含硼金剛石結(jié)構(gòu)及應(yīng)用研究講訴

含硼金剛石構(gòu)造及其應(yīng)用爭(zhēng)論各國(guó)都很重視進(jìn)展并廣泛使用.人造金剛石合成的含硼金剛石聚晶具有超導(dǎo)特性，這進(jìn)一步引起了人們對(duì)含硼金剛石的廣泛關(guān)注。但自然的含硼金剛石僅占自然金剛石總量的1～2％12”，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足工業(yè)需求。因此，如何用人工方法合成出高質(zhì)量的含硼金剛石成為生產(chǎn)者和使用者追趕的目標(biāo)?！惨弧澈鸾饎偸男阅苣蜔嵝院?、化學(xué)惰性好、抗壓性能佳和半導(dǎo)體性能優(yōu)異等特點(diǎn)。高、介電常數(shù)低、導(dǎo)熱性能好的特點(diǎn)，特別適合制造高性能的電量一般很低，但對(duì)改善和提高金剛石晶體性能的影響是顯著的。主要在以下幾個(gè)方面：①顏色在顯微鏡下觀看，金剛石由于硼含量濃度的不同，分別材料，其它顏色晶體常用作磨料與工具材料。②耐熱性含硼金剛石的外表起始氧化溫度比一般金剛石的高150℃～250硼原子含量的變化，會(huì)使外表起始氧化溫度有所不同。黑色含硼金剛石具有良好的沖擊韌性，車(chē)刀在載荷斷續(xù)切削共晶硅鋁合金、粉末鈦合金、玻璃鋼等材料時(shí)很少崩刃。④耐磨性含硼金剛石晶體的耐磨性和研磨力量好，特別適用于山東火鋼材。在切削過(guò)程中與鐵的粘連現(xiàn)象比一般金剛石刀具小，不粘刀，不形成切削瘤，工件的加工質(zhì)量顯著提高。⑥半導(dǎo)體性能金剛石晶體中摻入硼、氮或磷元素之后，可由絕穴載流子，金剛石成為空穴半導(dǎo)體，這種摻雜稱為P型摻雜。硼在金剛石中的雜質(zhì)能級(jí)位于價(jià)帶頂上方0．37eV處，是淺受主雜質(zhì)。隨硼含量的增加，金剛石的電導(dǎo)率增加。〔二〕目前含硼金剛石單晶大多承受摻硼石墨或摻硼觸媒在鉸鏈方法有：粉末冶金法和觸媒片滲硼法。墨為碳源，沿軸向交替分層裝入葉臘石后在高壓容器內(nèi)合成；

作碳源，NiMn

CoFeNi

Co4

25

55 2l l觸媒，裝入合成腔內(nèi)合成，得到含硼量大于1wt％的高含硼黑色T641對(duì)Ni

MnCo

觸媒合金進(jìn)展固體摻硼，與石墨片間隔橫片式組裝，70 25 5含硼的石墨層間化合物GICs抗氧化溫度和導(dǎo)電性明顯提高。半導(dǎo)體性質(zhì)的金剛石顯得更重要?！踩澈鸾饎偸木w構(gòu)造分析X射線衍射儀(XRD)、電子探針(EPMA)、拉曼光譜儀(Raman)、紅外光譜儀(InfraredRay)和透射電子顯微鏡(TEM)對(duì)Di．B2型金剛石的晶體構(gòu)造，內(nèi)部雜質(zhì)和微觀構(gòu)造進(jìn)展了分析。結(jié)論如下：XRD試驗(yàn)說(shuō)明，Di．B2型金剛石的(111)面的衍射強(qiáng)度與(111)xXRD20～100。范圍內(nèi)存在三條鋒利的衍射峰，其位置分別28=44．2(d=2．05nm)，20=75．4。(d=1．25nm)，20=91．4。(d=107nm4.1(b4．1(C)Di—BlDi．B2金剛石的X取向發(fā)生了變化：Di—B．型金剛石的(111)面衍射峰強(qiáng)度增加，(220Di-B2只觀看到(111Di—Bl剛石。比照立方金剛石的標(biāo)準(zhǔn)x射線衍射卡(見(jiàn)圖4．2)，可以確定，三種金剛石都為立方構(gòu)造，且結(jié)晶程度較好。EPMA分析說(shuō)明，金剛石外表硼元素的濃度隨著觸媒中硼含量的增加而增加。同一金剛石顆粒的(100)晶面與(111)晶面(111)Raman光譜的試驗(yàn)結(jié)果證明，三種金剛石都具有高結(jié)晶Raman峰(1332．5。)格外接近，說(shuō)明缺陷濃度很低。Di．Bl和Di—B2移，半峰寬也漸漸寬化。(2842cm‘1)，說(shuō)明11b型金剛石。隨著硼原子濃度的增加，在B．OB．CH3鍵的吸取峰，說(shuō)明大幅度降低。利用透射電子顯微鏡觀看到的硼化物有面心立方的Fe23(C，B)6Fe3(C，B)，正交構(gòu)造的(Fe，Yi)B，四方構(gòu)造卻而來(lái)不及析出，保存在金剛石晶體內(nèi)。四運(yùn)用與結(jié)論1．將硼鐵粉摻入粉末冶金鐵基金剛石催化劑中，制得片狀鐵基含硼石單晶。2．含硼金剛石單晶隨觸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剛石單晶顆粒的不同晶面上，硼含量不同。3．金剛石形貌測(cè)試系統(tǒng)與XRD原子促進(jìn)了金剛石(111)晶面的生長(zhǎng)速率所致。4．利用掃描電鏡和原子力顯微鏡對(duì)含硼金剛石外表進(jìn)展觀看，覺(jué)察石的(111)面上平行的臺(tái)階和螺旋型臺(tái)階證明，臺(tái)階生長(zhǎng)是金剛石生長(zhǎng)的重要方式。金剛石(100)面還存在大量金剛石顆粒集團(tuán)，尺寸為100一300nm，其外表粗糙度較高(約20nm)。含硼金剛石的Raman外光譜證明，合成的含硼金剛石中存在IIb型金剛石特征吸取峰(2842cm。)。硼原子濃度較高時(shí)，除與碳原子成鍵外還形成了B—O鍵和B．CH3鍵。同時(shí)，當(dāng)硼原子濃度較高時(shí)，與氮原子有關(guān)的吸取峰強(qiáng)度大幅度降低。利用透射電子顯微鏡觀看到含硼金剛石中存在面一Ii,立方Fe23(C，B)6，多晶Fe3(c，B)，正交構(gòu)造的(Fe，Ni)B，四方構(gòu)造的Fe2B，正交構(gòu)造的Ni3B和六方構(gòu)造的B4c等多種硼化物。這些硼化物是高溫高壓條件下合金中的硼元素從熔融的合金淬火過(guò)程中保存在金剛石晶體內(nèi)。MBD8級(jí)。觸媒中少量的硼摻雜使金剛石的靜壓強(qiáng)度及沖擊韌性(包括一般沖擊韌性和熱沖擊韌性)均較常規(guī)金剛石單晶有所提高。8．差熱分析的試驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明，含硼金剛石的抗氧化性優(yōu)于一般金剛石。金剛石的高溫氧化反響由于硼原子的摻入而受到抑止，起始氧化溫度可以由761．7℃提高到951．6℃。金剛石中存在硼的抗氧化性降低。9．用自制的電阻．溫度測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量了含硼金剛石的電阻一溫絕緣體。當(dāng)硼原子濃度較高時(shí)，金剛石的電阻明顯降低，并且電征。室溫～570K范圍內(nèi)，含硼金剛石存在兩種導(dǎo)電機(jī)制：低溫時(shí)(室溫～350K)，位于淺受主能級(jí)上的硼原子的空穴躍遷到價(jià)帶，O368ev(350K～570K)，深受主能級(jí)中的雜質(zhì)受到激發(fā)，產(chǎn)生較高的電離能(約0．602ev)，電導(dǎo)增大速度加快。試驗(yàn)證明，含硼金剛石在773K以上進(jìn)入本征電離區(qū)，此時(shí)的電離能為3．97ev。因此。其最高工作溫度可達(dá)773K，適合制作高溫半導(dǎo)體器件。l0．熔媒法合成金剛石的外表總是包覆著一層幾十微米的金屬包膜，它與金剛石的生長(zhǎng)親熱相關(guān)。透射電鏡(TEM)對(duì)含硼金剛石外表的 金屬薄膜進(jìn)展檢測(cè)證明薄膜內(nèi)層中最主要的高碳相是Fe3(C，B)，沒(méi)有覺(jué)察石墨、金剛石和無(wú)定形碳構(gòu)造。因此，F(xiàn)e3(C，B)應(yīng)是金剛石合成的過(guò)渡相。依據(jù)價(jià)電子構(gòu)造的計(jì)算結(jié)果和熱力學(xué)學(xué)問(wèn)分析認(rèn)為金剛石的形核方式是以位于薄膜內(nèi)層的鐵碳化合物為基底的非均勻形核。11．用場(chǎng)放射掃描電鏡(FESEM)觀測(cè)到金屬薄膜外表存在片層狀生長(zhǎng)的棱錐狀晶體和規(guī)章的鋸齒狀臺(tái)階分析認(rèn)為金剛石形核覆膜中可以析出類金剛石構(gòu)造單元，積存在金剛石外表。金剛石晶核以片層或臺(tái)階方式生長(zhǎng)。第8章結(jié)論和金剛石構(gòu)造中幾何尺寸相像的進(jìn)展了計(jì)算。以程氏理論為判據(jù)，得到Fe3C／金剛石與Fe3(C，B)／金剛石界面上保持電子密度連續(xù)的原子狀態(tài)組數(shù)分別為2