金刚石/金属触媒界面表征及金刚石生长的热力学分析

摘要

利用场发射扫描电子显微镜（FESEM）和X射线能谱仪（EDS）研究了高温高压触媒法合成金刚石后金刚石/触媒界面的物相组成,发现铁镍元素与碳元素的原子比为3.1∶1,并分析得出高温高压下界面中存在Fe3C、Ni3C物相结构。据此,利用热力学中经典的ΔG〈0判定法,计算Me3C（Me：Fe,Ni）物相分解出金刚石的自由能变化。结果表明：在触媒法合成金刚石条件下（1500-1700 K、5-6 GPa）,Me3C C（金刚石）＋3Me比石墨金刚石的ΔG更负。因此,从热力学角度看,Me3C的形成,尤其是铁基触媒中Fe3C、Ni3C的形成,说明触媒法合成金刚石单晶是来自于Me3C型碳化物的分解,而并非石墨结构的直接转变。