您好 歡迎來到中國超硬材料網  | 免費注冊
遠發信息:磨料磨具行業的一站式媒體平臺磨料磨具行業的一站式媒體平臺
手機資訊手機資訊
官方微信官方微信
鄭州華晶金剛石股份有限公司

最新!高質量金剛石合成取得重要進展

關鍵詞 金剛石 , 高質量 , 合成 , 梯度冷卻|2020-06-12 10:34:30|來源 中國超硬材料網
摘要 高壓高溫合成得到的單晶金剛石可用作化學氣相沉積金剛石的襯底,也是制作光學元件和下一代電子器件的很有前途的材料。高純金剛石還被應用于量子計算、量子網絡和高精度的電磁傳感器。金剛石合成...

       高壓高溫合成得到的單晶金剛石可用作化學氣相沉積金剛石的襯底,也是制作光學元件和下一代電子器件的很有前途的材料。高純金剛石還被應用于量子計算、量子網絡和高精度的電磁傳感器。金剛石合成方法已經取得了很大進展,但高質量單晶金剛石的合成仍然是一個挑戰。
       金剛石晶格中的晶體缺陷會導致電流泄漏和較低的擊穿電壓,并可能影響光傳播和氮空位中心的應用。迄今為止,即使是通過高溫高壓或化學氣相沉積法合成的最純凈的IIa型金剛石,其晶格中也含有層錯、位錯線和延伸的缺陷。因此,必須消除這些缺陷才能合成高純度金剛石。
       Fe,Co,Ni或它們的合金是高溫高壓合成金剛石的主要催化劑。其中,Ni和Co很容易通過取代作用而摻入金剛石晶格中,但摻入Fe要困難得多。因此,鐵基催化劑合金是合成高純度金剛石的最有前途的,但在使用這些材料合成的較大金剛石中經常發現絲狀缺陷。金剛石中絲狀缺陷的來源尚不清楚,也沒有消除這些缺陷的方法的報道。因此,了解金剛石中絲狀缺陷的形成機理并采取有效措施消除或減少絲狀缺陷發生至關重要。
       深圳大學陳寧、張國慶等通過使用Fe64Ni36作為催化劑在5.5 GPa的壓力和1250至1300°C的溫度下合成了Ib型金剛石,觀察到快速冷卻合成的金剛石中普遍存在絲狀缺陷。

微信截圖_20200612103439.png

圖1金剛石合成的示意裝配圖:1.立方體葉蠟石塊;2.白云石管;3. NaCl + ZrO2管;4. ZrO2 + MgO管;5.Fe64Ni36催化劑合金;6.種子金剛石;7.石墨加熱器管;8.白云石柱;9.鋼帽;10.銅板;11. ZrO2 + MgO柱;12.碳源;13.合成鉆石;14. ZrO2 + MgO種子床;15.石墨片。


微信截圖_20200612103532.png

       圖2通過傳統的快速冷卻技術在不同的合成溫度下合成的金剛石的光學顯微鏡圖像:(a)和(a')1250°C;(b)和(b')1270°C;(c)和(c')1300°C。
       表1. 5.5 GPa Fe64Ni36-C系統中傳統快速冷卻金剛石合成實驗的結果和詳細信息

微信截圖_20200612103612.png

       金剛石合成完成后,需要將合成組件的溫度從金剛石合成溫度降低到150°C左右,才能安全卸載高壓。在合成組件冷卻期間,熱彈性應力從金剛石內部釋放。當冷卻時間長達數分鐘(傳統的快速冷卻技術)時,沒有足夠的時間來消除金剛石內部的熱彈性應力,可能導致絲狀缺陷的產生。
       此外,傳統的快速冷卻過程還導致催化劑合金和晶種床在金剛石內部產生較高的熱彈性應力。
       因此,陳寧、張國慶等認為冷卻時間較長的梯度冷卻技術可能是減少金剛石絲狀缺陷的一種有效方法。為了驗證這一假設,他們還使用梯度冷卻技術進行了60、180和300分鐘的冷卻時間的金剛石合成實驗。

       圖3顯示了E-1至E-6實驗中的梯度冷卻速率。傳統快速冷卻技術的冷卻速度約為373.33°C / min(圖3a)。E-4至E-5實驗中的冷卻速率分別約為18.67°C / min,6.22°C / min和3.73°C / min(圖3b-d)。圖4顯示了使用梯度冷卻技術獲得的鉆石的OM圖像。圖4a-c是頂視圖OM圖像,圖4a'-c'是在透射光模式下合成鉆石的側視圖圖像。當將梯度冷卻時間設置為60分鐘時,在圖4a中觀察到的絲狀缺陷少于圖2b。隨著梯度冷卻時間增加到180分鐘,在圖4b和圖4b'中僅觀察到少量絲狀缺陷。比較圖4和圖2,大多數絲狀缺陷的取向垂直于{100}面。當梯度冷卻時間增加到300分鐘時,絲狀缺陷被完全消除,形成了黃色透明的鉆石晶體,如圖4c和4c'所示。

微信截圖_20200612103703.png

圖3 E-1至E-6實驗中的梯度冷卻速率:(a)3分鐘,用于E-1至E-3實驗;(b)60分鐘,進行E-4實驗;(c)180分鐘,進行E-5實驗;(d)300分鐘,用于E-6實驗。

微信截圖_20200612103724.png

圖4通過梯度冷卻技術以不同的梯度冷卻時間合成的鉆石的光學圖像:(a)和(a')60分鐘,來自E-4實驗;(b)和(b')180分鐘,來自E-5實驗;(c)和(c')300分鐘,來自E-6實驗。

表2 Fe64Ni36-C系統在5.5 GPa和1270°C下使用梯度冷卻技術進行金剛石合成實驗的結果和細節

微信截圖_20200612103837.png

       實驗結果表明,采用傳統快速冷卻工藝合成的立方、立方八面體和八面體金剛石的內部均存在絲狀缺陷。梯度冷卻技術可以減少金剛石由于熱彈應力造成的損傷。隨著梯度冷卻時間的延長,金剛石的結晶質量提高,絲狀缺陷的數量和內應力減少。當梯度冷卻時間設定為300min時,金剛石中的絲狀缺陷完全消除。
       該研究加深了對金剛石絲狀缺陷成因的認識,也為獲得高質量金剛石提供了有效的方法。
       該研究成果以“Defect and Stress Reduction in High-Pressure and HighTemperature Synthetic Diamonds Using Gradient CoolingTechnology”為題,于6月8日發表在美國化學學會期刊(ACS Publications),中國超硬材料網編譯整理。



金剛石刀具網正式上線
  ① 凡本網注明"來源:中國超硬材料網"的所有作品,均為河南遠發信息技術有限公司合法擁有版權或有權使用的作品,未經本網授權不得轉載、摘編或利用其它方式使用上述作品。已經本網授權使用作品的,應在授權范圍內使用,并注明"來源:中國超硬材料網"。違反上述聲明者,本網將追究其相關法律責任。
② 凡本網注明"來源:XXX(非中國超硬材料網)"的作品,均轉載自其它媒體,轉載目的在于傳遞更多信息,并不代表本網贊同其觀點和對其真實性負責。
③ 如因作品內容、版權和其它問題需要同本網聯系的,請在30日內進行。
※ 聯系電話:0371-67667020

延伸推薦

美暢股份:金剛石線的市場規模仍有增長空間

8月3日,美暢股份(300861)首次公開發行股票并在創業板上市網上路演在全景·路演天下舉行。美暢股份董事長吳英表示,金剛石線主要應用于光伏領域,與下游光伏新增裝機量的變動趨勢具有...

日期 2020-08-04   超硬新聞

中國科學技術大學在金剛石量子模擬研究領域取得新進展!

中國科學技術大學中國科學院微觀磁共振重點實驗室杜江峰、王亞等人與理論合作者北京大學劉雄軍等合作,在金剛石氮-空位(NV)色心體系的量子模擬實驗研究方面取...

日期 2020-08-04   超硬新聞

亳州市長杜延安督辦當地金剛石廠環境問題整改工作

7月30日下午,亳州市長杜延安帶領市生態環境局、譙城區政府主要負責人先后來到亳州市安浩超硬材料有限公司、亳州市志輝金剛石有限公司、魏崗鎮污水處理廠等地,聽匯報、看現場、查進度,實地...

日期 2020-08-04   超硬新聞
金剛石線龍頭企業美暢新材啟動招股程序 即將登陸A股

金剛石線龍頭企業美暢新材啟動招股程序 即將登陸A股

2020年6月12日,證監會發布實施《創業板首次公開發行股票注冊管理辦法(試行)》等多項法律法規,宣告創業板改革和注冊制試點正式開始。7月15日,創業板...

日期 2020-07-29   超硬新聞

合肥工業大學在金剛石NV色心量子調控領域取得多項進展

近日,合肥工業大學電子科學與應用物理學院量子信息實驗室在金剛石NV色心量子調控技術上取得多項進展,分別利用納秒激光脈沖實現了自旋量子系統的高效初態制備(...

日期 2020-07-27   超硬新聞

讓煤層氣變成“金剛石”

但凡對煤礦了解的人都知道,煤層氣俗稱“瓦斯”,是煤炭開采過程中最大的安全隱患。然而,太原理工大學教授于盛旺和他的科研團隊卻把它變成了價值極高的“金剛石”。從一間鍋爐房改造的實驗室、...

日期 2020-07-24   超硬新聞

黃河旋風“寶石級金剛石系列產品開發與產業化”培育鉆石...

7月18日,2020年“全國大眾創業萬眾創新活動周”拉開帷幕。黃河旋風“寶石級金剛石系列產品開發與產業化”培育鉆石項目順利入圍全國“雙創”活動。為進一步...

日期 2020-07-22   企業新聞

技術創新:厚德鉆石“一種金剛石微粉的分級方法”獲得國...

2020年7月17日,由厚德鉆石譚素玲發明的“一種金剛石微粉的分級方法”獲得國家發明專利證書,是厚德鉆石申請的多個發明專利中首個獲得國家專利證書的專利。...

日期 2020-07-22   企業新聞

綠色制造助推石材行業高質量發展

石材行業屬于傳統的制造業,制造的技術和工藝與現代科技發展差距很大,在綠色制造方面存在諸多問題,近年來,石材礦山行業正在開展創建綠色礦山建設,但石材行業綠色制造的任務艱巨而漫長。傳統...

日期 2020-07-15   建材石材

資源整合發力!鶴崗石墨產業集聚區走高質量發展之路

中國五礦鶴崗市云山石墨礦綠色礦山與石墨深加工建設項目是今年黑龍江省百大項目之一,項目落地以來,企業運用市場化手段整合資源,建設石墨新材料產業園區,打造石...

日期 2020-07-14   超硬新聞
柘城惠豐鉆石科技股份有限公司
河南聯合精密材料股份有限公司
赚钱游戏赚现金 重庆幸运农场快乐十分 贵州茅台股票分析2019年最新消息 贵州11选5基本走势图 海南够力七星彩排列五软件 精选24码期期准87654 体彩云南11选5怎么玩 广东十一选五的走势图 双色球开奖结果 幸运农场计划稳定版 上海11选5组选遣漏一定牛 美股指数历年 福建31选七的预测情况 快乐飞艇大小计划 a股开户 河北福彩20选5开奖走势图 在线配资平台w特约简配资