含硼金刚石结构及其研究..

含硼金刚石结构及其应用研究金刚石主要分为两种：一种是天然金刚石，另一种是人造金刚石。

由于天然金刚石产量稀少，不能满足工业需求，因此世界各国都很重视发展并广泛使用.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。

但天然的含硼金刚石仅占天然金刚石总量的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逐的目标。

（一）含硼金刚石的性能一般来说，含硼金刚石与普通金刚石相比，具有抗氧化性强、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。

尤其是含硼金刚石的电学性能极佳，具有禁带宽、载流子迁移率高、介电常数低、导热性能好的特点，特别适合制造高性能的电力电子器件，可以在更高温度和恶劣环境下正常工作，是一种有发展前途的高温、大功率半导体材料。

含硼金刚石晶体中的硼含量一般很低，但对改善和提高金刚石晶体性能的影响是显著的。

研究结果表明，硼元素对金刚石的影响主要在以下几个方面：①颜色在显微镜下观察，金刚石由于硼含量浓度的不同，分别呈无色、蓝色或黑色。

蓝色金刚石晶体在电子工业中用作半导体材料，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表面起始氧化温度比普通金刚石的高150℃～250℃。

其原因是因为硼原子与金刚石表面上的碳原子成键时形成硼碳结构，没有多余价电子与外来缺电子原子如氧原子发生反应，金刚石处于稳定状态，晶体的耐热性提高。

但晶体内硼原子含量的变化，会使表面起始氧化温度有所不同。

③冲击韧性冲击韧性是检测金刚石质量水平的重要手段之一。

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能力好，特别适用于研磨硬而韧的材料，可用作耐磨涂层、磨料、钻头、切削刀具等。

⑤化学惰性用黑金刚石聚晶做成的车刀，可以切削高硬度的淬山东火钢材。

硼掺杂金刚石的方法英文回答：Boron-doped diamond is a type of diamond that has been intentionally impregnated with boron atoms. This process is known as boron doping and is commonly used to modify the electrical and optical properties of diamond for various applications.There are several methods to dope diamond with boron. One common method is called chemical vapor deposition (CVD). In this method, a mixture of a carbon-containing gas (such as methane) and a boron-containing gas (such as diborane)is introduced into a chamber where diamond growth occurs. The boron atoms from the boron-containing gas are incorporated into the growing diamond lattice, resulting in boron-doped diamond.Another method is called ion implantation. In this method, high-energy boron ions are accelerated andbombarded onto the surface of diamond. The high-energy ions penetrate the diamond lattice and become embedded within it, creating boron-doped regions. This method allows forprecise control over the doping concentration and depth, making it suitable for specific applications.Boron-doped diamond has unique properties that make it useful in various fields. For example, it exhibitselectrical conductivity, which is unusual for diamond, a typically insulating material. This property makes boron-doped diamond suitable for applications in electronics,such as high-power devices and high-frequency transistors.Furthermore, boron-doped diamond has excellent thermal conductivity, making it ideal for heat management in electronic devices. It can efficiently dissipate heat, preventing overheating and improving device performance and reliability.中文回答：硼掺杂金刚石是一种在金刚石中有意注入硼原子的材料。

金刚石的成因研究一、金刚石的基本特征1．化学成分除碳外，还经常含硅、铝、钙、镁、锰、铬、铁、氮和硼等杂质元素。

除氮和硼外，其它杂质元素多以包裹体的形式存在，如磁铁矿、镁铝榴石、铬透辉石、绿泥石、黑云母、橄榄石以及石墨等。

宝石级金刚石含杂质很少，研究证明主要杂质元素是氮和硼，并因此可划分出不同的类型，含氮者称Ⅰ型，其中若氮聚集成片晶，为Ⅰa型，若氮少且成分散状，则为Ⅰb型；不含氮者为Ⅱ型，其中含硼者为Ⅱb型，不含硼者为Ⅱa型。

2．物理性质[1]金刚石纯净的为无色透明，常见的有含石墨包体的呈黑色，含铬的呈天蓝色，含铝或氮的呈黄色，此外还有较常见的褐色、烟灰色及少到罕见的乳白色、浅绿色、玫瑰色、红色、紫色、蓝色等金刚石。

金刚石的硬度是物质中最坚硬的，它的硬度是矿物硬度中最高的，为10（莫斯硬度）。

严格的测量矿物硬度的大小是用绝对硬度—显微硬度计，金刚石的显微硬度为8000-10000kg/mm2，是刚玉的3-4倍，是石英的8倍。

金刚石的比重为3.47~3.56，抗磨性好，熔点高，约为4000℃，化学性质稳定，绝缘性好，耐酸、耐碱。

具发光性，日光曝晒后或强光照射后，夜间在暗室中发出淡青蓝色磷光，在紫外线照射下发绿色、天蓝色或紫色萤光或不发光，不同地区的金刚石所发光色不同。

并且钻石的热导率是所有矿物中最高的。

3．晶体特征金刚石的晶体结构具立方面心晶胞。

碳原子除位于立方体晶胞的角顶及面中心外，把此立方体晶胞划分成八个小立方体，则在相间排列的小立方体中心还存在着碳原子。

图表 1 金刚石的晶体结构每一碳原子周围有四个碳原子围绕，形成四面体配位，整个构造可视为以角顶连接的四面体组合图一。

碳原子间以共价键连结，致使金刚石具有高硬度、高熔点、不导电、化学性质稳定以及很强的抗酸性和抗碱性等特征。

金刚石晶体为立方晶系其结晶习性最常见是八面体，此外，还有立方体、菱形十二面体以及变立方体等。

也有呈磨圆的或呈扁平的，双晶常见。

硼掺杂金刚石半导体的高温导电率
硼掺杂金刚石因其卓越的物理化学性质，如高热导率、高击穿场强、化学稳定性好以及优异的半导体性能，在高温环境中具有潜在的优势。

硼原子掺杂进金刚石晶格后，可以转变金刚石为P型半导体，这是因为硼原子取代金刚石晶格中的碳原子时，会贡献一个空穴作为载流子，从而增加了金刚石的导电性。

关于硼掺杂金刚石在高温下的导电率，通常情况下，其导电性在一定的温度范围内随着温度的上升而增加。

然而，对于所有半导体来说，温度过高时，载流子（在这种情况下是空穴）的数量会因为热激发而增多，但同时载流子的平均自由程也会因晶格振动加剧而缩短，这两个效应共同决定了半导体电阻率随温度的变化趋势。

理论上，当温度足够高以至于接近或超过半导体的本征温度时，导电性会达到一个峰值，之后随着温度的继续上升，由于热激发产生的非平衡载流子会超出掺杂水平，导致载流子复合增强，电阻率反而会增大。

硼对人造金刚石表面结构及性能的影响徐 岩，周金海，荣春玲，李亚选（郑州华晶金刚石股份有限公司，河南 郑州 450000）摘　要：硼对金刚石晶体性能有明显影响。

文章结合以往的文献资料，重点介绍了硼对金刚石表面结构及性能的影响，希望为相关人员提供一定的借鉴。

关键词：硼；人造金刚石；表面结构；性能；影响中图分类号：O649 文献标志码：A 文章编号：1672-3872（2019）16-0241-01——————————————作者简介： 徐岩（1988—），男，河南郑州人，工程师，研究方向：人造金刚石。

1 含硼金刚石的合成方法现在，多数含硼金刚石单晶都是在具有超高温高压的铰链六侧超压缩机上使用掺杂硼的石墨或掺杂硼的催化剂合成的。

在这中间，硼掺杂催化剂的制备方法：粉末冶金法和触媒片渗硼法。

详细的实验操作方法：在碳源方面，以片状的含硼镍锰合金为触媒、含硼石墨为主，经轴向交替分层为叶蜡石后在高压容器中合成。

一些学者使用碳化硼（b4c）作为碳源，以合成腔合成的ni70mn25co5和fe55ni2lco 合金作为催化剂，就会得到含硼量大于1wt%的高含硼黑色金刚石。

由于被b 和c 分隔的碳原子数量很少，因此金刚石的生长速度缓慢，并且金刚石中铁磁杂质含量极低。

使用含硼T641的石墨做为渗硼剂，原料则使用不含硼的含氮人造金刚石，在超高压高温条件下通过将ni70mn25co5硼的石墨夹层复合阳离子为碳源，高温高压合成含硼金刚石的工艺方法。

CICS 的阶数越低，所合成的金刚石含硼量越高，其抗氧化温度和导电性也会有显著的提升。

2 实验过程实验过程期间，操作人员需要将合成好的金刚石，按照技术规范与操作原理要求，进行提纯、筛分、分选以及称重等工作。

与此同时，需要利用相关设备及时测量出金刚石的实际抗压强度以及氧化温度等参数数据。

一般来说，在金刚石抗压强度测量设备的选择方面，最好选用JDY-1型单颗粒抗压强度测定仪。

另外，在金刚石氧化温度的测量方面，最好选用LCP-1型差热膨胀仪设备。

硼掺杂金刚石硼浓度计算硼掺杂是一种重要的金刚石改性方法，它能够显著改善金刚石的性能，使其在工业应用中更加出色。

硼是一种常见的掺杂元素，它能够通过提高晶格的稳定性和改变能带结构来增强金刚石的硬度、热导率和化学稳定性。

因此，硼掺杂金刚石被广泛应用于高压高温领域、电子器件制造以及其他重要的工业应用中。

为了实现理想的硼掺杂金刚石，我们需要计算硼的浓度。

浓度计算是合成硼掺杂金刚石的前提和基础，它能够帮助我们了解金刚石的具体结构和性质。

下面，我将详细介绍硼掺杂金刚石的浓度计算方法。

第一步是选择合适的理论方法。

硼掺杂金刚石的浓度计算通常使用第一性原理计算方法，如密度泛函理论（DFT）。

DFT是一种基于量子力学原理的计算方法，它能够准确地描述原子和分子的结构和性质。

在选择DFT方法时，我们需要考虑其计算精度、计算效率以及适用的计算范围。

第二步是建立模型。

在进行计算之前，我们需要构建包含硼掺杂金刚石结构的模型。

模型可以采用周期性边界条件，以保证计算结果的准确性。

同时，我们还需要选择适当的体系尺寸和超胞大小来确保模型的稳定性。

第三步是确定硼的掺杂位置和浓度。

掺杂位置通常选择为晶格内的间隙位置，例如位置4和6。

而硼的浓度则可以通过改变硼原子的数目来实现，一般以原子的百分比来表示。

第四步是进行计算。

通过数值优化和能量计算，我们可以得到硼掺杂金刚石的稳定结构和能量。

同时，还可以计算硼掺杂金刚石的晶格常数、电子结构、电子态密度等性质。

最后，我们需要对计算结果进行分析和比较。

通过比较不同硼浓度下的结构与性质，我们可以选择最优的硼浓度，以满足具体应用需求。

总之，硼掺杂金刚石的浓度计算是合成功能优化的关键一步，它可以指导我们合理设计和合成具有理想性能的硼掺杂金刚石材料。

通过选择适当的计算方法、建立合理的模型、确定掺杂位置和浓度，并进行准确的计算和分析，我们能够为金刚石材料的设计和应用提供科学依据和技术支持。

超硬材料的制备及性能研究超硬材料是一类具有特殊化学成分和微观结构的新材料，因其硬度高、热稳定性好、耐磨损等特性，逐渐成为工业生产、科研实验等领域的重要材料之一。

本文将介绍超硬材料的制备及性能研究。

1、超硬材料的制备超硬材料主要由金刚石和硼化物两种成分组成，制备难度较大。

其中，金刚石是一种由碳原子构成的晶体，有非常强的硬度和抗压性能；硼化物则是由硼和其他金属元素组成的化合物，具有高硬度和良好的耐磨损性能。

超硬材料的制备主要有两种方法，一种是高温高压综合法，另一种是化学气相沉积法。

高温高压综合法是通过将金刚石或硼化物原料放入强大的高温高压设备中，在高温高压条件下进行反应，从而制备出超硬材料。

该方法制成的样品质量较高、稳定性较好，但设备成本较高、制备周期较长。

化学气相沉积法则是通过将金属元素与气体原料反应，从而形成超薄的化学物质沉积在基底上面制备出超硬材料。

该方法制备出来的样品质量相对较差、不稳定度较低，但制备周期较短、设备成本较低。

2、超硬材料性能研究超硬材料具有高硬度、高强度、高耐磨损等特殊性能，在实际应用中具有广泛的应用价值。

因此，针对超硬材料的性能研究尤为重要。

超硬材料的性能研究主要包括硬度测试、断裂韧性测试、耐磨损性能测试等方面。

硬度测试是指在指定的实验条件下，用硬度计或其他测试仪器测试样品硬度的一种方法。

对于超硬材料来说，其硬度值通常非常高，可以达到每平方毫米上的力量为5000牛顿以上。

硬度测试的主要目的是为了了解超硬材料的力学特性，从而更好地应用于制造领域。

断裂韧性测试则是对超硬材料的断裂韧性进行测试。

断裂韧性是指在样品断裂前，样品可以承受的最大应力量。

对于超硬材料来说，其断裂韧性非常低，因此需要对其进行特殊的测试和研究。

耐磨损性能测试是指通过摩擦、磨损、腐蚀等方式对超硬材料的耐磨损性能进行测试。

超硬材料具有很好的耐磨损性能，对于工业生产领域来说非常重要。

耐磨损性能测试的主要目的是为了了解超硬材料在实际生产环境中的应用性能。