金刚石等超硬材料的高压合成、应用和开发——中科院物理所高压和人工合成金刚石研究50周年

摘要

1964年，由沈主同负责的金刚石合成组，进一步开展实验并掌握了金刚石的一些生长规律，经x射线分析为单晶，经过硬度测试，质量良好。同时初步研究了不同催化剂、石墨、压力和温度等条件对晶体生长的影响，深入探索了晶体长大的规律。此外，还建立了高温熔炼设备，熔炼出镍、镍铬、镍铬铁合金催化剂，解决了合成金刚石的触媒问题，物理所于1965年合成出立方氮化硼。金刚石研究转向优质和大颗粒单晶的生长，质量居于国内领先地位，同时还开展了金刚石合成、生长机理的研究。国内也出现溶剂、催化(触媒)和固相直接转化等典型观点及催溶剂、熔媒等新观点。20世纪70年代，六室的人造金刚石研究工作已从优质单晶转向大颗粒多晶(聚晶)。1984年后，金刚石组还开展了高压下金刚石掺杂烧结机理一界面结合理论和实验的研究，推导出拉普拉斯第二定律的一个普适性表达式和金刚石掺杂烧结体系中有关凝聚相界面的结合特征方程，以探索一种特殊组织结构界面的多晶金刚石；选择若干典型掺杂结合元素和熔媒元素，进行高温高压下有关凝聚相界面结合的实验和相应的显微观察及分析，以了解界面结合特征和所用元素的存在形式，进而掌握烧结过程中掺杂效应的本质；进行一种新型多晶金刚石探索性实验，研制成功的wL一1型烧结多晶金刚石具有与陶瓷相似的显微组织结构，金刚石的自体键合和球化掺杂交错并存的界面结合状态。