金刚石的人工合成.doc

金刚石的人工合成摘要:简要介绍了常见的人工合成金刚石技术,以及合成过程中的一些影响因素。关键词:金刚石人工合成合成工艺影响因素前言金刚石是一种稀有、贵重的非金属矿产,在国民经济中具有重要的作用。为满足工业上的需求和缓解金刚石日益匮乏的现状,人类已经在合成金刚石方面作了许多的探索,并取得了许多有实用价值的阶段性成果。金刚石中宝石级金刚石因其折射率大,在光下有火彩现象而用来制作精美的首饰。人造金刚石具有诸多优异特性,已被广泛地应用于工业、科技、国防、医疗卫生等很多领域。例如:利用金刚石硬度大制作精细研磨材料、高硬切割工具、各类钻头、拉丝模,还被作为很多精密仪器的部件;由于导热率高、电绝缘性好,可作为半导体装置的散热板。因此,人造金刚石被誉为“21世纪的战略性材料”。因此对于人造金刚石的合成的研究具有非常重要的意义[1].金刚石的人工合成工艺金刚石、石墨及无定型碳都是由纯碳元素组成,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。从理论上讲,各种形式的碳均可以转化为金刚石,但研究表明,不同的碳素材料对生长金刚石的数量、质量和颗粒大小均有相当大的影响,石墨转化为金刚石的自由能较低,因此石墨是合成钻石的最主要原料之一。目前,人类已掌握了多种合成钻石方法。人造金刚石的合成技术形成了静态高温高压法、动态超高压高温合成法、低压气相沉积法等[2]。一般石墨在10GPa、3000℃左右可以转变成金刚石,如果加有金属触媒则所需要的条件将大为降低,℃的条件下就能发生转化。常用的方法为合成条件较低的添加触媒催化的高温高压合成,即静态高温高压法。这种方法中有生长磨料级金同q石(粒径小于1B)的膜生长法和合成宝石级金刚石(粒径大于lmm)的温度梯度法。膜生长法(FGM)金刚石膜生长法就是指在有金属触媒的参与下,石墨通过高温高压的作用透过金属膜沉积在金刚石核上使之长大[3]。其生长机理是由于在一定温度下石墨和金刚石所对应的溶解度不同,溶解度大的石墨相将持续溶解,溶解度小的金刚石相将析出。触媒溶剂中由于溶解了超过金刚石溶解度的碳素,。温度梯度法(TGM)为了生长大尺寸的金刚石,1971年美国GE公司发明了商压下的温度梯度法合成宝石级金刚石[4]。在我国,围绕这种技术也进行了一系列的研[5-8]。究其原理是在高温高压条件下,高温处碳源石墨转化为金刚石并溶于媒中,在一定温度梯度驱动下扩散至低温处的晶种上开始生长。国内用温度梯度法合成金刚石时高压高温设备采用SDP6X1200型六面顶压机,温度梯度法生长宝石级金刚石单晶的典型组装示意图如图1。碳源为人造高纯石墨,置于腔体高温端;-八面体单晶,机械镶嵌在晶床上,籽晶{100}面或者{111}用作晶体生长面;高纯NiMnCo合金触媒(70:25:5W%t)置于碳源和籽晶之间。合成条件:,温度1200~1300e,。除了合成温度条件有差异外,所有宝石级金刚石单晶的合成环境均保持一致[9]。温度梯度法组装示意图Jyhdgvuyabsdasdijasbdjbasdjhaskdsahubadhba