高长径比柱状金刚石的高温高压合成与机理研究

胡美华; 马红安; 颜丙敏; 张壮飞; 李勇; 周振翔; 秦杰明; 贾晓鹏

doi:10.7498/aps.61.078102

摘要

为了拓展金刚石的种类和解决金刚石工具使用过程中因把持力不足造成的使用寿命降低等, 在中国式六面顶压机上, 通过对FeNi触媒成分和工艺的优化, 成功合成出高质量长径比大于2.5, 平均粒度在0.81.0 mm的柱状金刚石晶体. 该晶体独特的形貌, 将极大改善金刚石工具的在使用过程中出现的脱粒现象. 另外, 实验中发现, 柱状金刚石晶体的生长速度也远大于传统晶体的生长速度. 采用扫描电镜(SEM)和能谱(EDS)等手段对柱状金刚石晶体及晶体周围触媒成分进行了表征; 结果表明, 柱状金刚石晶体在生长过程中存在{100}和{111}晶面拉长, 以及包覆在晶体周围的触媒成分偏析. 在此基础上, 阐明了柱状晶体生长机理.

关键词:

柱状金刚石 /
长径比 /
偏析

Abstract

To extend the kind of diamond and solve the low life of diamond tools because of the insufficiency of holding force, the strip-shape diamond with more than 2.5 in length-diameter ratio and 0.81.0 mm in length is synthesized by optimizing FeNi based catalyst composition and using the technology in the China-type cubic anvil high pressure apparatus. Because of the unique morphology, the threshing phenomenon appearing in the using of diamond tools is controlled effectively. Furthermore, we find that the growth rate of strip-shape diamond is much faster than that of the conventional diamond. Strip-shape diamond morphology and catalyst composition around the growing diamond crystal are characterized by SEM and EDS. The results indicate that the facets of diamond crystal are elongated along {100} and {111} faces and catalyst compositions around the growing diamond crystal become segregated. On this basis, we illustrate the growth mechanism of strip-shape diamond.

Keywords:

作者及机构信息

1.
吉林大学超硬材料国家重点实验室, 长春 130012;

2.
内蒙古民族大学物理学院, 通辽 028000

基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 50572032, 50731006, 50801030)和内蒙古自然科学基金(批准号: 2010MS0105)资助的课题.

Authors and contacts

1.
State Key of Laboratory of Superhard Materials, Jilin University, Changchun 130012, China;

2.
Physical College, Inner Mongolia University for the Nationalities, Tongliao 028000, China

Funds: Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 50572032, 50731006, 50801030), and the Natural Science Foundation of Inner Mongolia, China (Grant No. 2010MS0105).

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