CN 41-1243/TG ISSN 1006-852X

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Fe-B-C体系金刚石单晶的高温高压制备与表征

徐洋 张壮飞 黄国峰

徐洋, 张壮飞, 黄国峰. Fe-B-C体系金刚石单晶的高温高压制备与表征[J]. 金刚石与磨料磨具工程, 2021, 41(5): 21-25. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2021.5.0004
引用本文: 徐洋, 张壮飞, 黄国峰. Fe-B-C体系金刚石单晶的高温高压制备与表征[J]. 金刚石与磨料磨具工程, 2021, 41(5): 21-25. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2021.5.0004
XU Yang, ZHANG Zhuangfei, HUANG Guofeng. Preparation and characterization of diamond single crystals in Fe-B-C system under high pressure and high temperature[J]. Diamond & Abrasives Engineering, 2021, 41(5): 21-25. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2021.5.0004
Citation: XU Yang, ZHANG Zhuangfei, HUANG Guofeng. Preparation and characterization of diamond single crystals in Fe-B-C system under high pressure and high temperature[J]. Diamond & Abrasives Engineering, 2021, 41(5): 21-25. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2021.5.0004

Fe-B-C体系金刚石单晶的高温高压制备与表征

doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2021.5.0004
基金项目: 

内蒙古自治区高压相功能材料重点实验室项目(cfxygy202002)。

国家自然科学基金(11704340

11804305)

河南省科技攻关项目(202102210198)

详细信息
    作者简介:

    徐洋,男,1985年生,讲师。主要研究方向:金刚石、氮化硼复合功能材料。E-mail: 0475xuyang@163.com

    通讯作者:

    张壮飞,男,1985年生,副教授、硕士生导师。主要研究方向:金刚石单晶的高温高压合成与性能,超硬复合陶瓷材料的设计与制备,热传导材料的制备与性能,超高压实验技术。E-mail: zhangzf@zzu.edu.cn

  • 中图分类号: TQ164

Preparation and characterization of diamond single crystals in Fe-B-C system under high pressure and high temperature

  • 摘要: 在国产六面顶高温高压设备上,利用低价纯铁粉末为触媒开展含硼金刚石的制备研究。研究发现:无定型硼的掺入会导致金刚石合成条件(温度和压力)不断提高;晶体颜色由浅黄色逐渐变为黑色,晶体主要以八面体为主。利用扫描电镜(SEM)分析含硼金刚石的微观形貌,发现:硼添加后金刚石{111}晶面上存在微米尺寸的圆形凹坑。通过Raman光谱研究发现:随着硼掺入量的增加,金刚石特征峰发生蓝移,其半峰宽变大、晶体质量下降。通过红外光谱可以发现较强的Ⅱb型金刚石存在2 800 cm-1处的 B-C键特征峰。在纯铁触媒体系中,硼的质量分数在0.2%~0.8%时,均能合成出优质含硼金刚石。

     

  • 图  1  高压合成原理示意图

    Figure  1.  Schematic diagram of high pressure synthesis principle

    图  2  金刚石合成组装示意图

    Figure  2.  Sample assembly for diamond synthesis

    图  3  最低合成压力和温度与硼质量分数的关系

    Figure  3.  Relationship between minimum synthetic pressure and temperature with boron content

    图  4  硼质量分数为1.0% 时的样品的X射线衍射图

    Figure  4.  X-Ray diffraction patterns for the synthesized sample with added 1.0% boron

    图  5  0 b 0.2% c 0.8% d 1.0%图5 不同硼添加量合成金刚石光学照片Fig.5Opticalphotographofsyntheticdiamondwithdifferentboronadditives

    图  6  0 b 0.8%图6 不同硼添加量合成金刚石的拉曼图谱和半高宽Fig.6Ramanspectraandfullwidthathalfmaximaofsyntheticdiamondwithdifferentboronadditives

    图  7  0 b 0.8%图7 不同硼的添加量合成金刚石红外光谱Fig.7FTIRspectraofsyntheticdiamondwithdifferentboronadditives

    图  8  0 b 0.5% c 0.8% d 1.0%图8 不同硼添加量合成金刚石电镜照片Fig.8SEMmicroscopyofsyntheticdiamondwithdifferentboronadditives

    图  9  100 b 111 图9 金刚石不同晶面上硼原子替位式取代碳原子示意图Fig.9Schematicdiagramofthesubstitutionofboronatomforcarbonatomondiamondcrystalplane

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出版历程
  • 修回日期:  2021-04-21
  • 刊出日期:  2021-10-28

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