摘要 本文在国产六面顶压机上利用高温高压方法，在铁基粉末触媒中添加不同含量的硼粉，合成出了粒度峰值为300目的掺硼细颗粒金刚石方晶(六面体)。对其内部包裹体的形态和Raman光谱进行了研究。实验结果表明，随着硼添加量增加，晶体颜色逐渐加深，在高倍光学显微镜下，通过透射光可以明确看到里面的包裹体的形态，形状不一，颗粒越细小，透明度越高，包裹体越少。拉曼光谱的分析结果表明，由于硼的进入，使金刚石产生晶格缺陷和畸变。
关键词 掺硼细颗粒金刚石 包裹体 高温高压 Raman光谱
Studies on inclusion and Raman of cubic——shape fine boron——doped diamond
Abstact Cubic—shape diamond single crystals with granularity peak value about 300 meshes were synthesized in cubic press using Fe——based powder catalyst with different contents of b0．ron．The inclusion Style and Raman of synthetic diamond were studied．The experiment resuhs show that the crystal color becomes dark gradually with boron increase．In high power micr0—scope for transmitted light．the shape of inclusion inside is observed distinctly and the style is different．With the granular smaller and transparency increasin9，the inclusion reduces．The entry of boron into diamond produced crystal lattice disfigurement and resulted the change of its half peak width and peak intensity by Raman analysis．
Key words Fine boron—doped diamond Inclusion HPHT Raman spectral
1 引言
人造金刚石晶体中含有多种杂质和包裹体，它们对金刚石的硬度、强度、热传导、光学吸收及电学性能等有不同的影响…。包裹体的来源、存在形态和影响方式不尽相同，对它们的研究不仅可以促进高纯度、大颗粒金刚石的合成，而且可以得到各种性能优异的金刚石晶体，同时对于揭开人造金刚石形核与长大机制也有重要意义。硼是一种重要的杂质元素，对金刚石的电学、热学和力学性能都有重要影响¨一3。对金刚石中含硼包裹物的研究不但有助于合成高品质的金刚石单晶，而且对今后金刚石的有效掺杂具有重要的意义。
细颗粒金刚石在精加工、高精加工和精密抛光等方面有着其它材料不可替代的优点，加上掺硼金刚石具有高的抗压强度、好的耐热性以及可以磨削铁等特性Mj。掺硼细颗粒金刚石体现了双重优越的特性，广泛应用于制造电镀制品、砂轮、磨轮，适合高档石材的抛光、雕刻、磁性材料的加工等。到目前为止，国内外对掺硼金刚石做了大量的研究，但在掺硼细颗粒金刚石单晶研究方面报道很少，开展这项研究具有重要的意义。
2 实验
实验是在国产SPD 6×1200型六面顶压机上进行的。使用叶蜡石粉压成型块为传压介质，采用银灰色雾化铁基粉末触媒，其纯度为99．9％，粒度为200目以细。石墨原料采用的是鳞片状石墨粉，粒度为200目。鳞片状石墨、铁基触媒和无定形硼粉按一定比例经混料机均匀混合后粉压成型。高温高压合成后对样品进行酸处理，而后用光学显微镜透射光观察金刚石形貌。
本实验的合成压力是根据铋Bi、钡Ba和铊r11的高压相变点所建立的油压与腔体内部的压力的定标曲线进行标定的。合成温度是根据Pt6％Rh～Pt30％Rh热电偶测定的输入功率与温度的关系曲线进行标定的。
3 结果与分析
3．1 硼对细颗粒金刚石包裹体的影响
为研究硼对细颗粒金刚石的影响，在金刚石v形区的低温区，合成出了不同掺硼量，晶型为六面体的细颗粒金刚石单晶，如图l所示。利用光学显微镜透射光照出的照片可以清楚的看到金刚石中包裹体的分布。如图1（a）所示，掺硼量较低时，颗粒越细小，晶体越近于透明。方晶中包裹体大都呈对角线分布，个别呈圆团状。晶体中的包裹体有以下几种分布，如图2所示。
(图中a、b硼的添加量分别为lawt％、2awt％，a是一个常数)
图l 掺硼细颗粒金刚石的光学显微镜照片
图2 掺硼细颗粒金刚石的包裹体分布形式nextpage
由于硼原子比碳原子要小，容易进入金刚石内部，以填补空位、取代碳原子为存在方式。在高温高压下成核前的一段时间内，混在一起的硼、石墨和触媒会相互扩散和渗透。硼和触媒生成硼化物，硼原子也会取代石墨中的碳原子或填补其空位，形成晶格缺陷。这些都能导致包裹体的产生。对比较高掺硼量的细颗粒金刚石显微强透射光照片，如图1（b）所示，晶体呈透明和半透明的状态，依然能清晰看到包裹体的分布。成核后硼原子再进入金刚石时容易从顶角进入，沿对角方向向中心层层输送。越向中心，输送的速度越慢，顶角向周围扩散越快。如图l（b）所示，周围呈半透明时，中心部位基本都透明；周围基本不透明时，中心部位还能透射出光线来。掺硼细颗粒金刚石低温晶体顶角部位最容易变成黑色不透明。
3．2 硼对细颗粒金刚石拉曼光谱的影响
对以上合成的两种掺硼细颗粒金刚石进行了拉曼光谱的分析发现：金刚石的拉曼峰发生了移动。人工合成的黄色金刚石室温下拉曼峰为1333cm～，半峰宽3era一∞j。较低掺硼量的细颗粒金刚石的拉曼峰向低波数方向稍有移动，半峰宽增加了l．5em一，如图3（a）所示。而较高掺硼量的细颗粒金刚石拉曼峰为l331．24em～，半峰宽为4．9em～。与不掺硼金刚石相比，其拉曼峰位向低波数方向移动了1．8cm l左右，其半峰宽增加了2．9cm～。对比高低两种掺硼金刚石的拉曼光谱，最为明显的是拉曼峰的强度大幅度降低，由23000降低到2800。
(图3 a、b硼的添加量分别为lawt％、2awt％，a是一个常数)
图3 掺硼细颗粒金刚石单晶的拉曼光谱
拉曼光谱特征的上述变化，与硼原子进入细颗粒金刚石晶格中的影响有关。金刚石中硼原子少时，原子通常以取代碳原子、填补空位的形式存在，对晶格结构干扰不严重；当大量硼原子进入时，会出现多种复杂的包裹体以及它们的混合状态，它们使金刚石晶格产生较强的畸变和局部破坏，从而产生晶格结构的应力和缺陷，将拉曼峰加宽。金刚石晶格中，大量缺陷的出现，使晶体的平移对称性被破坏，不再遵守一级拉曼散射的动量守恒关系，使晶体振动带中所有振动膜发生改变，拉曼峰就被削弱。缺陷浓度越大，削弱越严重，就导致其强度随掺硼量增加而减弱。
4 结论
本文通过光学显微镜透射光照片，总结了掺硼细颗粒金刚石的包裹体分布的状态，并分析硼进入金刚石的机制。晶型为六面体的掺硼细颗粒金刚石，生长过程中，顶角较容易进人硼，沿着对角的方向向中心一层一层的扩散。通过拉曼光谱分析表明硼的进入引起晶体结构的应力和缺陷，使其半峰宽增加；晶体振动带模式的改变，使其拉曼峰强度减弱。
