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第一章 金刚石 1

引言 1

1.1 原子的电子结构 2

1.2 化学键的类型 4

1.3 金刚石晶体结构 5

1.3.1 杂化和价态 5

1.3.2 金刚石晶体结构 6

1.3.3 金刚石晶格的空间群 7

1.3.4 金刚石晶格参数 9

1.3.5 金刚石晶格面网密度 9

1.3.6 金刚石单晶晶面夹角 9

1.4 金刚石的性质 10

1.4.1 金刚石物理性质 10

1.4.2 金刚石化学性质 13

1.4.3 金刚石晶体的形貌 14

1.4.4 金刚石的分类 15

1.4.5 金刚石晶体ESR测量 18

1.4.6 金刚石颜色 20

1.4.7 金刚石烧蚀试验 24

1.5 关于硬度的讨论 25

1.5.1 材料硬度的分类 25

1.5.2 影响材料硬度的因素 27

1.6 金刚石晶体的磁性质 28

1.7 金刚石晶体内部杂质与表面的位错 29

1.7.1 金刚石晶体内的纳米杂质 30

1.7.2 莫尔条纹 30

1.7.3 金刚石表面缺陷 31

1.8 金刚石表面镀钛层的结构 32

1.8.1 金刚石表面镀钛层的晶体结构 32

1.8.2 金刚石表面镀钛层的织构现象 33

小结 33

第二章 石墨 35

引言 35

2.1 石墨 35

2.1.1 天然石墨的分类 35

2.1.2 天然石墨的提纯 36

2.1.3 人造碳材料的石墨化过程 37

2.2 石墨的晶体结构 38

2.2.1 石墨晶体的六方结构 39

2.2.2 石墨晶体的菱方结构 40

2.3 石墨的性质 40

2.3.1 密度 40

2.3.2 电阻 41

2.3.3 熔点、沸点 41

2.3.4 吸热量 42

2.3.5 热膨胀系数 42

2.3.6 热导率 42

2.4 石墨在金刚石生长过程中的功能 43

2.4.1 石墨——组成金刚石的唯一原料 43

2.4.2 石墨——腔内晶体生长驱动力的来源 43

2.4.3 石墨——高压腔内的一种受压介质 45

2.5 石墨化程度的讨论 45

2.5.1 石墨化度 46

2.5.2 石墨化度公式 47

2.5.3 石墨化指数 47

2.5.4 关于石墨化度公式的评价 48

2.5.5 X射线衍射法测定多晶石墨中晶粒 50

2.5.6 人造多晶石墨测量结果 50

2.6 粉状石墨 50

2.6.1 粉状石墨晶体结构X射线测量 50

2.6.2 粉状石墨微晶颗粒尺寸 51

2.6.3 粉状石墨中的杂质 51

2.7 拉曼光谱测量石墨材料 52

2.8 石墨颗粒表面活性试验 54

小结 55

第三章 催化剂合金 56

引言 56

3.1 生长金刚石催化剂合金简要回顾 57

3.2 金属键与金属结构 59

3.3 液态金属的结构特征 60

3.4 液态金属的性质 61

3.4.1 密度 61

3.4.2 黏度 62

3.4.3 扩散系数 62

3.5 Mn、Fe、Co、Ni的物理化学性质 64

3.5.1 Mn的性质 64

3.5.2 Fe的性质 64

3.5.3 Co的性质 66

3.5.4 Ni的性质 66

3.6 Fe-Ni、Fe-Mn合金相变特性 66

3.7 Mn、Fe、Co、Ni的高压高温相图 67

3.8 催化剂合金的晶体结构 68

3.9 催化剂合金熔点测量 69

3.10 Fe、Co、Ni及其合金的磁性 70

3.10.1 Fe、Co、Ni单质的磁性 70

3.10.2 Fe、Ni、Co合金磁性的特点 73

3.10.3 Fe-Ni合金居里点随温度的变化 74

3.10.4 Fe中Ni、Co成分的变化对合金磁矩的影响 74

3.10.5 催化剂合金的磁性测量 74

3.11 合金的电阻 76

3.11.1 Fe-Ni合金电阻的变化 76

3.11.2 Fe-C电阻率 76

3.12 金属与碳 77

3.12.1 金属加碳的熔化 77

3.12.2 合金熔点与生长金刚石温度的关系 78

3.13 Fe-C的结构 79

3.13.1 奥氏体 79

3.13.2 铁素体 80

3.13.3 Fe3C的结构 80

3.14 Fe基催化剂合金 83

3.14.1 Ni基到Fe基合金 83

3.14.2 Fe基合金做催化剂生长金刚石研究 84

3.15 催化剂合金的配比原则 86

3.16 Si对C活度的影响 92

3.17 稀土元素对催化剂合金性能的影响 93

3.18 M？ssbauer测量结果的讨论 96

3.18.1 高温高压条件下的渗碳实验 96

3.18.2 M？ssbauer测量 96

3.18.3 M？ssbauer测量结果 98

3.19 金属膜 100

3.19.1 Fe-Ni合金做催化剂的金属膜形貌 100

3.19.2 金属膜断面的形貌 102

3.19.3 金属膜表面与断面成分分析 103

3.19.4 金属膜表面与断面结构分析 104

3.19.5 金属膜断面的Auger谱技术测量 106

3.20 粉状催化剂合金 107

3.20.1 粉状合金与片状合金 107

3.20.2 粉状合金的制作 108

3.20.3 雾化粉末合金的性能 109

3.20.4 减少雾化粉末表面氧杂质的方法 111

小结 111

第四章 高压密封 112

引言 112

4.1 高压密封 112

4.1.1 六面顶与两面顶的密封 112

4.1.2 叶蜡石岩石 114

4.1.3 叶蜡石岩石中的杂质 116

4.1.4 高温高压下叶蜡石岩石黏弹黏塑性 119

4.1.5 高温高压下叶蜡石岩石的应变 120

4.1.6 叶蜡石岩石中的水 123

4.2 叶蜡石晶体结构 125

4.2.1 层状硅酸盐的晶体结构 125

4.2.2 鲍林规则与硅铝酸盐的结构 126

4.2.3 叶蜡石的晶体结构 128

4.2.4 叶蜡石岩石的结构 129

4.2.5 叶蜡石红外吸收光谱 133

4.2.6 叶蜡石烘烤后晶体结构的变化 134

4.3 高温高压叶蜡石的相变 136

4.3.1 密封边的晶体结构 136

4.3.2 高温高压后叶蜡石的结构 139

4.3.3 高温高压后叶蜡石的Raman光谱 141

4.3.4 高温高压后叶蜡石断面扫描电镜观测 141

4.4 白云石岩石 142

4.4.1 白云石岩石的结构 143

4.4.2 白云石的热分析 143

4.4.3 高温高压白云石成分的变化 144

4.4.4 高温高压后白云石的结构 144

4.4.5 高温高压前后白云石的Raman光谱 145

4.5 六面顶压机压头的简单讨论 146

4.5.1 压头尺寸的讨论 146

4.5.2 压头脆性 148

4.6 压头断裂声音的数字化 149

4.6.1 声音 149

4.6.2 压头断裂声音的采集 149

4.6.3 压头断裂声音的频谱 149

4.7 导电钢圈Mg2TiO4保温介质 150

4.7.1 导电钢圈的设计 150

4.7.2 关于水玻璃 150

4.7.3 叶蜡石的烘烤 151

4.7.4 关于Mg2TiO4 152

小结 154

第五章 石墨-金刚石转变 156

引言 156

5.1 温度、压力对石墨结构的影响 158

5.2 相图 160

5.2.1 碳的相图 160

5.2.2 高压Ni-C相图 160

5.2.3 高压Fe-C相图 161

5.2.4 金刚石生长“V”形区 161

5.2.5 Fe-（Ni）Co-C三元相图 163

5.2.6 高温高压在位测量结果 164

5.3 石墨-金刚石转变 165

5.3.1 石墨-金刚石转变为一级相变 165

5.3.2 石墨-金刚石相平衡线的热力学计算 166

5.3.3 石墨-金刚石转变为重构型相变 167

5.3.4 石墨-金刚石转变为非均匀相变 168

5.3.5 石墨-金刚石转变为复相催化反应 169

5.3.6 能带论与石墨-金刚石催化过程 170

5.3.7 配位场与石墨-金刚石催化过程 172

5.4 Fe3C？C（金刚石）＋3γ-Fe的热力学分析 174

5.5 FeC化合物生长金刚石的实验 175

小结 177

第六章 芶氏金刚石转变机理简介 178

引言 178

6.1 芶氏金刚石转化机理 179

6.1.1 石墨晶体的两种结构 179

6.1.2 石墨到金刚石的直接转化 179

6.1.3 有催化剂存在时石墨向金刚石的转变 180

6.1.4 催化剂与石墨的优选原则 180

6.2 石墨表面的金刚石膜对生长金刚石的影响 182

小结 183

第七章 石墨再结晶形态 184

引言 184

7.1 高温高压条件下石墨的再结晶现象 185

7.1.1 多晶石墨的微结构 185

7.1.2 未进入催化剂中石墨的结晶形态 187

7.1.3 催化剂合金中碳的浓度梯度 187

7.1.4 多晶石墨在催化剂合金内的结晶形态 190

7.2 温度、压力对再结晶石墨形态的影响 190

7.2.1 温度对再结晶石墨形态的影响 190

7.2.2 压力对再结晶石墨形态的影响 192

7.2.3 靠近金属膜的石墨形貌 194

7.2.4 成核阶段压力、温度对再结晶石墨形态的影响 194

7.3 石墨-合金界面 196

7.3.1 石墨与合金相互渗透 196

7.3.2 金刚石晶体的生长 198

7.3.3 石墨形态变化的启示 201

小结 201

第八章 金刚石单晶生长技术 202

引言 202

8.1 金刚石生长速度讨论 202

8.2 稳定的温度、压力场的获得 206

8.2.1 热量的传递 206

8.2.2 六面顶压机高压腔体内压力、温度分布 209

8.2.3 均匀温度、压力场的获得 210

8.3 工艺参数的选择 212

8.3.1 提前加热的原因 213

8.3.2 加热压力的选择 213

8.3.3 暂停压力的选择 214

8.3.4 暂停压力时间的确定 214

8.3.5 电流与压力 214

小结 215

附录 提纯 216

1 电解 216

1.1 电解原理简介 216

1.2 电解液参数对电解过程的影响 217

1.3 摇床工作原理简介 218

1.4 电解泥球磨工艺参数 219

2 化学反应方程式 221

2.1 泡稀硝酸的反应方程 221

2.2 高氯酸氧化石墨法反应方程式 221

2.3 硫酸-硝酸（或硝酸钠）反应方程式 222

2.4 氧化法原理 222

2.5 去除叶蜡石反应方程式 222

2.6 氯气的治理反应方程式 223

2.7 氮氧化物的治理反应方程式 223

参考文献 224

后记 234