含硼金刚石结构及应用研究讲诉

含硼金刚石构造及其应用争论各国都很重视进展并广泛使用.人造金刚石合成的含硼金刚石聚晶具有超导特性，这进一步引起了人们对含硼金刚石的广泛关注。但自然的含硼金刚石仅占自然金刚石总量的1～2％12”，远远不能满足工业需求。因此，如何用人工方法合成出高质量的含硼金刚石成为生产者和使用者追赶的目标。〔一〕含硼金刚石的性能耐热性好、化学惰性好、抗压性能佳和半导体性能优异等特点。高、介电常数低、导热性能好的特点，特别适合制造高性能的电量一般很低，但对改善和提高金刚石晶体性能的影响是显著的。主要在以下几个方面：①颜色在显微镜下观看，金刚石由于硼含量浓度的不同，分别材料，其它颜色晶体常用作磨料与工具材料。②耐热性含硼金刚石的外表起始氧化温度比一般金刚石的高150℃～250硼原子含量的变化，会使外表起始氧化温度有所不同。黑色含硼金刚石具有良好的冲击韧性，车刀在载荷断续切削共晶硅铝合金、粉末钛合金、玻璃钢等材料时很少崩刃。④耐磨性含硼金刚石晶体的耐磨性和研磨力量好，特别适用于山东火钢材。在切削过程中与铁的粘连现象比一般金刚石刀具小，不粘刀，不形成切削瘤，工件的加工质量显著提高。⑥半导体性能金刚石晶体中掺入硼、氮或磷元素之后，可由绝穴载流子，金刚石成为空穴半导体，这种掺杂称为P型掺杂。硼在金刚石中的杂质能级位于价带顶上方0．37eV处，是浅受主杂质。随硼含量的增加，金刚石的电导率增加。〔二〕目前含硼金刚石单晶大多承受掺硼石墨或掺硼触媒在铰链方法有：粉末冶金法和触媒片渗硼法。墨为碳源，沿轴向交替分层装入叶腊石后在高压容器内合成；

作碳源，NiMn

CoFeNi

Co4

25

55 2l l触媒，装入合成腔内合成，得到含硼量大于1wt％的高含硼黑色T641对Ni

MnCo

触媒合金进展固体掺硼，与石墨片间隔横片式组装，70 25 5含硼的石墨层间化合物GICs抗氧化温度和导电性明显提高。半导体性质的金刚石显得更重要。〔三〕含硼金刚石的晶体构造分析X射线衍射仪(XRD)、电子探针(EPMA)、拉曼光谱仪(Raman)、红外光谱仪(InfraredRay)和透射电子显微镜(TEM)对Di．B2型金刚石的晶体构造，内部杂质和微观构造进展了分析。结论如下：XRD试验说明，Di．B2型金刚石的(111)面的衍射强度与(111)xXRD20～100。范围内存在三条锋利的衍射峰，其位置分别28=44．2(d=2．05nm)，20=75．4。(d=1．25nm)，20=91．4。(d=107nm4.1(b4．1(C)Di—BlDi．B2金刚石的X取向发生了变化：Di—B．型金刚石的(111)面衍射峰强度增加，(220Di-B2只观看到(111Di—Bl刚石。比照立方金刚石的标准x射线衍射卡(见图4．2)，可以确定，三种金刚石都为立方构造，且结晶程度较好。EPMA分析说明，金刚石外表硼元素的浓度随着触媒中硼含量的增加而增加。同一金刚石颗粒的(100)晶面与(111)晶面(111)Raman光谱的试验结果证明，三种金刚石都具有高结晶Raman峰(1332．5。)格外接近，说明缺陷浓度很低。Di．Bl和Di—B2移，半峰宽也渐渐宽化。(2842cm‘1)，说明11b型金刚石。随着硼原子浓度的增加，在B．OB．CH3键的吸取峰，说明大幅度降低。利用透射电子显微镜观看到的硼化物有面心立方的Fe23(C，B)6Fe3(C，B)，正交构造的(Fe，Yi)B，四方构造却而来不及析出，保存在金刚石晶体内。四运用与结论1．将硼铁粉掺入粉末冶金铁基金刚石催化剂中，制得片状铁基含硼石单晶。2．含硼金刚石单晶随触媒中硼含量的凹凸而呈灰黑色或不透亮的黑色在同一含硼金刚石单晶颗粒的不同晶面上，硼含量不同。3．金刚石形貌测试系统与XRD原子促进了金刚石(111)晶面的生长速率所致。4．利用扫描电镜和原子力显微镜对含硼金刚石外表进展观看，觉察石的(111)面上平行的台阶和螺旋型台阶证明，台阶生长是金刚石生长的重要方式。金刚石(100)面还存在大量金刚石颗粒集团，尺寸为100一300nm，其外表粗糙度较高(约20nm)。含硼金刚石的Raman外光谱证明，合成的含硼金刚石中存在IIb型金刚石特征吸取峰(2842cm。)。硼原子浓度较高时，除与碳原子成键外还形成了B—O键和B．CH3键。同时，当硼原子浓度较高时，与氮原子有关的吸取峰强度大幅度降低。利用透射电子显微镜观看到含硼金刚石中存在面一Ii,立方Fe23(C，B)6，多晶Fe3(c，B)，正交构造的(Fe，Ni)B，四方构造的Fe2B，正交构造的Ni3B和六方构造的B4c等多种硼化物。这些硼化物是高温高压条件下合金中的硼元素从熔融的合金淬火过程中保存在金刚石晶体内。MBD8级。触媒中少量的硼掺杂使金刚石的静压强度及冲击韧性(包括一般冲击韧性和热冲击韧性)均较常规金刚石单晶有所提高。8．差热分析的试验结果说明，含硼金刚石的抗氧化性优于一般金刚石。金刚石的高温氧化反响由于硼原子的掺入而受到抑止，起始氧化温度可以由761．7℃提高到951．6℃。金刚石中存在硼的抗氧化性降低。9．用自制的电阻．温度测量系统测量了含硼金刚石的电阻一温绝缘体。当硼原子浓度较高时，金刚石的电阻明显降低，并且电征。室温～570K范围内，含硼金刚石存在两种导电机制：低温时(室温～350K)，位于浅受主能级上的硼原子的空穴跃迁到价带，O368ev(350K～570K)，深受主能级中的杂质受到激发，产生较高的电离能(约0．602ev)，电导增大速度加快。试验证明，含硼金刚石在773K以上进入本征电离区，此时的电离能为3．97ev。因此。其最高工作温度可达773K，适合制作高温半导体器件。l0．熔媒法合成金刚石的外表总是包覆着一层几十微米的金属包膜，它与金刚石的生长亲热相关。透射电镜(TEM)对含硼金刚石外表的 金属薄膜进展检测证明薄膜内层中最主要的高碳相是Fe3(C，B)，没有觉察石墨、金刚石和无定形碳构造。因此，Fe3(C，B)应是金刚石合成的过渡相。依据价电子构造的计算结果和热力学学问分析认为金刚石的形核方式是以位于薄膜内层的铁碳化合物为基底的非均匀形核。11．用场放射扫描电镜(FESEM)观测到金属薄膜外表存在片层状生长的棱锥状晶体和规章的锯齿状台阶分析认为金刚石形核覆膜中可以析出类金刚石构造单元，积存在金刚石外表。金刚石晶核以片层或台阶方式生长。第8章结论和金刚石构造中几何尺寸相像的进展了计算。以程氏理论为判据，得到Fe3C／金刚石与Fe3(C，B)／金刚石界面上保持电子密度连续的原子状态组数分别为2