柱状工业金刚石的高温高压合成与表征

论文摘要

柱状金刚石晶体由于形状特殊,所以在作为工具的实际使用过程中可以抑制“晶体脱粒”现象,减少金刚石晶体的无谓消耗;因此在本文中我们首先合成出来柱状晶体,并对其生长特性进行了研究。本文首先使用Fe基触媒(Fe70Ni30,Fe80Ni20,Fe90Ni10)和Ni基触媒(Ni70Mn25Co5)添加我们实验室自行研发的触媒A进行实验,首次批量化合成出来与传统金刚石晶体形状不同的柱状晶体,发现温度不同,合成的晶体里柱晶的转化率,柱晶长径比,晶体颜色的深浅度也不同。其次研究了主触媒M,添加剂A,石墨粉G三种原材料由于混料方式不同,合成出来的柱状金刚石晶体也有所不同。再次研究了由于生长时间的不同,A添加量的不同,主触媒粒度的不同对合成出来柱晶长径比的影响,与此同时研究了A添加量的不同对柱晶转化率的影响。最后借助于扫描电子显微镜（SEM）对柱晶的表面形貌进行了研究。

论文目录

• 提要
• 第一章 绪论
• 1.1 金刚石的结构、分类、性质和用途
• 1.1.1 金刚石的结构
• 1.1.2 金刚石的分类
• 1.1.3 金刚石的性质和用途
• Ⅰ、金刚石的力学和热学性质[27-36]
• Ⅱ、化学性质[30-37]
• Ⅲ、光学及电学性质[29-37]
• 1.2 人造金刚石合成的历史及主要方法
• 1.2.1 人造金刚石合成的历史
• 1.2.2 人造金刚石的合成方法
• 1.3 工业金刚石的合成
• 1.3.1 高温高压下合成金刚石的膜生长法
• 1.3.2 金刚石生长的"V"字形区域
• 1.3.3 金刚石成核的控制
• 1.3.4 金刚石中包裹体的控制
• 1.4 触媒的研究现状
• 1.5 粉末触媒合成金刚石的现状及金刚石的掺杂
• 1.6 选题意义和研究内容
• 1.6.1 选题意义
• 1.6.2 研究内容
• 第二章 高温高压设备的精密化控制及传压介质
• 2.1 高压设备简介
• 2.2 铰链式六面顶高温高压装置
• 2.3 压力控制系统
• 2.4 温度控制系统
• 2.5 压力和温度的定标
• 2.5.1 压力定标
• 2.5.2 温度定标
• 2.6 人工合成发刚石的传压介质
• 第三章 金刚石合成的溶剂理论
• 3.1 引言
• 3.2 高温高压下金刚石合成的溶剂理论
• 3.2.1 纯碳素体系—石墨金刚石的相平衡
• 3.2.2 溶剂—碳素体系中的石墨和金刚石的相平衡
• 3.2.3 石墨—金刚石转变的驱动力
• 第四章 粉末触媒合成工业金刚石的基本技术
• 4.1 引言
• 4.2 粉末触媒和石墨的制备及特点
• 4.2.1 粉末触媒的制备
• 4.2.2 石墨粉的制备
• 4.2.3 粉末触媒和石墨的特点
• 4.3 粉末触媒合成工业金刚石的基本特征
• 4.3.1 熔聚现象
• 4.3.2 熔聚现象的间接实验证据
• 4.4 组装工艺的改进
• 4.4.1 原材料的混合与成型
• 4.4.2 直热式组装的特点
• 4.4.3 荒地现象
• 4.4.4 稳定的腔体组装—旁热式
• 4.5 粉末触媒合成工业金刚石工艺参数的调整原则
• 4.5.1 直接到温到压工艺
• 4.5.2 二阶段升压工艺
• 第五章 柱状工业金刚石晶体的高温高压合成
• 5.1 引言
• 5.2 生长异形晶体的设计构想
• 5.3 金刚石的生长特点
• 5.3.1 实验过程
• 70Ni₃₀+A+C系合成晶体的特点'>5.3.2 Fe₇₀Ni₃₀+A+C系合成晶体的特点
• 80Ni₂₀+A+C系合成晶体的特点'>5.3.3 Fe₈₀Ni₂₀+A+C系合成晶体的特点
• 90Ni₁₀+A+C系合成晶体的特点'>5.3.4 Fe₉₀Ni₁₀+A+C系合成晶体的特点
• 70Mn₂₅Co₅+A+C合成晶体的特点'>5.3.5 Ni₇₀Mn₂₅Co₅+A+C合成晶体的特点
• 5.3.6 小结
• 5.4 不同金属触媒+A+C体系晶体生长特性的比较
• 5.5 生长工艺对合成柱晶的影响
• 5.6 偏析模型的验证
• 5.7 本章小结
• 第六章 不同的混料方式对合成晶体的影响
• 6.1 引言
• 6.2 混料设备
• 6.2.1 粉体混合机理
• 6.2.2 混料设备的类型
• 6.3 混合质量的判断
• 6.3.1 混合质量的检测方法
• 6.3.2 混合均匀度的评价理论
• 6.4 影响混匀度的因素
• 6.4.1 影响颗粒混合的物料特性
• 6.4.2 影响混匀度的工艺因素
• 6.5 合成晶体的特点
• 6.5.1 实验过程
• 6.5.2 合成晶体的特点
• 6.6 本章小结
• 第七章 影响柱晶长径比以及转化率的因素
• 7.1 引言
• 7.2 生长时间对L/D的影响
• 7.2.1 实验过程
• 7.2.2 晶体特点
• 7.3 A的添加量对合成柱晶的影响
• 7.3.1 实验过程
• 7.3.2 金刚石的生长特点
• 7.4 主触媒粒度对L/D的影响
• 7.4.1 实验过程
• 7.4.2 晶体特点
• 7.5 偏析模型对实验现象的解释
• 7.6 本章小结
• 第八章 柱状工业金刚石的表征
• 8.1 引言
• 8.2 晶体的整体形态与表面测试
• 70Ni₃₀+A+C系合成金刚石的表面形态'>8.3 Fe₇₀Ni₃₀+A+C系合成金刚石的表面形态
• 80Ni₂₀+A+C系合成金刚石的表面形态'>8.4 Fe₈₀Ni₂₀+A+C系合成金刚石的表面形态
• 90Ni₁₀+A+C系合成金刚石的表面形态'>8.5 Fe₉₀Ni₁₀+A+C系合成金刚石的表面形态
• 70Mn₂₅Co₅+A+C系合成金刚石的表面形态'>8.6 Ni₇₀Mn₂₅Co₅+A+C系合成金刚石的表面形态
• 8.7 小结
• 第九章 结论与展望
• 9.1 结论
• 9.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读博士期间发表论文情况
• 摘要
• Abstract