含硼金刚石单晶制备的研究进展

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。

含硼金刚石单晶制备的研究进展李和胜;刘宪刚;李木森;周贵德【期刊名称】《材料科学与工程学报》【年(卷),期】2006(024)006【摘要】向人造金刚石中掺杂硼元素可以使金刚石获得比普通金刚石更为优异的物理和机械性能,同时还可以使金刚石具有半导体特性.国内外在含硼金刚石薄膜领域的研究较为深入,相对而言,在含硼金刚石单晶方面的研究较少,尤其是关于制备方法的研究.摸索总结出一种工艺简单、成本低廉、产品质量稳定的含硼金刚石制备方法对于丰富人造金刚石的品种,提高其品质,拓展其应用乃至从总体上提升我国人造金刚石行业的技术水平都有十分重要的意义.本文主要总结了目前国内外生产含硼金刚石单晶的七种方法,分析了他们各自的优缺点,同时简要介绍了作者所在课题组在含硼金刚石制备方法的研究方面所作的一些工作.本文指出了含硼金刚石单晶制备工艺进一步研究的方向和重点,同时对含硼金刚石单晶的应用前景作了展望.【总页数】4页(P944-947)【作者】李和胜;刘宪刚;李木森;周贵德【作者单位】山东大学材料科学与工程学院,山东,济南,250061;山东省超硬材料工程技术研究中心,山东,邹城,273500;山东大学材料科学与工程学院,山东,济南,250061;山东省超硬材料工程技术研究中心,山东,邹城,273500;山东大学材料科学与工程学院,山东,济南,250061;山东省超硬材料工程技术研究中心,山东,邹城,273500;山东省超硬材料工程技术研究中心,山东,邹城,273500【正文语种】中文【中图分类】TQ164.8【相关文献】1.微波法制备单晶金刚石的研究进展 [J], 黄平;汪建华;刘繁;翁俊;王小安2.高温高压合成含硼金刚石单晶制备工艺初探 [J], 李洪岩;李木森;宫建红;郑克芳3.CVD法制备单晶金刚石的现状及研究进展 [J], 潘红星;范波;闫建明;徐帅4.CVD法制备高质量金刚石单晶研究进展 [J], 刘晓晨;郭辉;安晓明;李义锋;姜龙5.大尺寸单晶金刚石制备的研究进展 [J], 张召;卢文壮;左敦稳因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

第!"卷第#期超硬材料工程$%&’!"())*年"月+,-./01/2314./516.7857../57819:;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;’())*采用六方氮化硼合成<=型金刚石单晶的试验研究>李和胜!?(?李木森!?(@!’山东大学材料科学与工程学院?山东济南(A ))*!B (’山东省超硬材料工程技术研究中心?山东邹城(C D A ))E摘要F 在铁基触媒原材料中添加不同含量的六方氮化硼?采用粉末冶金方法制备片状触媒?在六面顶压机上进行金刚石合成试验G 通过对比主要的合成参数发现?掺杂适量的六方氮化硼能够提高触媒的电阻?虽然对金刚石的成核有一定的抑制作用?但是有利于降低合成功率?同时有利于金刚石的粒度增粗G 对合成出的金刚石的性能检测发现?适量的六方氮化硼掺杂有利于净化金刚石晶体?减少杂质与包裹体的数量?有利于降低磁化率?提高晶体的静压强度和冲击韧性G关键词F <=型金刚石B 合成B 六方氮化硼B 铁基触媒B 高温高压B 试验中图分类号F 4H !*#文献标识码F 1文章编号F !*C D I!#D D @())*E )#I)))!I)*J K L M N O P Q N P K R S Q T U T P V <W K N X S M T Y Z O P M Q T P V [S \]N Q K Y [^T K R R S _Y R S M ]Y [P T K ]T M S W O ]O P650‘a b c ‘d :!?(?6539a b ‘d!?(@!’e f g h h i h jkl m n o p l i q e f p n r f n l r st r u p r n n o p r u ?e g l r s h r uv r p w n o q p m x ?y p r l r ?(A ))*!?z g p r l B (’e g l r s h r ut r u p r n n o p r u{n q n l o f gz n r m o n j h o e |}n o g l o skl m n o p l i q ?~h |f g n r u ?(C D A ))?z g p r lE !W Q K ]Y \KF 4c ‘b "d 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李木森?教授?博士生导师?主要从事超硬材料相关领域的研究G基金项目F 国家自然科学基金@编号F A )D C ()D A 和A )D C !)#"E 和教育部博士点专项科研基金@编号F ())()#(()D A B ())#)#(()()E资助G!前言人造金刚石自诞生起经历了五十余年的蓬勃发展"技术日新月异"新产品层出不穷#$%&’(但是"大量科研与生产的实践表明"目前许多人造金刚石的某些机械)物理和化学性能*如耐热性)抗氧化性与化学惰性等+尚不够理想(同时"大部分人造金刚石仍是电的绝缘体"因而其在电子)电化学等领域的应用受到了限制(因此"设法改善和提高金刚石晶体的品质"研制和开发具有特殊性能的金刚石"不断拓展其在国民经济各领域的应用"日益成为行业内研究的重点(研究证明"含有硼元素的,-型金刚石"具有半导体特性"甚至可以作为超导体#.%/’(而且,-型金刚石的耐热性)耐磨性)抗冲击韧性均不同程度地优于普通金刚石#0%1’(因此"研究,-型金刚石的合成与应用对丰富人造金刚石种类和拓展其应用领域都具有重要意义(目前"人工合成,-型金刚石的方法主要有2采用含硼触媒或碳源高温高压合成单晶#3%$4’5高压下对普通金刚石单晶渗硼#$&’5采用离子注入法向金刚石单晶中注入硼元素#$.’5采用晶种法通过控制温度梯度生长含硼单晶以及通过678法生长含硼金刚石薄膜等#$9%$/’(就合成,-型金刚石单晶的方法而言"采用含硼触媒或碳源的研究主要针对镍基触媒"同时一般采用固体渗硼的方法获得含硼触媒"这对触媒的催化特性有一定的破坏作用5高压下渗硼"离子注入以及晶种法等方法对金刚石的生长条件要求较为苛刻"生产成本较高"难以大规模工业化推广应用(山东省超硬材料工程技术研究中心一直致力于粉末冶金铁基触媒的开发与产业化(在取得一定成效的基础上"向铁基触媒中掺杂含硼化合物制成含硼铁基触媒"在高温高压下合成,-型金刚石单晶(采用粉末冶金方法生产含硼触媒可以精确控制硼含量"有利于在金刚石中形成合理的硼元素分布5采用铁基触媒合成,-型金刚石具有原材料成本低廉)方法简单等优点"具有极高工业化推广应用价值(本文主要针对合成效果较好的六氮化硼进行不同含量的对比试验研究($实验内容和方法向铁基触媒原材料中添加不同含量的六方氮化硼*掺杂量分别为:)4:和&:+"采用粉末冶金方法制成规格为;49<<=!>9<<的片状触媒(采用片状迭加方式组装合成压块"在国产?@8A1!!型六面顶压机上合成金刚石(合成采用提前升温"二次升压"非恒功率加热工艺#$0’(从三种合成压块中分别选取十块样品"采用自己总结的针对粉末冶金铁基触媒的金刚石提纯工艺对金刚石进行提纯(比较不同的掺杂量对金刚石合成参数的影响(通过检测金刚石的单次产量)粒度分布)晶体形态)表面形貌)静压强度)磁化率以及冲击韧性等参数进行对比性分析(4实验结果的分析与讨论为了简化实验结果的分析与讨论过程"将采用六方氮化硼掺杂量分别为:)4:和&:的触媒合成出的金刚石分别标记为B号),号和C号金刚石(4>$不同的六方氮化硼含量对合成工艺参数的影响在利用三种触媒进行金刚石合成的过程中"为了摸索最佳的工艺参数"进行了大量的试验(在试验中采用的主要合成工艺参数不尽相同"表$所示的为合成选取出的不同合成压块时的主要工艺参数(表$掺杂量不同的触媒在合成金刚石时采用的主要工艺参数D E-F G$@E H I J K G L M N IF I O P L E F Q E J E<G K G J R E S I Q K G S T M P F GR U N K M G R P V P N O S P E<I N S T P K MK M G L E K E F U R K R I W S P W W G J G N K S I R GB号,号C号送温压力X$*@Y E+0.090/暂停压力X4*@Y E+1/1/1/合成压力X&*@Y E+3.>93939>/暂停时间Z$*R+$4$!$!合成压块的电阻*=$![0\+$!04/$!149$$$0/合成功率X*]+0$!/0!4./3&!从表$可以看出"随着六方氮化硼掺杂量的增加"合成压块的电阻增大"合成中采用的送温压力和合成压力也在逐渐增大(显示六氮化硼的掺杂对金刚石的形核有一定的抑制作用"并且这种作用随着掺杂量的增加"也愈加明显(因此"在合成过程中"随着六氮化硼掺杂量的增加"相应的送温压力和合成压4力也必须相应增加!由于合成压块的电阻随着掺杂量的增加而逐渐变大"施加相同电流时的发热量增加"因此"合成功率随着掺杂量的增加而逐渐减小!分析认为"向金属触媒添加一定的含硼化合物会对触媒的催化特性产生一定的不良影响"具体原因有待进一步分析和研究!#$#三种金刚石的单次产量使用%&’#(分析天平对提纯出的金刚石进行称重"结果见表#!表#三种金刚石的产量%)*+,#-./01234/5/637.,,84509/604):/50金刚石种类总产量;<=平均单次产量;23= >号#?$?@(A B#$##C AD号#’$B C??B B$@C E#F号#A$A#C G B A$A B?(从表#可以看出"随着六方氮化硼掺杂量的增加"金刚石的单次产量相应减少!从不同掺杂量对合成工艺参数的影响可以看出"六方氮化硼的掺入对金刚石的形核有一定的抑制作用"使得金刚石成核的温度和压力上升"对金刚石的产量产生一定的影响H同时"由于触媒的电阻值随着掺入量的增加而加大"导致在施加相同电流的前提下"合成压块的发热量增加"合成腔体的温度偏高"虽然为了控制这种趋势而缩短了暂停时间"但是过高的温度和较小的温度梯度还是会对金刚石的生长产生不利影响"也会波及到金刚石的产量!#$’三种金刚石的粒度分布采用IJ K L B A A型振筛机和M#A A::标准筛"对提取出的三种金刚石进行了粒度分选!实验发现;图B="随着六方氮化硼掺杂量的增加"金刚石的粒度增粗"且分布开始分散!>号金刚石的粒度峰值为@A N G A"而D号和F号金刚石的粒度峰值前移"以?A N?@和?@N@A居多!合成过程中已经发现"随着六方氮化硼掺杂量的增加"合成压块的电阻增大"在施加相同电流的前提下"合成腔体的温度与压块的电阻成正比!即六方氮化棚的掺杂量增加会相应使合成腔体的温度升高"使得在生长过程中粒度较小的金刚石颗粒重新发生石墨化"成为粒度较粗的颗粒进一步生长的碳源"促使颗粒增粗!同时"因温度较高"获得进一步生长的颗粒目也相应增多"相互之间对碳源的争夺较为激烈"难以在进一步生长的过程中产生较大的粒径差别"促使金刚石的粒度分布分散化!这也是F号金刚石在?A N?@O?@N@A和@A N G A三个粒度上有近似分布的原因!图B三种金刚石的粒度分布P4<$B&.)4594Q,0493.4*134/5/637.,,84509/604):/50#$?三种金刚石的晶型分选采用R S T IIU U L C(型人造金刚石选型机"按照不同的粒度标记对三种金刚石进行了晶型分选"并对针对不同晶型采用%&’#(分析天平进行了称重;图#=!图#三种金刚石晶型分选结果P4<$#R.V93)+W)33,.59,W).)34/5/637.,,84509/604):/50由图#可以看出"随着六方氮化硼掺杂量的增加"金刚石的晶型逐渐变坏!>号金刚石F型料和X 型料的比重为E A$C@C Y"而F号金刚石F型料和X 型料的比重下降为@E$A#E Y!合成试验采用的六氮化硼是一种特制产品"可以在B B@A Z下实现硼原子与氮原子的有效分离!游’离态的硼原子和氮原子易于进入金刚石晶格!对金刚石的晶体形态产生不利影响!使金刚石的晶型变坏"这一结果也与文献#$%&$’(所记载的结果相一致")*+三种金刚石的晶体形貌分析三种金刚石在光学显微镜下的晶体形貌如图,所示"图,不同掺杂量的触媒合成出的金刚石单晶光学显微照片-./01234*,567389:;38<=>8=6386?=7=>-./01=@7?A>3B4:A C39;=B C8<D>79:>D B7?A>3E A CF37?7?A8979:D>7>=@C3@@A<A B7C=>A从图,可以看出!合成出的含硼金刚石单晶体颜色很深!呈暗黑色!明显异于普通金刚石的金黄色或黄绿色"虽然晶体保存有典型的六G八面体外形!但是表面结构非常复杂"其晶面不够光滑平整!表面有残缺凹坑!内部有少量的气泡"据文献#$’&)/(记载!这种晶体表面形貌的变化是由于硼元素作用的结果!这一结果也间接说明!采用掺杂六方氮化硼的粉末冶金铁基触媒!的确合成出了含有硼元素的H I型金刚石"从图,也可看出!随着六方氮化硼掺杂量的增加!金刚石的晶体形态逐渐变坏"由最初的结晶较好的六G八面体过渡到只有确定晶面!而没有规则外形的晶体"同时还可发现!随着六方氮化硼含量的增加!金刚石的颜色又有变黄的趋势"这一结果说明!随着六方氮化硼含量的增加!进入金刚石晶体的氮元素含量也在增加!形成一种硼元素与氮元素复合掺杂的效果"采用J39>?96A金刚石形貌检测系统!对三种金刚石的形貌参数进行了测量!以.+K+/粒度进行对比!具体结果见表,#)$("表,三种金刚石的形貌检测结果L9I:A,L A>7<A>M:7=@7?A;=<6?=:=4D=@7?<A A N3B C>=@C39;=B C性能指标O号H号P号圆度$*/,/)$*/)’Q$*/)Q R椭圆度$*$$.,$*$)R/$*$,’R 表面粗糙度.*,’+*/’+*)R 纯净度/*)/Q’/*,$R//*,/.Q透光性%$R+R/从表,可以看出!三种金刚石圆度与椭圆度的比值接近$的趋势以P号金刚石最差!说明随着六方氮化硼掺杂量的增加!金刚石的晶形逐渐变坏!与金刚石选型结果一致"金刚石的表面粗糙度也呈现一种与晶形相同的变化趋势"但是用于表征晶体内在质量的纯净度和透光性却随着触媒中六方氮化硼的增加而先变好后变坏"这一结果说明!少量的硼元素与氮元素的掺杂对于提高金刚石晶体的内在质量!减少杂质和包裹体的量有积极的作用!但是过量的掺杂!本身作为杂质元素存在的硼与氮同样会对金刚石晶体的质量起到破坏作用!即向触媒中掺杂六氮化硼应该有一个合理的范围".!"#三种金刚石的单颗粒静压强度检测结果按$%&’()*+,*)))-超硬磨料取样方法.的规定对金刚石进行取样/按照$%&’0)11"*,*)))-超硬磨料抗压强度测定方法.的规定/使用2345*型金刚石单晶静压强度测定仪/测定出三种金刚石的静压强度6表+78从表+可以看出/三种金刚石静压强度值随着触媒中六方氮化硼的增加同样出现了一种先提高后降低的变化趋势8表+三种金刚石的静压强度检测结果’9:;<+’<=>?<=@;>A B>C<=>9>D E E A F G?<==D H<=>?<I J>C A B>C?<<K D I L=A B L D9F A I L金刚石种类静压强度平均值6M7N号*O("O O**P号*O#"+(#0Q号*+*"O)0R金刚石中的杂质和包裹体在受压时容易发生应力集中/成为金刚石晶体破碎的裂纹源8一般内部较为纯净的金刚石晶体静压强度值较高8静压强度的检测结果正好与形貌分析所得的数据相吻合/显示少量的掺杂硼元素可以净化晶体/进而使静压强度提高/但是超出合理的范围/掺入的硼元素会起到相反的作用8!"0三种金刚石的磁化率测定结果使用$S S5%型金刚石磁化率分析仪对三种金刚石的磁化进行了测定6表O78表O三种金刚石的磁化率’9:;<O T9J I<>D U9>D A I?9><A B>C?<<K D I L=A B L D9F A I L 金刚石种类N号P号Q号磁化率数值6V*R,O W X7O!+"1O R!"(O O!")人造金刚石单晶的磁性主要来源于包裹在晶体中的触媒杂质6Y<Z M D Z TI等78金刚石在生长过程中由于生长速度过快/大量的熔融触媒便以较大尺寸被包裹在金刚石中/成为包裹体[!!\8从一定意义上说/金刚石晶体的磁化率测定可以间接地反映金刚石晶体中包裹体的数量/即人造金刚石晶体的内在质量8从表O的结果可以看出/金刚石的磁化率随着六氮化硼掺杂量的增加同样出现一种先变小后增大的过程/这一结果进一步验证了形貌分析的结果/同时还可以更好地解释静压强度的结果8!"1三种金刚石的冲击韧性检测结果采用S4S$5%型’’X热冲击韧性加热炉和S4S$5R+]型冲击韧性测定仪对三种金刚石在室温Z )R R^和**R R^三种不同温度下的冲击韧性进行了测定6表#78表#三种金刚石冲击韧性检测结果6_7’9:;<#’<=>?<=@;>A B>C<D F G9E>>A@J C I<==A B>C?<<K D I L=AB L D9FA I L6_7金刚石种类!O^**R R^偏差N号0)"1R*O+")01(*"*R#P号1+"*(1O O"R#1(+"O O RQ号1!"O#)O!"O(((#"(00金刚石的晶体质量即内在的杂质与包裹体的数量直接影响着金刚石的冲击韧性8由于杂质和包裹体具有与金刚石不同的热膨胀系数/在受热膨胀时使金刚石承受较大的张应力/致使金刚石强度下降/易于出现裂纹/甚至破碎[!(‘!+\8从表#可以看出/就冲击韧性的绝对值而言/出现的变化趋势与静压强度和磁化率的检测结果相同8即少量的硼元素掺杂可以提高金刚石的晶体质量/进而使得冲击韧性得以提高/但是过度的掺杂会降低金刚石的冲击韧性8目前/行业中一般采用常温冲击韧性6’X7与高温冲击韧性6’’X7的偏差来衡量金刚石的热稳定性[!O‘!0\8从表#可以看出/随着触媒中六方氮化硼的增加/金刚石的热稳定性逐渐降低8这一结果说明/过多的硼元素掺杂同样会破坏金刚石的热稳定性8(结论通过在粉末冶金铁基触媒中掺杂不同量的六方氮化硼进行金刚石合成试验/以及对合成出的金刚石的主要性能指标的检测/可以得出以下几点结论a 6*7六方氮化硼掺杂量的增加/会相应提高触媒的电阻/从而对金刚石的形核产生一定的抑制作用/使得送温与合成压力提高/但是较高的电阻有利于降低合成功率86!7随着六氮化硼掺杂量的增加/金刚石的平均单次产量降低b粒度增粗/同时分布开始分散b晶形逐渐变差/表面缺陷开始逐渐增多86(7随着六氮化硼掺杂量的增加/金刚石的内O在晶体质量!静压强度!磁化率以及冲击韧性均出现一种先变好后变差的变化趋势"说明适度的硼元素掺杂可以提高金刚石晶体的质量"进而使得金刚石的各项性能得到提高"但是过度的掺杂会起到相反的作用#参考文献$%&’()*)+,-./"0)1)0233"0)4)5678-92-.:)4);<-678=>7)) 42-?@2.<.A2@8-.%>’)B26,7<"&C D D"&E F$D&?D D)%G’王光祖)人造金刚石合成技术开拓创新的五十年%>’)金刚石与磨料磨具工程"G H H I"&G J F K$E L?E E)%L’王光祖"汪静"陶刚)不断发展的金刚石合成与应用技术%>’)超硬材料与宝石"G H H G"C J L K$&?I)%I’臧建兵"黄浩"赵玉成)含掺杂的金刚石%>’)金刚石与磨料磨具工程"G H H G J&K$&F?&M)%D’宫建红"李木森"许斌等)N O型金刚石单晶的制备和半导体特性研究进展%>’)功能材料"G H H L"L I J F K$F G G?F G D)%F’P)Q)P R A@8S"T)U)+2,<7"B)B)4<3V-A R"B)>)W,778">)U) 1X8@Y Z8-[5)4)56A Z X8S)5,Y<7\8-.,\6A S A6/A-.A2@8-.%>’) ]<66<7Z68-26,7<)G H H I J I K$D I G?D I D)%E’张健琼"贾晓鹏"马红安)掺硼金刚石的高温高压合成%>’)金刚石与磨料磨具工程"G H H D J&K$&D?&E)%M’宫建红"李木森"许斌)含硼触媒对合成的金刚石晶体结构和热稳定性的影响%>’)金刚石与磨料磨具工程"G H H D"&$&M?G&)%C’关长斌等)触媒合金渗硼对合成人造金刚石性能的影响%>’)无机材料学报"&C C I"C J&K$L C?I L)%&H’王松顺)含硼合金触媒对金刚石合成效果的影响%>’)磨料磨具通讯"&C C E J M K$&?D)%&&’王松顺)用含硼掺杂物石墨碳源合成金刚石的实验%>’)工业金刚石"G H H L J&K$G D?G M)%&G’关长斌"王艳辉"董占海"赵金波)渗硼石墨对人工合成金刚石性能的影响%>’)硅酸盐学报"&C C L J D K$&H?&I)%&L’王松顺"王民)高压下人造金刚石的渗硼实验研究%>’)磨料磨具通讯"G H H&J&H K$&?I)%&I’张清福"苟清泉"刘履华)天然金刚石形成透明硼皮金刚石的研究%>’)高压物理学报"&C M C J&K$&&?&E)%&D’^,)T)*3<Z R8S"^,)P)P S Z6<=<<S2<623)5/-6X<6A\5<@A\8-.,\687U A2@8-.P3<\678.<Z$P3<\678\X<@A\23 W X272\6<7A Z6A\Z8=_-.A S A.,23(2\<Z8=0A9X?1<@Y<726,7<?0A9X?*7<Z Z,7<5A-93<W7/Z623Z%>’):,Z Z A2->8,7-238=P3<\678\X<@A Z67/"G H H G"L M J F K$F G H?F G D)%&F’杨晓倩"胡晓君等)W T U金刚石薄膜的掺硼研究%>’)机械工程材料"G H H G"G F J&K$&F?&E)%&E’郝兆印"陈宇飞)非恒功率加热技术的研究%>’)高压物理学报"&C C L"E J L K$G L M?G I H)%&M’臧建兵"李爱武"王艳辉"黄浩)含硼金刚石的合成与性能%>’)金刚石与磨料磨具工程"G H H L J F K$&C?G&)%&C’关长斌"崔占全"杨雪梅)硼对人造金刚石表面结构及性能的影响%>’)人工晶体学报"G H H&"L H J D K$G&F?G&C)%G H’王松顺)含硼石墨碳源合成金刚石的效果%>’)磨料磨具通讯"G H H D J F K$I?F)%G&’向震泽等)金刚石形貌电脑检测系统的研究与应用%W’‘第四届郑州国际超硬材料及制品研讨会论文集"G H H L$G&E?G G&)%G G’亓增笃)金刚石的耐热性%>’)工业金刚石)G H H&J&K$&I?&D)%G L’臧建兵等)金刚石热稳定性的几个方面和影响因素的探讨%>’)金刚石与磨料磨具工程)&C C E"&H&J D K$D?E)%G I’罗中平)对目前人造金刚石提纯和分选技术的几点看法和建议%>’)超硬材料与工程"G H H&J I K$G D?G M)%G D’李享德等)人造金刚石热稳定性研究%>’)磨料磨具与磨削"&C C D"M E J L K$&?F)%G F’关长斌等)人造金刚石热稳定性的研究%>’)磨料磨具与磨削"&C C L"E F J I K$&C?G&)%G E’霍喜平"何远航等)人造金刚石的品质指标介绍与分析%>’)湖南冶金aaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaa"G H H G J&K$I L?I D)用纳米镍制作的电镀金刚石工具的加工及性能为了制造要求胎体材料具有高硬度和一定韧性的高质量电镀金刚石工具"现在已经研发出各种类型的胎体材料"包括BA!B A?4-!B A?W8和最新的B A?W8?4-电沉积物"尽管不是令人非常满意#本次研究首次提出"纳米镍电沉积物同传统的多晶或非晶材料相比"由于是纳米晶材料"其容积率高"在耐磨性方面有明显的改进#用5P4和b射线衍射对使用方形波阴极电流调节改进的;266Z型容器生产的新胎体材料的微观结构特征作了检测"同时也测定了其显微硬度#可使测试样品和金刚石工具两者都接受沉积产生的最佳脉冲电镀参数$脉冲启动时间为L@Z"脉冲断路时间为I D@Z"最大电流密度为&H H Q c.@d G#在L X之内可生产金刚石平均颗粒尺寸为G D H e@的新工具#结果表明"显微硬度约D C D4*2的电沉积胎体一般无肉眼可见的缺陷J即空洞K"具有体团状形貌"光滑表面"外观明亮"颗粒直径小J约D H-@K#石材加工试验表明"新的金刚石工具的平均使用寿命比通常使用的B A?W8沉积物的工具高&D)M f#而且"新的制造技术还有其他的优点"如生产周期较短J约是通常的一半K"化学试剂成本较低和较易控制的电镀槽#可以预测"纳米材料将成为电镀金刚石工具更好的胎体材料#^)U)]A"0)>A2-9"g)5)]A2-.g)()]A)报道#F。

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。

第 48 卷 第 9 期2019 年 9 月Vol.48 No.9Sep.2019化工技术与开发Technology & Development of Chemical IndustryCVD 法制备单晶金刚石的现状及研究进展潘红星1,2，范　波1,2，闫建明1,2，徐　帅1,2（1.郑州磨料磨具磨削研究所有限公司，河南 郑州 450001；2.超硬材料磨具国家重点实验室, 河南 郑州 450001）摘　要：单晶金刚石因其独特结构而具有优异的物理化学性能，在许多科学技术领域具有潜在的重要应用价值 ，被广泛应用于工业、科技、国防、医疗卫生等众多领域。

用化学气相沉积法实现高沉积速率、高质量、大面积的金刚石单晶的制备是目前研究的热点。

本文对化学气相沉积法制备单晶金刚石的机理进行了分析，对比了化学气相沉积法合成金刚石的几种主要方法，总结了其优缺点，在已有研究工作和生产经验的基础上提出了合理化的建议，为单晶金刚石的产业化提供有价值的参考。

关键词：单晶金刚石；化学气相沉积法；合理化；产业化中图分类号：TQ 164.8 文献标识码：A 文章编号：1671-9905(2019)09-0027-05作者简介：潘红星（1982-），男，河南濮阳人，硕士，工程师，主要从事生产质量管理，单晶、多晶金刚石材料制备及应用研发工作收稿日期：2019-06-10金刚石独特的结构，使其在力学、热学、光学、电学、声学、电化学等方面拥有着许多其他材料无可比拟的优异性能，是推进21世纪工业发展必不可少的材料之一[1]，被广泛应用于钻石首饰、工业、科技、国防、医疗卫生等诸多领域。

金刚石是热导率高达22W·(cm·K)-1的间接带隙半导体材料，室温下的电子和空穴迁移率高达 4500cm 2·(V·s)-1和3800cm 2·(V·s)-1 [2]，比第三代半导体材料GaN 和SiC 明显高得多。