氮杂质对人造金刚石性质的影响

论文摘要

本文研究了在人工合成金刚石过程中通过不同途径增加金刚石晶体中氮的含量,以改变金刚石强度的情况。为了研究氮杂质对金刚石性质的影响、合成出强度较高的金刚石,我们采用触媒渗氮方法在原材料触媒中加入原子形式的氮和特殊方法在原材料触媒中加入分子形式的氮,用电子自旋共振方法和脉冲加热气象摄谱法进行测试分析。在合成方法确定的情况下,原材料触媒中加入原子形式的氮——我们选用的是纯度为99.99%钴片和镍锰钴两种触媒,采用氨气分解硬氮化工艺渗氮,将触媒渗氮后的原材料区分为未酸洗以及酸洗时间不同等几种情况分别进行合成,画出了各种情况下氮杂质的ESR谱线,并测出顺磁氮杂质含量和总氮含量。得到金刚石的抗压强度与顺磁氮杂质含量关系曲线。原材料触媒中加入分子形式的氮——我们选用的是经特殊方法处理的钴片,画出了2种情况下氮杂质的ESR谱线,测出两种合成方法金刚石中顺磁氮杂质含量和金刚石中总氮含量,对各种测试结果分析。通过分析得出:原材料中加入原子形式的氮合成出的金刚石中顺磁氮杂质有明显增加。对比金刚石中顺磁氮含量和金刚石的抗压强度及金刚石的颜色可以看到顺磁氮含量越高金刚石的抗压强度越低。用向合成材料中加分子形式的氮,合成出的金刚石氮杂质亦有所增加,顺磁含氮量占总氮比例下降,金刚石的抗压强度有一定的提高。

论文目录

• 提要
• 第一章 前言
• 1.1 金刚石的结构、性质及应用
• 1.2 人造金刚石合成的历史、方法和机理
• 1.2.1 人造金刚石合成的历史
• 1.2.2 人造金刚石合成的方法
• 1.2.3 人造金刚石合成的机理
• 1.3 天然或人造金刚石中的杂质
• 1.3.1 天然金刚石中的杂质
• 1.3.2 人造金刚石中的杂质
• 1.4 氮在金刚石中存在的形式及金刚石的分类
• 1.4.1 氮在金刚石中存在的形式
• 1.4.2 金刚石的分类
• 1.5 本工作的出发点和工作内容
• 第二章 金刚石合成用高温高压设备简介
• 2.1 金刚石合成用高温高压设备简介
• 2.2 铰链式六面顶高温高压装置
• 2.2.1 铰链式六面顶压机的机械构造和控制系统
• 第三章 在原材料中加入原子形式的氮合成金刚石
• 3.1 用触媒渗氮方法合成金刚石
• 3.1.1 用镍锰钴渗氮触媒（酸洗） 合成金刚石
• 3.1.2 用纯钴渗氮触媒（酸洗4 分钟）合成金刚石
• 3.1.3 用纯钴渗氮触媒（酸洗2 分钟）合成金刚石
• 3.1.4 用纯钴渗氮触媒（未酸洗）合成金刚石
• 3.2 合成组件中加少量氮化物合成金刚石
• 3.3 用 ESR 谱和摄谱法测试分析
• 3.3.1 纯钴触媒和导电棒均渗氮（酸洗2 分钟）情况
• 3.3.2 纯钴触媒渗氮而导电棒不渗氮（酸洗2 分钟）情况
• 3.3.3 纯钴触媒渗氮而导电棒不渗氮（酸洗4 分钟）情况
• 3.3.4 纯钴触媒和导电棒均不渗氮情况
• 本章小结
• 第四章 在原材料中加入分子形式的氮合成金刚石
• 4.1 用分子形式氮处理合成金刚石
• 4.2 用 ESR 谱和摄谱法测试分析
• 4.2.1 用分子形式氮处理情况
• 4.2.2 不用分子形式氮处理情况
• 本章小结
• 结论
• 展望
• 参考文献
• 致谢
• 摘要
• 英文摘要