高温高压下人造金刚石过程的热力学分析—

人工晶体学报, 2015, 44(10): 2658-2663.

高温高压下人造金刚石过程的热力学分析——相平衡信息及其应用

李长荣 ^1, , 杜振民 ^2, , 徐骏 ^3, , 李静波 ^4, , 苏旭平 ^5, , 张维敬 ^6,

1.北京科技大学材料科学与工程学院,北京,100083

2.北京科技大学材料科学与工程学院,北京,100083

3.北京有色金属研究总院,北京,100088

4.北京理工大学材料学院,北京,100081

5.常州大学材料科学与工程学院,常州,213164

6.北京科技大学材料科学与工程学院,北京,100083

基金项目: 国家高技术研究发展计划(863计划)(2013AA031601)

关键词：金刚石 , 相平衡 , 高温高压 , 三相定态反应链 , Fe-Ni-C体系

Thermodynamic Analysis on the Synthetic Process of Diamond under High Temperature and High Pressure: Phase Equilibria and Their Application

Keywords： diamond , phase equilibrium , high temperature and high pressure , static stable reaction chain of three phases , Fe-Ni-C system

借助Fe-C二元系在5.7 GPa高压下等压相图提供的有关相平衡信息,以及石墨相Gra.和液相Liq.之间的介稳平衡信息,主要对以Fe作溶剂,以石墨为碳源,在高温高压下获得人造金刚石的主要工艺进行了热力学分析.分析结果显示:在Dia.+Liq.两相平衡区里引入石墨相,则引发Gra.→Dia.+Liq.析液反应过冷转变.这种转变是以三相定态反应链模式实现的.这种模式可以是等温的,亦可以呈一定温度梯度,分别对现行的一次性形核长大工艺和温度梯度法由籽晶/籽晶群同质外延工艺进行热力学分析和评述,并给出转变的指向和限度.分析结果还表明:在三相定态反应链模式下,人们通常所谓的包裹物都是液相卸压降温后的转变产物.本文的分析方法也适用于Fe-C体系、Ni-C体系和Fe: Ni成分比约为5:5～7:3范围内的Fe-Ni-C体系.

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