Fe-B-C体系金刚石单晶的高温高压制备与表征*

徐 洋, 张壮飞, 黄国峰

(1.包头师范学院 物理科学与技术学院, 内蒙古 包头 014030)(2.郑州大学 物理学院(微电子学院), 材料物理教育部重点实验室, 郑州 450052)(3.赤峰学院, 内蒙古自治区高压相功能材料重点实验室, 内蒙古 赤峰 024000)

人造金刚石合成技术经过60多年的发展，已对我国工业技术的发展起到重要的支撑和促进作用[1]。人造金刚石是在模拟天然金刚石形成的高温高压环境下合成的，通常含有多种杂质元素，对金刚石的各项性质影响较大[2]。例如，随着金刚石中游离态氮的增加，人造金刚石的颜色逐渐加深；而当金刚石中含有硼元素时，随着硼掺杂浓度的增加，其颜色变为蓝色，甚至黑色，其力学、热学、光学及电学等性质会发生显著变化[3]。在热学领域，金刚石具有极高的热导率和抗氧化性；在电学领域，对金刚石进行掺杂研究，可以使其由绝缘体变成半导体、导体甚至超导体[4-6]；在机械加工领域，金刚石的耐磨性、冲击韧性、抗压强度等均能满足精密加工的需求。因此，金刚石在诸多领域具有广泛的应用前景，引起了众多研究者的关注[7]。

选用最不易进入到金刚石中的单质铁作为触媒，由于其渗碳能力强于传统合金触媒的，金刚石的生长速度较快，晶体质量较难控制。但在纯铁触媒中添加一定比例的无定型硼粉，选取合适的工艺参数，调控其生长速度可生长出含硼金刚石。研究硼的添加对纯铁触媒体系金刚石单晶生长及晶体表面形貌的影响，并通过拉曼光谱分析其晶体结构特征。……