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氮是金刚石中最主要的杂质元素,天然金刚石含氮量约为2×103ppm,多为无色(Ia型):而人工合成金刚石的含量仅仅约为300ppm,为黄色(Ib型)。两种金刚石在氮浓度及存在形式上有很大差异,导致了两种金刚石的诸多性质不同。合成具有完整晶型的高氮含量金刚石能提供一种人工合成类“天然”金刚石和“硼皮氮芯”金刚石的开创性技术。更为重要的是这一突破能使人们对天然金刚石的形成机制有一个更新的认识。本实验室前期已经通过添加NaN3使用粉末触媒合成出了氮含量与天然金刚石相当的工业级金刚石。然而,工业级金刚石颗粒毕竟尺寸有限,一般粒径只有O.5mm左右,这与天然金刚石颗粒还是有着相当大的距离的。此外由于粒径较小,也限制了高氮金刚石在诸多方面的应用。因此在此基础上对高温高压条件下合成高氮含量的大尺寸宝石级金刚石进行研究有着十分重要的意义。本文使用国产六面项压机,首次用不同触媒(FeNiMnCo、FeNiCo)+C+不同比例的添加剂NaN3合成出具有完整晶型的优质深绿色高氮含量宝石级金刚石单晶,研究了NaN3对宝石级金刚石中氮含量及生长行为的影响。为了进一步考察NaN3的添加对于晶体生长的影响,我们借助扫描电镜的手段对晶体的形貌进行了研究。随着NaN3的加入,晶体逐渐向富{111}晶面形态转变,此时晶体表面也逐渐趋于平滑,很少出现熔坑等缺陷。当NaN3的添加比例进一步提高时,晶体表面开始出现一系列的相互平行的凹槽。当NaN3的添加比例提高到0.6wt%时,晶体表面出现了不规则分布的三角形凹坑,以及大量不规则形状的凸台。综上所述,本文通过对高氮含量宝石级金刚石合成的研究,找到了生长优质高氮晶体的有效手段。并首次合成出了含氮量达1707ppm的宝石级金刚石单晶。合成出尺寸达3.2mm含氮量达1520ppm的优质晶体。