3.4 FeMnNi触媒与NiMn触媒的成本分析 |
| 6.4 本章小结 |
| 7 铁基触媒催化金刚石合成机制的探讨 |
| 7.1 引言 |
| 7.2 触媒作用下金刚石的形核、生长模式 |
| 7.2.1 粉末触媒合成金刚石的形核与生长 |
| 7.2.2 金刚石金属包覆膜的作用 |
| 7.2.3 金刚石表面及周围元素的分布 |
| 7.2.4 金刚石金属包膜的物相构成及周围元素分布 |
| 7.3 金刚石金属包膜中碳化物的作用分析 |
| 7.4 对高温高压金刚石合成研究的局限性 |
| 7.5 本章小结 |
| 8 结论 |
| 参考文献 |
| 在学研究成果 |
| 致谢 |
| 作者简介 |
（3）人造金刚石用触媒材料的发展及催化机理（论文提纲范文）
| 1 前言 |
| 2 触媒材料的研究 |
| 2.1 触媒材料的发现 |
| 2.2 触媒材料的组成 |
| 2.3 我国触媒材料的研究情况 |
| 2.4 触媒材料的研究进展 |
| 3 触媒合成金刚石的催化机理 |
| 3.1 传统理论 |
| (1) 固相直接转化理论 |
| (2) 溶剂理论 A. A. Giardini和 J. E. Tydings 于1962 |
| (3) 溶剂一催化理论 H. M. Strong 于1963年提出。 |
| 3.2 我国学者的理论贡献 |
| (1) 原子对准成键学说 |
| (2) 熔媒学说 |
| (3) 动力学效应 |
| (4) 催化效应律 |
| 4 触媒材料的设计原则 |
| 5 触媒材料的发展方向 |
（4）粗颗粒高品级人造金刚石合成工艺研究及在地质工程中的应用（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 金刚石的结构 |
| 1.1.1 原子结构 |
| 1.1.2 晶体结构 |
| 1.1.3 晶体形态 |
| 1.2 金刚石的性能 |
| 1.2.1 硬度 |
| 1.2.2 抗压强度 |
| 1.2.3 抗拉强度 |
| 1.2.4 金刚石的冲击强度(TI、TTI值) |
| 1.3 人造金刚石的生产发展概况 |
| 1.4 本文研究的目的和内容 |
| 第二章 超高压合成技术及六面顶超高压设备 |
| 2.1 前言 |
| 2.2 超高压技术的研究 |
| 2.2.1 超高压技术的基本原理 |
| 2.2.2 实验 |
| 2.3 六面顶超高压设备 |
| 2.3.1 加压方式 |
| 2.3.2 高压设备的加温方式 |
| 2.3.3 控制系统 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 叶腊石合成材料的研究 |
| 3.1 前言 |
| 3.2 合成金刚石用叶腊石的研究 |
| 3.2.1 叶腊石的成分及组成 |
| 3.2.2 叶蜡石块成型制造工艺 |
| 3.2.3 叶腊石的焙烧 |
| 3.2.4 叶腊石的预处理研究 |
| 3.2.5 叶腊石对金刚石合成的影响 |
| 3.2.6 叶腊石对金刚石产品的影响 |
| 3.3 本章小结 |
| 第四章 合成金刚石用触媒材料的研究 |
| 4.1 前言 |
| 4.2 催化剂(触媒)促使石墨转变为金刚石的机理 |
| 4.3 触媒材料的选择原则 |
| 4.4 触媒材料对金刚石的影响 |
| 4.4.1 触媒对金刚石中杂质的影响 |
| 4.4.2 氧在触媒材料中对金刚石的影响 |
| 4.4.3 触媒材料对金刚石颜色的影响 |
| 4.4.4 触媒含量不同对金刚石产量的影响 |
| 4.4.5 触媒含量不同对金刚石质量的影响 |
| 4.4.6 触媒材料的粒度组成对金刚石的影响 |
| 4.5 触媒材料对金刚石合成温度和压力的影响 |
| 4.6 本章小结 |
| 第五章 合成金刚石用碳素材料(石墨)的研究 |
| 5.1 前言 |
| 5.2 石墨的结构 |
| 5.2.1 碳原子的sp~2杂化轨道与石墨结构的形成 |
| 5.2.2 石墨的两种晶体结构 |
| 5.3 石墨转变为金刚石的机理 |
| 5.4 碳素原料的选择 |
| 5.5 试验 |
| 5.5.1 实验条件和结果 |
| 5.5.2 分析和讨论 |
| 5.6 本章小结 |
| 第六章 FeNi-C粉末块合成金刚石工艺研究 |
| 6.1 前言 |
| 6.2 金刚石合成的理论基础 |
| 6.2.1 碳的相图 |
| 6.2.2 合成曲面理论和质量方程 |
| 6.3 粉末工艺合成棒的制作 |
| 6.3.1 原材料 |
| 6.3.2 合成棒制作工艺流程 |
| 6.3.3 压制密度对金刚石的影响 |
| 6.4 合成工艺参数的研究 |
| 6.4.1 压力参数 |
| 6.4.2 合成温度(合成电流) |
| 6.4.3 合成时间 |
| 6.5 压力和温度的匹配问题 |
| 6.6 本章小结 |
| 第七章 30~-#40~#高品级金刚石合成实验 |
| 7.1 前言 |
| 7.2 (?)39mm粉末合成腔体的设计 |
| 7.2.1 硬质合金顶锤的设计 |
| 7.2.2 叶腊石尺寸的设计 |
| 7.2.3 (?)39mm粉末合成腔体组装结构设计 |
| 7.2.4 分析与讨论 |
| 7.3 高品级30~#-40~#粗粒度金刚石合成工艺实验 |
| 7.3.1 粗粒度高品级金刚石的物理特性 |
| 7.3.2 工艺实验参数 |
| 7.3.3 实验结果 |
| 7.3.4 分析与讨论 |
| 7.4 本章小结 |
| 第八章 金刚石应用于地质工程和石材工业 |
| 8.1 前言 |
| 8.2 金刚石锯片在石材工业中的应用 |
| 8.2.1 试验条件 |
| 8.2.2 配方中各组元在刀头中的作用 |
| 8.2.3 烧结工艺及其技术处理手段 |
| 8.2.4 实验结果 |
| 8.3 人造金刚石钻头 |
| 8.3.1 人造金刚石钻头的规格 |
| 8.3.2 人造金刚石钻头的配方 |
| 8.3.3 粗颗粒高品质金刚石应用于金刚石钻头室内试验 |
| 8.3.4 粗颗粒高品质金刚石应用于金刚石钻头现场试验 |
| 8.4 分析与讨论 |
| 8.5 本章小结 |
| 第九章 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读学位期间主要的研究成果 |
| 致谢 |
（5）纯铁触媒体系合成宝石级金刚石单晶的研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| §1.1 金刚石简介 |
| §1.1.1 金刚石的晶体结构 |
| §1.1.2 金刚石的类别 |
| §1.1.3 金刚石的特性和应用 |
| §1.2 人造金刚石的合成历史以及最新研究状况 |
| §1.3 人造金刚石合成的方法与理论 |
| §1.3.1 金刚石合成方法 |
| §1.3.2 生长金刚石的溶剂理论 |
| §1.4 人造金刚石单晶合成的关键性技术-温度梯度法 |
| §1.4.1 碳元素在熔融合金溶剂中的输运 |
| §1.4.2 合适的温度梯度 |
| §1.4.3 合成腔体的稳定性 |
| §1.5 论文选题的意义及主要科研内容 |
| §1.5.1 论文选题的意义 |
| §1.5.2 课题研究内容 |
| 第二章 高压设备与其精密化控制 |
| §2.1 引言 |
| §2.2 实验所用高压设备简介 |
| §2.3 铰链式六面顶压机的压力与温度的操控系统 |
| §2.3.1 压力操控系统 |
| §2.3.2 温度操控系统 |
| §2.4 合成实验的压强和温度的标定 |
| §2.4.1 合成压强的测量 |
| §2.4.2 合成温度的测量 |
| 第三章 合成金刚石大单晶的实验组装 |
| §3.1 引言 |
| §3.2 腔体内传压和保温材料的选择 |
| §3.2.1 传压材料的选择 |
| §3.2.2 白云石做衬管 |
| §3.2.3 稳定的容器材料 |
| §3.3 石墨加热源的确定 |
| §3.3.1 压制的石墨纸管 |
| §3.3.2 压制的石墨纸管 |
| §3.3.3 两种石墨管腔体温度的比较 |
| §3.4 实验组装的确定 |
| §3.5 本章小结 |
| 第四章 纯铁触媒合成Ⅰb型金刚石 |
| §4.1 引言 |
| §4.2 实验过程 |
| §4.3 纯铁触媒合成Ⅰb型金刚石 |
| §4.3.1 晶体的光学图片 |
| §4.3.2 晶体的红外吸收光谱(FTIR)分析 |
| §4.3.3 晶体的拉曼光谱分析 |
| §4.3.4 晶体的光致发光光谱(PL)分析 |
| §4.4 本章小结 |
| 第五章 纯铁触媒合成Ⅱa型金刚石 |
| §5.1 引言 |
| §5.2 实验过程 |
| §5.3 纯铁触媒合成Ⅱa型金刚石 |
| §5.3.1 晶体的光学图片 |
| §5.3.2 晶体的红外吸收光谱分析 |
| §5.3.3 晶体的拉曼光谱分析 |
| §5.3.4 晶体的PL光谱分析 |
| §5.4 本章小结 |
| 第六章 结论与展望 |
| §6.1 结论 |
| §6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 硕士期间公开发表的论文 |
| 作者简历 |
| 致谢 |
（7）高温高压金刚石生长机理的价电子理论及热力学分析（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 本文主要创新点 |
| 符号说明 |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 人造金刚石合成技术的发展概况 |
| 1.2.1 高温高压法 |
| 1.2.2 低压法 |
| 1.2.3 其它合成方法 |
| 1.3 高温高压触媒法合成金刚石用触媒及合成机理的研究概况 |
| 1.3.1 触媒 |
| 1.3.2 合成机理 |
| 1.4 金属包膜及包膜/金刚石界面的研究现状 |
| 1.4.1 金属包膜和包膜/金刚石界面的形貌、成分和结构 |
| 1.4.2 金属包膜在金刚石合成过程中的作用 |
| 1.5 高温高压合成金刚石的热力学基础及研究概况 |
| 1.5.1 石墨→金刚石的P-T相图 |
| 1.5.2 金刚石结晶的“V”形区 |
| 1.5.3 石墨向金刚石转变的热力学动力 |
| 1.6 余氏理论和程氏理论及其应用 |
| 1.6.1 余氏理论 |
| 1.6.2 程氏理论 |
| 1.6.3 余氏理论和程氏理论的联系 |
| 1.6.4 余氏理论和程氏理论在金刚石研究中的应用 |
| 1.7 本文研究目的及主要研究内容 |
| 第2章 理论计算方法 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 价电子理论计算方法 |
| 2.2.1 键距差方法 |
| 2.2.2 键距差分析的几个问题 |
| 2.2.3 固溶体的价电子结构计算模型 |
| 2.2.4 异相界面电子结构计算 |
| 2.3 热力学理论计算方法 |
| 第3章 晶体的高温高压晶格常数计算 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 温度和压力对晶体价电子结构的影响 |
| 3.3 温度对晶体晶格常数的影响 |
| 3.3.1 晶体的晶格常数与温度之间关系的建立 |
| 3.3.2 计算示例 |
| 3.4 压力对晶体晶格常数的影响 |
| 3.4.1 晶体的晶格常数和压力之间关系的建立 |
| 3.4.2 计算示例 |
| 3.5 晶体的高温高压晶格常数计算 |
| 3.6 本章小结 |
| 第4章 立方金刚石和石墨的价电子结构分析 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 立方金刚石及其主要晶面的价电子结构 |
| 4.2.1 立方金刚石的晶体结构 |
| 4.2.2 立方金刚石的价电子结构 |
| 4.2.3 立方金刚石主要晶面的价电子结构 |
| 4.3 石墨及其主要晶面的价电子结构 |
| 4.3.1 石墨的晶体结构 |
| 4.3.2 石墨的价电子结构 |
| 4.3.3 石墨晶体中共价键的键能 |
| 4.3.4 石墨主要晶面的价电子结构 |
| 4.4 金刚石/石墨界面的相对电子密度差 |
| 4.5 分析与讨论 |
| 4.5.1 金刚石/石墨界面的电子密度连续性分析 |
| 4.5.2 石墨在触媒中的溶解 |
| 4.6 本章小结 |
| 第5章 Fe-Ni-C系金刚石生长机理的价电子理论分析 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 Fe_3C及其主要晶面的价电子结构 |
| 5.2.1 Fe_3C的晶体结构 |
| 5.2.2 Fe_3C的价电子结构 |
| 5.2.3 Fe_3C主要晶面的价电子结构 |
| 5.3 Fe_3C/金刚石界面的电子密度连续性分析 |
| 5.3.1 Fe_3C和金刚石主要含碳晶面的相对电子密度差 |
| 5.3.2 Fe_3C中C-C键组成晶面和金刚石相应晶面的相对电子密度差 |
| 5.3.3 Fe_3C/金刚石界面的电子密度连续性分析 |
| 5.4 γ-(Fe，Ni)及其主要晶面的价电子结构 |
| 5.4.1 γ-(Fe，Ni)的晶体结构 |
| 5.4.2 γ-(Fe，Ni)的价电子结构 |
| 5.4.3 γ-(Fe，Ni)主要晶面的价电子结构 |
| 5.5 γ-(Fe，Ni)/Fe_3C界面的电子密度连续性分析 |
| 5.6 讨论 |
| 5.6.1 前期实验结果 |
| 5.6.2 金刚石生长机理 |
| 5.6.3 对包裹体与金刚石晶体位向关系的解释 |
| 5.7 本章小结 |
| 第6章 多种金属触媒在金刚石合成过程中的作用分析 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 Me_3C/金刚石界面的电子密度连续性分析 |
| 6.2.1 Me_3C型碳化物的价电子结构 |
| 6.2.2 Me_3C/金刚石界面的相对电子密度差 |
| 6.2.3 结果分析及讨论 |
| 6.3 γ-Me固溶体/Me_3C界面的电子密度连续性分析 |
| 6.3.1 Me_3C主要晶面的电子密度 |
| 6.3.2 γ-Me/Me_3C界面的相对电子密度差 |
| 6.3.3 结果分析及讨论 |
| 6.4 本章小结 |
| 第7章 高温高压金刚石晶体生长的热力学分析 |
| 7.1 引言 |
| 7.2 石墨(?)功金刚石的热力学分析 |
| 7.2.1 石墨(?)金刚石相变自由能计算 |
| 7.2.2 结果分析 |
| 7.3 Fe_3C(?)C(金刚石)+3γ-Fe的热力学分析 |
| 7.3.1 Fe_3C(?)C(金刚石)+3γ-Fe反应自由能计算 |
| 7.3.2 结果分析 |
| 7.4 C(石墨)+γ-Fe(?)Fe_3C的热力学分析 |
| 7.4.1 C(石墨)+γ-Fe(?)Fe_3C反应自由能计算 |
| 7.4.2 结果分析 |
| 7.5 讨论 |
| 7.6 本章小结 |
| 第8章 结论与展望 |
| 8.1 结论 |
| 8.2 展望 |
| 附录 原子状态杂化表 |
| 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 |
| 攻读博士学位期间专利申请情况 |
| ENGLISH DISSERTATION |
| 学位论文评阅及答辩情况表 |
（9）大腔体粉末触媒合成金刚石工艺研究及其在地质工程中的应用（论文提纲范文）
| 第一章 绪论 |
| 1.1 人造金刚石的发展过程 |
| 1.1.1 国外金刚石的发展 |
| 1.1.2 国内金刚石的发展 |
| 1.1.3 我国金刚石制品的发展 |
| 1.1.4 国内合成金刚石技术发展现状 |
| 1.2 研究目的和内容 |
| 1.2.1 研究内容 |
| 1.2.2 研究目的 |
| 1.2.3 技术关键 |
| 第二章 触媒材料的研究 |
| 2.1 概述 |
| 2.2 触媒材料的选择原则 |
| 2.2.1 人造金刚石中的杂质 |
| 2.2.2 粉末触媒 |
| 2.2.3 触媒材料选择原则的讨论 |
| 2.3 不同形式的触媒对合成金刚石的影响 |
| 2.3.1 认识的演变过程 |
| 2.3.2 现阶段三种常用触媒的使用情况 |
| 2.3.2.1 Ni_(70)Mn_(25)Co_5片状触媒 |
| 2.3.2.2 Ni_(70)Mn_(25)Co_5粗粉状触媒 |
| 2.3.2.3 Fe_(70)Ni_(30)粉状触媒 |
| 2.3.3 粉末触媒与片状触媒对比 |
| 2.3.4 金刚石合成过程中触媒材料的作用机制 |
| 2.4 新触媒材料的制备 |
| 2.4.1 触媒材料成分的选择 |
| 2.4.2 新触媒材料的制造工艺流程 |
| 2.4.3 合成实验 |
| 2.4.4 分析讨论 |
| 2.5 碳素材料在合成金刚石中的作用 |
| 2.6 触媒材料对合成金刚石颜色的影响 |
| 2.7 本章小结 |
| 第三章 高压设备和反应腔体大型化的研究 |
| 3.1 概述 |
| 3.2 大型化的目的与意义 |
| 3.3 高压合成设备大型化 |
| 3.3.1 设备的规范化与系列化 |
| 3.3.2 设备的设计与使用 |
| 3.3.3 Y-500型压机设计 |
| 3.4 超高压技术的基本原理 |
| 3.5 反应腔体的设计 |
| 3.5.1 高压腔体的设计 |
| 3.5.2 临界体积 |
| 3.5.3 高压腔体的尺寸 |
| 3.6 控制系统 |
| 3.7 结果与讨论 |
| 3.8 本章小结 |
| 第四章 Φ40mm反应腔体的合成实验 |
| 4.1 概述 |
| 4.2 Φ40mm合成腔体的设计 |
| 4.3 Φ40mm腔体合成RVG金刚石的工艺研究 |
| 4.3.1 RVG金刚石的物理特性 |
| 4.3.2 RVG金刚石的合成工艺特点 |
| 4.3.3 RVG金刚石生长的理论基础 |
| 4.3.4 合成实验研究 |
| 4.3.5 Φ40mm腔体合成RVG金刚石的应用及前景 |
| 4.4 Φ40mm腔体合成粗颗粒高质量金刚石的工艺研究 |
| 4.4.1 原材料 |
| 4.4.2 组装结构 |
| 4.4.3 合成实验 |
| 4.4.4 试验结果 |
| 4.4.5 分析与讨论 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 大腔体粉末触媒合成金刚石应用的研究 |
| 5.1 概述 |
| 5.2 金刚石锯片在石材工业中的应用 |
| 5.2.1 试验条件 |
| 5.2.2 烧结工艺及技术处理手段 |
| 5.2.3 生产应用及前景 |
| 5.3 人造金刚石钻头 |
| 5.3.1 人造金刚石钻头的规格 |
| 5.3.2 人造金刚石钻头的配方 |
| 5.3.3 试验结果 |
| 5.4 分析与讨论 |
| 5.4.1 锯片刀头的分析与讨论 |
| 5.4.2 金刚石钻头的分析与讨论 |
| 5.5 本章结论 |
| 第六章 全文总结 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间发表的论文 |
| 致谢 |
（10）中国高温高压合成钻石的电学与磁学性质研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 1 引言 |
| 1.1 选题背景与研究意义 |
| 1.2 合成钻石的发展及现状 |
| 1.2.1 HPHT合成钻石的发展历史 |
| 1.2.2 钻石-石墨相图的发展 |
| 1.2.3 合成钻石的方法 |
| 1.2.4 HPHT合成钻石的主要生产商概况 |
| 1.3 工作量统计 |
| 2 高温高压合成钻石的生长 |
| 2.1 钻石的晶体结构 |
| 2.2 HPHT合成钻石的生长机理 |
| 2.2.1 溶剂学说 |
| 2.2.2 溶剂-触媒学说 |
| 2.2.3 固相转化学说 |
| 2.3 高温高压合成钻石的生长设备与技术发展 |
| 2.3.1 HPHT合成钻石的生长装置 |
| 2.3.2 反应舱结构 |
| 2.3.3 HPHT合成钻石生长原料 |
| 3 高温高压合成钻石的宝石学特征 |
| 3.1 实验样品 |
| 3.2 HPHT合成钻石的表面形貌 |
| 3.3 HPHT合成钻石的异常消光 |
| 3.4 HPHT合成钻石的发光特征 |
| 3.5 钻石的晶格缺陷 |
| 3.6 HPHT合成钻石的谱学特征 |
| 3.6.1 HPHT合成钻石的红外光谱 |
| 3.6.2 HPHT合成钻石的拉曼光谱 |
| 3.6.3 HPHT合成钻石的激光拉曼光致发光光谱 |
| 4 高温高压合成钻石的电学性质 |
| 4.1 钻石半导体材料的研究现状 |
| 4.1.1 钻石材料的P-型掺杂 |
| 4.1.2 钻石材料的N-型掺杂 |
| 4.1.3 钻石材料的元素共掺杂 |
| 4.2 含硼钻石的谱学特征 |
| 4.2.1 拉曼光谱 |
| 4.2.2 红外光谱 |
| 4.3 高温高压合成钻石的导电性和杂质元素的关系 |
| 4.3.1 无色HPHT合成钻石 |
| 4.3.2 黄色HPHT合成钻石 |
| 4.4 高温高压合成钻石的电学性质及其和硼元素分布的关联 |
| 4.4.1 HPHT合成钻石中硼杂质元素分布特征 |
| 4.4.2 霍尔效应测试 |
| 4.5 HPHT、CVD合成钻石和天然钻石的导电性比较 |
| 4.6 小结 |
| 5 高温高压合成钻石的磁学性质 |
| 5.1 钻石磁性性质的研究现状 |
| 5.2 钻石的磁性来源 |
| 5.2.1 HPHT合成钻石中的包裹体 |
| 5.2.2 包裹体化学成分分析 |
| 5.3 手持磁铁测试 |
| 5.4 磁学参数定量测试 |
| 5.4.1 实验原理 |
| 5.4.2 实验结果分析 |
| 5.5 小结 |
| 6 结论 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 附录 |
四、合成金刚石用触媒合金研制工作简介（论文参考文献）
- [1]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)
- [2]铁基粉末触媒合成金刚石作用机理的研究[D]. 赵文东. 北京有色金属研究总院, 2010(10)
- [3]人造金刚石用触媒材料的发展及催化机理[J]. 赵文东,徐骏,宋月清. 超硬材料工程, 2008(05)
- [4]粗颗粒高品级人造金刚石合成工艺研究及在地质工程中的应用[D]. 李启泉. 中南大学, 2008(12)
- [5]纯铁触媒体系合成宝石级金刚石单晶的研究[D]. 王战轲. 吉林大学, 2020(08)
- [6]金刚石合成用触媒材料的发展现状与前景[J]. 张建安. 矿冶工程, 1993(02)
- [7]高温高压金刚石生长机理的价电子理论及热力学分析[D]. 李丽. 山东大学, 2008(01)
- [8]人造金刚石用触媒材料回顾与展望[J]. 谭新才,张沪,彭大暑. 矿冶工程, 1995(03)
- [9]大腔体粉末触媒合成金刚石工艺研究及其在地质工程中的应用[D]. 李飞跃. 中南大学, 2004(11)
- [10]中国高温高压合成钻石的电学与磁学性质研究[D]. 杨池玉. 中国地质大学(北京), 2020(11)