CN113120896A - 一种硼掺杂纳米聚晶金刚石及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种硼掺杂纳米聚晶金刚石及其制备方法，属于复合材料技术领域。本发明碳纳米葱或无定形碳为碳源，以晶体硼(B)或非晶硼(B)为硼源(作为杂质元素)，采用高温高压(10～22GPa/1600～2150℃)烧结方法制备硼掺杂纳米聚晶金刚石，通过掺杂硼引入的空穴在金刚石中形成受主能级，吸附价带中的电子形成自由电子，从而可以改善纳米聚晶金刚石的电学性能；而且，本发明以B作为传压介质和晶核，降低了碳源的烧结压力和烧结温度，提高了碳源的转换率，所制备的硼掺杂纳米聚晶金刚石兼具聚晶金刚石硬度高和化学惰性强的优点，同时具有良好的电学性能，弥补了现有聚晶金刚石电学性能差的缺点。
Description
技术领域
本发明涉及复合材料技术领域，尤其涉及一种硼掺杂纳米聚晶金刚石及其制备方法。
背景技术
聚晶金刚石(PCD)具有很高的硬度和耐磨性，它克服了单晶金刚石各向异性和{111}晶面解离破坏的缺点，被广泛地应用在航空航天、电子、建筑、宝石加工、石油钻井和地质勘探等众多领域。聚晶立方氮化硼(PCBN)的硬度仅次于金刚石，聚晶的晶粒呈无序排列，各向同性，不存在解理面，具有较高的硬度、耐磨性和抗冲击性以及良好的热稳定性、化学稳定性和导热性，摩擦系数较低，广泛应用于工业切削、新型刀具材料和耐磨铸铁类加工等领域。
中国专利[CN101723358A,纳米圆葱头-碳高温高压制备聚晶金刚石烧结体的方法，2010年6月9日公开]采用纳米圆葱头-碳为原料，利用六面顶压机在2～6GPa/1000～1600℃/1～6min合成了聚晶金刚石，其块体致密，维氏硬度达到了45～61GPa，烧结体的晶粒度小于20nm，克服了现有工艺合成的PCD中由于添加剂的残留导致弱相的存在致使PCD机械性能降低的潜在问题，并在较低的烧结温度下合成了高硬度的PCD。中国专利[CN103274398A,纳米圆葱头-碳+微米金刚石制备聚晶金刚石的方法，2013年9月4日公开]采用OLC(碳纳米葱)与微米金刚石，利用六面顶压机在4～6.5GPa/1000～1600℃/1～15min合成了聚晶金刚石，获得的聚晶金刚石烧结体表面光润、块体致密，维氏硬度达到41～70GPa。中国专利[CN104209062A,超高硬度纳米孪晶金刚石块体材料及其制备方法,2014年12月17日公开]公开了一种超高硬度纳米孪晶金刚石块体材料及其制备方法，采用高密度缺陷的OLC在18～25GPa/1850-2000℃条件下合成了纳米孪晶金刚石，纳米孪晶金刚石中具有独特的孪晶结构，维氏硬度为155～350GPa，努氏硬度为140～240GPa，孪晶宽度为1～15nm，其硬度远高于金刚石单晶体和超硬多晶金刚石的硬度。唐虎等[唐虎.纳米聚晶金刚石合成和碳纳米葱高温高压相变机理的研究[D].秦皇岛：燕山大学，2018]在10～25GPa/1800℃条件下研究了OLC的相变行为，结果证实了OLC向金刚石的转变和石墨向金刚石的转变类似，是一个马氏体相变过程；相变的发生导致了OLC(002)面的相互滑动。然而，封闭连续的碳壳层限制了(002)面的滑动，从而导致了应力的产生，孪晶金刚石的形成则是累计应力释放的结果。岳永海等利用OLC为前驱物在15GPa/2000℃合成了具有优异韧性的层状结构金刚石复合材料。该材料由金刚石多型(polytypes)、交织的纳米孪晶以及连锁的纳米晶粒分级组装而成，增强的韧性更是超越镁合金达到人造金刚石的五倍之多，克服了硬度和韧性之间的折中[Yonghai Yue,et al.Hierarchically structured diamond compositewith exceptional toughness[J].Nature,582:370-374.2020]。中国专利[CN111423232A,一种制备致密聚晶金刚石的方法和一种硼掺杂聚晶金刚石,2020年7月17日公开]采用具有金刚石核芯的碳纳米葱作为碳原料，掺加单质硼或氧化硼，经过初步预压成型(预压压力为300～500MPa)及二次高压预压成型(预压压力为3～5GPa，600～800℃)在5～10GPa/1200～2000℃/1～200min合成了致密硼掺杂聚晶金刚石，所制备的硼掺杂聚晶金刚石的晶粒尺寸为10～2000nm，维氏硬度为61～158GPa，断裂韧性为4.7～16.8MPa·m0.5，空气中起始氧化温度为716～1276℃。这种方法能够较大程度地降低聚晶金刚石的合成条件及合成时间，适合于工业化生产。
然而，上述方法制备的纳米聚晶金刚石的导电性能有所不足，并且烧结条件较高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种硼掺杂纳米聚晶金刚石及其制备方法，能够降低纳米聚晶金刚石的烧结条件，并提高其导电性能。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种硼掺杂纳米聚晶金刚石的制备方法，包括以下步骤：
将碳源和硼源混合，得到混合料；所述碳源为碳纳米葱或无定形碳，所述硼源为晶体硼或非晶硼；
将所述混合料进行预压成型，得到预成型体；
将所述预成型体进行高温高压烧结，得到硼掺杂纳米聚晶金刚石；
所述高温高压烧结的压力为10～22GPa，烧结温度为1600～2150℃。
优选的，所述碳纳米葱的平均粒度为5nm，所述无定形碳的平均粒度为20nm。
优选的，所述碳纳米葱的制备方法包括：将爆轰纳米金刚石粉进行退火，得到碳纳米葱；所述退火的温度为1200～1600℃，真空度为1.0×10-2Pa。
优选的，所述碳纳米葱为含金刚石结构核心的碳纳米葱或完整结构的碳纳米葱。
优选的，所述晶体硼的粒度为0.5μm，所述非晶硼的粒度为0.5～2μm。
优选的，所述硼源在混合料中的质量百分比为5～15％。
优选的，当所述硼源为晶体硼时，所述硼源在混合料中的质量百分比为15％；当所述硼源为非晶硼时，所述硼源在混合料中的质量百分比为5～10％。
优选的，所述预压成型的压力为400～600MPa，保压时间为30～60s。
优选的，所述高温高压烧结的保温时间为10～30min。
本发明提供了上述技术方案所述制备方法制备得到的硼掺杂纳米聚晶金刚石，包括纳米聚晶金刚石和掺杂于所述纳米聚晶金刚石中的硼。
本发明提供了一种硼掺杂纳米聚晶金刚石的制备方法，包括以下步骤：将碳源和硼源混合，得到混合料；所述碳源为碳纳米葱或无定形碳，所述硼源为晶体硼或非晶硼；将所述混合料进行预压成型，得到预成型体；将所述预成型体进行高温高压烧结，得到硼掺杂纳米聚晶金刚石；所述高温高压烧结的压力为10～22GPa，烧结温度为1600～2150℃。本发明以碳纳米葱或无定形碳为碳源，以晶体硼(B)或非晶硼(B)为硼源(作为杂质元素)，采用高温高压(10～22GPa/1600～2150℃)烧结方法制备硼掺杂纳米聚晶金刚石，掺入金刚石晶格中的硼原子可在金刚石基体中形成受主能级，吸附价带中的电子形成自由电子，从而可以改善纳米聚晶金刚石的电学性能；硼原子的存在还会促进金刚石的聚晶化，使烧结体内部富含晶界，掺硼金刚石晶粒间相互连接成网络状结构使硼掺杂纳米聚晶金刚石获得优异的电学性能；而且，本发明以B作为传压介质和晶核，降低了碳源的烧结压力和烧结温度，提高了碳源的转换率，所制备的硼掺杂纳米聚晶金刚石兼具聚晶金刚石硬度高和化学惰性强的优点，同时具有良好的电学性能，弥补了现有聚晶金刚石电学性能差的缺点。
具体实施方式
本发明提供了一种硼掺杂纳米聚晶金刚石的制备方法，包括以下步骤：
将碳源和硼源混合，得到混合料；所述碳源为碳纳米葱或无定形碳，所述硼源为晶体硼或非晶硼；
将所述混合料进行预压成型，得到预成型体；
将所述预成型体进行高温高压烧结，得到硼掺杂纳米聚晶金刚石；
所述高温高压烧结的压力为10～22GPa，烧结温度为1600～2150℃。
在本发明中，若无特殊说明，所需制备原料均为本领域技术人员熟知的市售商品。
本发明将碳源和硼源混合，得到混合料。在本发明中，所述碳源为碳纳米葱(OLC)或无定形碳，所述碳纳米葱的平均粒度优选为5nm，所述无定形碳的平均粒度优选为20nm。
在本发明中，所述碳纳米葱的制备方法优选包括：将爆轰纳米金刚石粉进行退火，得到碳纳米葱。本发明对所述爆轰纳米金刚石粉的来源没有特殊的限定，本领域熟知的市售商品即可；在本发明的实施例中，所述爆轰纳米金刚石粉的平均晶粒尺寸为5nm。在本发明中，所述碳纳米葱的成分为碳，晶体结构为纳米洋葱结构；所述碳纳米葱为含金刚石结构核心的碳纳米葱(最外层有石墨片或单层石墨烯或几层石墨烯)或完整结构(碳纳米葱完全由弯曲石墨壳层结构组成，不存在金刚石核心，并且石墨壳层完整)的碳纳米葱。
在本发明中，所述退火的温度优选为1200～1600℃，真空度优选为1.0×10-2Pa；当所述退火温度为1200～1350℃时，所制备的碳纳米葱为含金刚石结构核心的碳纳米葱；当退火温度为1400～1600℃时，所制备的碳纳米葱为完整结构的碳纳米葱。本发明对所述退火的时间没有特殊的限定，达到设定的退火温度后随炉冷却即可。
在本发明中，所述硼源为晶体硼或非晶硼，所述晶体硼的粒度优选为0.5μm，所述非晶硼的粒度优选为0.5～2μm。
在本发明中，所述硼源在混合料中的质量百分比优选为5～15％；当所述硼源为晶体硼时，所述硼源在混合料中的质量百分比优选为15％；当所述硼源为非晶硼时，所述硼源在混合料中的质量百分比优选为5～10％，更优选为6～8％。
本发明对所述碳源和硼源混合的过程没有特殊的限定，按照本领域熟知的过程能够将物料混合均匀即可。
得到混合料后，本发明将所述混合料进行预压成型，得到预成型体。在本发明中，所述预压成型的压力优选为400～600MPa，更优选为450～550MPa，保压时间优选为30～60s，更优选为40～50s。本发明对所述预压成型所用设备没有特殊的限定，选用本领域熟知的设备即可。
得到预成型体后，本发明将所述预成型体进行高温高压烧结，得到硼掺杂纳米聚晶金刚石。在本发明中，所述高温高压烧结的压力为10～22GPa，优选为12～20GPa，更优选为15～18GPa；烧结温度优选为1600～2150℃，更优选为1800～2100℃，进一步优选为1950～2050℃。本发明优选在10～24h内施加压力至所述高温高压烧结的压力；自室温升温至所述烧结温度的升温速率优选为10℃/min。在本发明中，所述高温高压烧结的保温时间优选为10～30min，更优选为15～25min。本发明对所述高温高压烧结所用设备没有特殊的限定，选用本领域熟知的设备即可。
在本发明中，所述高温高压烧结所用模具组装的方法优选为将预成型体置于氮化硼坩埚中备用，将带有凹槽的LaCrO3空心隔热柱放入带有空腔的MgO八面体中，并使其与LaCrO3柱内壁和MgO八面体外边缘严格紧密接触，随后在空腔内放入Al2O3垫片，并在其上放置正、负电偶的Al2O3四孔柱，用Al2O3粉末填充孔隙，再用Al2O3胶封装，然后置于恒温干燥箱(110℃)中干燥1h，将装有预成型体的氮化硼坩埚放入干燥好的上述八面体中，添加Al2O3堵头，放入二级合金锤，完成组装，进行高温高压烧结。本发明对所述组装所用设备以及详细组装过程没有特殊的限定，选用本领域熟知的设备并按照本领域熟知的过程进行组装即可。
完成所述高温高压烧结后，本发明优选将所得物料冷却至室温，卸压后，将所得毛坯依次进行表面磨削和去毛刺处理，得到硼掺杂纳米聚晶金刚石。本发明对所述冷却、卸压、表面磨削和去毛刺处理的过程没有特殊的限定，按照本领域熟知的过程进行即可。
本发明提供了上述技术方案所述制备方法制备得到的硼掺杂纳米聚晶金刚石，包括纳米聚晶金刚石和掺杂于所述纳米聚晶金刚石中的硼。在本发明中，所述硼掺杂于纳米聚晶金刚石晶格中，或掺杂于纳米聚晶金刚石晶粒间。
在本发明中，当碳源为含金刚石结构核心的OLC，且硼源为晶体B时，所制备的硼掺杂纳米聚晶金刚石的维氏硬度为30.94～84.91GPa；当碳源为完整结构的OLC，且硼源为晶体B时，所制备的硼掺杂纳米聚晶金刚石的维氏硬度为32.95～37.88GPa；当碳源为完整结构的OLC，且硼源为非晶B时，所制备的硼掺杂纳米聚晶金刚石的维氏硬度为70.49～102GPa；当碳源为无定形碳，且硼源为非晶B时，所制备的硼掺杂纳米聚晶金刚石的维氏硬度为61.46～79.87GPa。
下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
以下实施例中，所用无定形碳的平均粒度为20nm，晶体B的粒度为0.5μm，非晶B的粒度为0.5～2μm。
实施例1
将爆轰纳米金刚石粉末(平均晶粒尺寸5nm)进行退火处理，真空度1.0×10-2Pa，退火温度1200℃，随炉冷却后，得到含金刚石结构核心的OLC，平均粒度为5nm；
将1.08mg晶体B粉末与6mg OLC粉末在研钵中混合均匀，得到混合料；
将所述混合料进行预压，预压压力为400MPa，预压时间为10s，得到预成型体；
将所述预成型体进行高温高压烧结：在13h内将预成型体施加压力至12GPa，然后以10℃/min的升温速率从室温升到2150℃，保温10min，冷却后，卸压，将所得毛坯依次进行表面磨削和去毛刺处理，得到硼掺杂纳米聚晶金刚石。
实施例2
将爆轰纳米金刚石粉末(平均晶粒尺寸5nm)进行退火处理，真空度1.0×10-2Pa，退火温度1250℃，随炉冷却后，得到含金刚石结构核心的OLC，平均粒度为5nm；
将1.08mg晶体B粉末与6mg OLC粉末在研钵中混合均匀，得到混合料；
将所述混合料进行预压，预压压力为400MPa，预压时间为10s，得到预成型体；
将所述预成型体进行高温高压烧结：在10h内将预成型体施加压力至10GPa，然后以10℃/min的升温速率从室温升到2150℃，保温15min，冷却后，卸压，将所得毛坯依次进行表面磨削和去毛刺处理，得到硼掺杂纳米聚晶金刚石。
实施例3
将爆轰纳米金刚石粉末(平均晶粒尺寸5nm)进行退火处理，真空度1.0×10-2Pa，退火温度1300℃，随炉冷却后，得到含金刚石结构核心的OLC，平均粒度为5nm；
将1.08mg晶体B粉末与6mg OLC粉末在研钵中混合均匀，得到混合料；
将所述混合料进行预压，预压压力为400MPa，预压时间为10s，得到预成型体；
将所述预成型体进行高温高压烧结：在10h内将预成型体施加压力至10GPa，然后以10℃/min的升温速率从室温升到2150℃，保温30min，冷却后，卸压，将所得毛坯依次进行表面磨削和去毛刺处理，得到硼掺杂纳米聚晶金刚石。
实施例4
将爆轰纳米金刚石粉末(平均晶粒尺寸5nm)进行退火处理，真空度1.0×10-2Pa，退火温度1350℃，随炉冷却后，得到含金刚石结构核心的OLC，平均粒度为5nm；
将1.08mg晶体B粉末与6mg OLC粉末在研钵中混合均匀，得到混合料；
将所述混合料进行预压，预压压力为400MPa，预压时间为10s，得到预成型体；
将所述预成型体进行高温高压烧结：在13h内将预成型体施加压力至12GPa，然后以10℃/min的升温速率从室温升到2150℃，保温30min，冷却后，卸压，将所得毛坯依次进行表面磨削和去毛刺处理，得到硼掺杂纳米聚晶金刚石。
实施例5
将爆轰纳米金刚石粉末(平均晶粒尺寸5nm)进行退火处理，真空度1.0×10-2Pa，退火温度1400℃，随炉冷却后，得到完整结构的OLC，平均粒度为5nm；
将1.08mg晶体B粉末与6mg OLC粉末在研钵中混合均匀，得到混合料；
将所述混合料进行预压，预压压力为400MPa，预压时间为10s，得到预成型体；
将所述预成型体进行高温高压烧结：在10h内将预成型体施加压力至10GPa，然后以10℃/min的升温速率从室温升到2150℃，保温10min，冷却后，卸压，将所得毛坯依次进行表面磨削和去毛刺处理，得到硼掺杂纳米聚晶金刚石。
实施例6
将爆轰纳米金刚石粉末(平均晶粒尺寸5nm)进行退火处理，真空度1.0×10-2Pa，退火温度1600℃，随炉冷却后，得到完整结构的OLC，平均粒度为5nm；
将1.08mg晶体B粉末与6mg OLC粉末在研钵中混合均匀，得到混合料；
将所述混合料进行预压，预压压力为400MPa，预压时间为10s，得到预成型体；
将所述预成型体进行高温高压烧结：在13h内将预成型体施加压力至12GPa，然后以10℃/min的升温速率从室温升到2150℃，保温10min，冷却后，卸压，将所得毛坯依次进行表面磨削和去毛刺处理，得到硼掺杂纳米聚晶金刚石。
实施例7
将爆轰纳米金刚石粉末(平均晶粒尺寸5nm)进行退火处理，真空度1.0×10-2Pa，退火温度1400℃，随炉冷却后，得到完整结构的OLC，平均粒度为5nm；
将0.5mg非晶B粉末与9.5mg OLC粉末在研钵中混合均匀，得到混合料；
将所述混合料进行预压，预压压力为500MPa，预压时间为20s，得到预成型体；
将所述预成型体进行高温高压烧结：在22h内将预成型体施加压力至20GPa，然后以10℃/min的升温速率从室温升到1800℃，保温10min，冷却后，卸压，将所得毛坯依次进行表面磨削和去毛刺处理，得到硼掺杂纳米聚晶金刚石。
实施例8
将爆轰纳米金刚石粉末(平均晶粒尺寸5nm)进行退火处理，真空度1.0×10-2Pa，退火温度1500℃，随炉冷却后，得到完整结构的OLC，平均粒度为5nm；
将0.5mg非晶B粉末与9.5mg OLC粉末在研钵中混合均匀，得到混合料；
将所述混合料进行预压，预压压力为500MPa，预压时间为20s，得到预成型体；
将所述预成型体进行高温高压烧结：在22h内将预成型体施加压力至20GPa，然后以10℃/min的升温速率从室温升到1600℃，保温30min，冷却后，卸压，将所得毛坯依次进行表面磨削和去毛刺处理，得到硼掺杂纳米聚晶金刚石。
实施例9
将爆轰纳米金刚石粉末(平均晶粒尺寸5nm)进行退火处理，真空度1.0×10-2Pa，退火温度1400℃，随炉冷却后，得到完整结构的OLC，平均粒度为5nm；
将1mg非晶B粉末与9mg OLC粉末在研钵中混合均匀，得到混合料；
将所述混合料进行预压，预压压力为600MPa，预压时间为30s，得到预成型体；
将所述预成型体进行高温高压烧结：在22h内将预成型体施加压力至20GPa，然后以10℃/min的升温速率从室温升到2000℃，保温10min，冷却后，卸压，将所得毛坯依次进行表面磨削和去毛刺处理，得到硼掺杂纳米聚晶金刚石。
实施例10
将爆轰纳米金刚石粉末(平均晶粒尺寸5nm)进行退火处理，真空度1.0×10-2Pa，退火温度1400℃，随炉冷却后，得到完整结构的OLC，平均粒度为5nm；
将0.5mg非晶B粉末与9.5mg OLC粉末在研钵中混合均匀，得到混合料；
将所述混合料进行预压，预压压力为500MPa，预压时间为20s，得到预成型体；
将所述预成型体进行高温高压烧结：在22h内将预成型体施加压力至20GPa，然后以10℃/min的升温速率从室温升到1900℃，保温10min，冷却后，卸压，将所得毛坯依次进行表面磨削和去毛刺处理，得到硼掺杂纳米聚晶金刚石。
实施例11
将爆轰纳米金刚石粉末(平均晶粒尺寸5nm)进行退火处理，真空度1.0×10-2Pa，退火温度1600℃，随炉冷却后，得到完整结构的OLC，平均粒度为5nm；
将0.5mg非晶B粉末与9.5mg OLC粉末在研钵中混合均匀，得到混合料；
将所述混合料进行预压，预压压力为500MPa，预压时间为20s，得到预成型体；
将所述预成型体进行高温高压烧结：在24h内将预成型体施加压力至22GPa，然后以10℃/min的升温速率从室温升到1800℃，保温10min，冷却后，卸压，将所得毛坯依次进行表面磨削和去毛刺处理，得到硼掺杂纳米聚晶金刚石。
实施例12
将0.5mg非晶B粉末与9.5mg无定形碳粉末在研钵中混合均匀，得到混合料；
将所述混合料进行预压，预压压力为500MPa，预压时间为20s，得到预成型体；
将所述预成型体进行高温高压烧结：在22h内将预成型体施加压力至20GPa，然后以10℃/min的升温速率从室温升到1800℃，保温10min，冷却后，卸压，将所得毛坯依次进行表面磨削和去毛刺处理，得到硼掺杂纳米聚晶金刚石。
实施例13
将1.0mg非晶B粉末与9.5mg无定形碳粉末在研钵中混合均匀，得到混合料；
将所述混合料进行预压，预压压力为600MPa，预压时间为30s，得到预成型体；
将所述预成型体进行高温高压烧结：在22h内将预成型体施加压力至20GPa，然后以10℃/min的升温速率从室温升到2000℃，保温10min，冷却后，卸压，将所得毛坯依次进行表面磨削和去毛刺处理，得到硼掺杂纳米聚晶金刚石。
性能测试
将实施例1～13制备的硼掺杂纳米聚晶金刚石样品在自动磨抛机上打磨至表面平整然后抛光，使用THV-5A型数显显微硬度测量仪测量样品的维氏硬度，测量时使用500g(4.9N)载荷，加载15s，采用公式HV＝1854.4F/L2计算样品的维氏硬度值。使用Dynacool 9T型无液氦综合物性测量系统通过四电极法测定样品在300K下的电阻值。
表1实施例1～13制备的硼掺杂纳米聚晶金刚石的性能数据
表1中，通过实施例1～4和5～6的横向比较，发现碳纳米葱的结构对硼掺杂纳米聚晶金刚石的性能影响较大。以含金刚石结构核心的OLC添加晶体B制得的硼掺杂纳米聚晶金刚石的力学性能和电学性能优于以完整结构OLC添加晶体B制得的复合材料的性能。
分别对实施例1～6纵向比较可知，烧结压力与保温时间对硼掺杂纳米聚晶金刚石的性能影响较大。烧结体的硬度随着烧结压力的升高和保温时间的延长而升高，同时烧结体在300K下的电阻值也逐渐减小。
对比实施例7～11可知，在以完整结构OLC添加非晶B的实施例中，烧结压力、烧结温度、保温时间以及非晶硼的含量对硼掺杂纳米聚晶金刚石的硬度影响较大。对比实施例7、10和11可得出，烧结温度和烧结压力的升高有利于烧结体硬度的提高，对比实施例7～9可知，延长保温时间和增加非晶B的含量有利于烧结体硬度的提高。通过实施例7、12或实施例9、13的横向比较，发现以OLC为碳源制得的硼掺杂纳米聚晶金刚石的硬度大于以无定形碳为碳源制得的硼掺杂纳米聚晶金刚石的硬度。纵向对比实施例12～13可知，在无定形碳掺杂非晶B的实验中，提高烧结温度和非晶B的掺杂量有利于烧结体硬度的提高。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种硼掺杂纳米聚晶金刚石的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将碳源和硼源混合，得到混合料；所述碳源为碳纳米葱或无定形碳，所述硼源为晶体硼或非晶硼；
将所述混合料进行预压成型，得到预成型体；
将所述预成型体进行高温高压烧结，得到硼掺杂纳米聚晶金刚石；
所述高温高压烧结的压力为10～22GPa，烧结温度为1600～2150℃。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述碳纳米葱的平均粒度为5nm，所述无定形碳的平均粒度为20nm。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述碳纳米葱的制备方法包括：将爆轰纳米金刚石粉进行退火，得到碳纳米葱；所述退火的温度为1200～1600℃，真空度为1.0×10-2Pa。
4.根据权利要求1或3所述的制备方法，其特征在于，所述碳纳米葱为含金刚石结构核心的碳纳米葱或完整结构的碳纳米葱。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述晶体硼的粒度为0.5μm，所述非晶硼的粒度为0.5～2μm。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述硼源在混合料中的质量百分比为5～15％。
7.根据权利要求1或6所述的制备方法，其特征在于，当所述硼源为晶体硼时，所述硼源在混合料中的质量百分比为15％；当所述硼源为非晶硼时，所述硼源在混合料中的质量百分比为5～10％。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述预压成型的压力为400～600MPa，保压时间为30～60s。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述高温高压烧结的保温时间为10～30min。
10.权利要求1～9任一项所述制备方法制备得到的硼掺杂纳米聚晶金刚石，包括纳米聚晶金刚石和掺杂于所述纳米聚晶金刚石中的硼。
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