1．目的及意义

1.目的及意义

1.1国内外研究现状分析

金刚石的特色：金刚石具有极好的导热性能，在常温下，金刚石的热导率能够达到21W/cm#65381;K，是热导率最高的材料。金刚石热导率稳定，经过切割加工的金刚石材料可以用作大型器材窗口材料以及产热量高的器件中。金刚石是最硬的天然材料，在以十种矿物为基准确定1-10的摩氏硬度中，金刚石的摩氏硬度为10。金刚石硬度可达5700kg/mm^２－10400kg/mm^２之间是立方氮化硼的两倍，是碳化硅的四倍，是刚玉的近五倍。金刚石因其超硬耐磨、高导热、高绝缘等性质在工业中应用领域广泛，前景广阔^[13]。

金刚石人工合成历史简述：在1772年，法国的化学家Antoine L. Lavoisier发现金刚石燃烧生成二氧化碳，1796年英国的化学家Smith Tennant证明金刚石与石墨一样是由碳元素组成。人们开始一直探索如何能够人工合成金刚石，经过100多年的漫长研究，在1954年12月16日由美国通用电气公司的Bundy F.P.,HallH.T, Strong Ｈ.Ｍ．等科学家采用高温高压技术，用镍作为触媒在实验中合成出了人造金刚石。美国通用电气公司科学家继续研究开发出由十二种元素（铁，镍，钴，钌，钯，锇，钍，铀，铱，络，猛，钽）组成的金属触媒来合成金刚石。1961年，DecarliP.S.Jamieson J.C．使用爆炸法令石墨转变成了金刚石。1963年，美国通用电气公司在静态高压下，首次不使用任何触媒，直接使用石墨合成了金刚石。1972年，美国通用电气公司Strong H.M．和Wentorf R.H．首次使用小颗粒金刚石晶体做碳源，利用碳源从高温区域向低温区域进行扩散，在小颗粒晶体上合成生长出宝石级大颗粒金刚石。1961年我国设立人造金刚石研究组，并于1963年合成出金刚石，成为能够合成金刚石的少数国家之一^[13]。

金刚石合成方法：人造金刚石是用人工合成的方法使非金刚石结构碳转变为常压下存在的金刚石结构碳,并且还可以用控制金刚石成核和生长技术制备较大的单晶和多晶金刚石,到目前为止,人造金刚石的研究和产业化发展迅速,具体方法很多。按所用合成技术的特点可归纳为静态高温高压法、动态高温高压法和低压或常压高温法。按其生长机制特征可归纳为直接转变法、溶剂触媒或熔态触媒法和外延生长法。直接转变法就是用碳素材料在高温高压下直接转变成金刚石（可选择动压法和静压法，条所需条件高在1773K温度下需要约20Gpa压力）。用碳素材料和催化剂作原料在高温高压下合成金刚石为触媒法（可选择静压法，所需条件相对较低，在1773K温度下需要约5-6Gpa压力）因此最常用的触媒法合成人造金刚石^[14]。触媒包括金属触媒和非金属触媒。

1959年H.P Bvenkerk等人发表有关人造金刚石用触媒材料的第一篇文章,指出铁、钻、镍、钉、锗、针、铱、饿、铂、铬、锰、担及其合金可作触媒材料.1960年,Strong提出使用合金作触媒,会使合成金刚石的温度和压力比纯金属的更低,合成压力可降至5Gpa左右。1961年,Wakatsuki发现,、Ti、Cu等合金作触媒也能合成出金刚石,只不过合成温度和压力稍高^[14]。非金属触媒包括碳酸盐、氢氧化物、氢化物、硼氢化物、硫酸盐、硼酸盐、单质S、P等。Fe是最常用的触媒，但是高压下C在固相Fe-C体系中的转变问题并没有得到很好的研究。以往使用Fe作为触媒，主要是在极高温度下实现触媒的液相催化作用。Fe-N-C体系更没有研究。高压下的转变问题没有得到较好的研究。以往的研究专注点是如何形成更高品质的金刚石。

1.2目的及意义

本课题的研究目的是首先针对Fe-C体系，考察固相反应时C的转变和在Fe晶格之中的占位问题，分析Fe-C固溶体的晶体结构和C在相态之间的分配问题。

本课题的另一个目的是探索Fe-N-C体系中C的石墨-金刚石和转变问题。根据已有文献的报导，在富氮体系中金刚石形成后具有独特的性能。视具体实施过程，本课题主要的着重点是第一个研究目的。
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2. 研究的基本内容与方案

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2.基本内容和技术方案

2.1基本内容