铁基触媒合成含硼金刚石的组织结构与性能分析

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金刚石的人工制造及其应用是人类的一大创造。它不仅具有硬度高、抗腐蚀、耐磨性等优异性能,还具有优良的光学、声学、热学性质。当金刚石中掺入硼原子后可使其电阻率下降,成为典型的半导体材料。随着工业与科技的日益发展,含硼金刚石在各个领域都显示出巨大的应用前景,展现了其在现代科学技术和经济发展中的重要作用。因此,研究开发新型的优质金刚石单晶具有重要的现实意义。 本文以掺杂碳化硼的铁基触媒,配以石墨为碳源,在高温高压条件下合成出含硼金刚石单晶。利用现代化的分析手段,研究了含硼金刚石的晶体结构,并通过测试金刚石的静压强度、(热)冲击韧性、抗氧化性等指标,对含硼金刚石与普通金刚石的性能差异进行了比较分析。 利用体视显微镜和场发射扫描电镜(FESEM)对比观察普通金刚石与含硼金刚石的形核率、单晶颗粒的大小、晶型、颜色以及晶面的微观组织形貌,发现金刚石的形核率因硼元素的掺入而增大,其颜色也变为不透明的黑色。对晶型的差异进行分析,当金刚石的碳源、温度和压力相同时,触媒会对金刚石的晶形产生影响。同样合成条件下普通金刚石以六—八面体为主,而含硼金刚石的八面体较多。这是因为硼原子能促进金刚石(111)晶面的生长速率所致。普通金刚石表面发育较好,而含硼金刚石晶体表面具有明显花纹图样,主要有锯齿状台阶、螺旋台阶、阶梯状生长台阶及颗粒状花样。X射线谱和拉曼谱分析表明,普通金刚石与含硼金刚石均为立方结构,且结晶程度较好。硼元素掺入,金刚石的拉曼峰位移逐渐向低波数方向移动,半峰宽也相应增加。 差热分析结果表明,含硼金刚石的抗氧化性优于未掺硼金刚石。热重分析含硼金刚石在整个加热过程中质量变化较为平稳,没有较大的起伏。磁化率分析知,普通金刚石的磁化率较高,而含硼金刚石相对较低。根据抗压强度,两种金刚石的强度等级均为MBD8型,金刚石的强度与粒度和晶形都有关,金刚石粒度越小,晶形越好,对应的强度越高。抗冲击韧性实验表明,TI与TTI的变化趋势是一致的,TI高时
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