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人造金刚石合成技术的发展 Contents 1前言 金刚石由成正四面体排列的碳原子构成 中心碳原子以4个sp3杂化轨道与4个邻近的碳原子成键 形成4个共价键 与其他材料相比 金刚石具有最大原子密度 最大可能多的单位原子共价键数目 极强的原子键合能 从而这也就决定了为什么金刚石会具有如此多的卓越性能 2合成方法 2 1静态高温高压法 如果我们在模仿大自然的高温高压条件下 克服二者之间存在的巨大能量势垒 则可以将石墨转化为金刚石 常用的方法为合成条件较低的添加触媒催化的高温高压合成 即静态高温高压法 2 2低压化学气相沉积 CVD 法 CVD法是在金刚石的亚稳定区 用加热 放电等方法激活碳基气体 如甲烷 使之离解出碳原子和氢原子 碳原子在甲基和氢原子的作用下在固相基片如籽晶上沉积形成金刚石薄膜 单晶或多晶 2 3动态超高压高温合成法 利用高速飞片撞击石墨靶板 使石墨在撞击过程中生成微米级的金刚石颗粒 将石墨与高能炸药混合 在炸药爆轰的过程中压缩石墨使其变为金刚石 利用富氧平衡炸药在爆轰时 没有被氧化的碳原子在爆轰瞬间的高温高压条件下 经过聚集 晶化等一系列物理化学过程 形成纳米尺度的碳颗粒集团 用氧化剂除去非金刚石相 就得到纳米金刚石 2 4还原热解催化合成 水热法 该方法采用一种全新的还原热解催化合成化学路线 即通过改进的武慈 Wurtz 反应 用CCl4为碳源 sp3 过量的金属钠为反应剂及熔剂 以Ni Co Mn合金为催化剂 在高压釜中 700 条件下合成金刚石 该法在催化剂的作用下 通过碳 sp3 碳 sp3 偶联形成正四面体网状结构 可形成金刚石 2 5其他方法 如激光法等 使用激光器为人造金刚石提供温度和压力 将不再使用金属溶剂而直接向石墨加温加压 这样一来不仅可以避免晶体中掺杂的金属熔剂包裹体 而且可以更
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