金刚石拥有良好的物理和化学性质,其优异的性能表现在极大的机械硬度、高热导率和低热膨胀系数、最宽的透光波段和耐强酸强碱的抗腐蚀性等方面。金刚石是实现高新器件在极端条件下工作的潜在候选材料,因此被广泛应用于国防、医疗、科技、工业、生物、电子等众多领域。人工合成金刚石相较于天然金刚石来说,因为其所含的杂质较少、成本较低且适用于大量生产,所以在许多产业的应用方面人工金刚石已经逐渐取代天然金刚石。人工合成金刚石主要有两种方式:化学气相沉积(CVD)法和高温高压(HPHT)法。CVD法易于在较短时间内合成大尺寸金刚石单晶且杂质较少,但是利用CVD法仅能实现晶体的二维生长,并且对籽晶要求非常严格,多限于经预处理的{100}面,且不允许存在其他晶向。同时CVD法生长的晶体会随着时间延长在籽晶生长面的边缘处质量下降,从而导致有效生长面收缩影响晶体的生长尺寸。而利用HPHT法生长金刚石不仅能够实现籽晶的三维生长,得到完整形貌的高品质宝石级金刚石,而且也在一定程度上模拟了天然金刚石在地幔中的形成过程,对于天然金刚石成因的研究有所助益。同时HPHT法合成晶体对籽晶的要求较低,且不会影响晶体合成结果。虽然HPHT法相较于CVD法在一些方面有优势,但所用籽晶须是经过精选的具有完整晶面的工业级金刚石,这就会导致人力与资源上的浪费。而且对于籽晶合成金刚石方面的研究并不完全明朗,研究者大都是使用完整的{100}与{111}晶面的籽晶,并没有关注到籽晶本身的形状对金刚石生长的影响。并且不同晶面合成金刚石的性质也有所区别:{111}晶体相较于{100}晶体有更宽的温度区间、更少的表面悬键,是HPHT法和工业合成高品质金刚石单晶的首选对象。本文基于以上存在的问题,开展以{111}晶面为初始生长晶面的异型籽晶的研究。在{111}指数面上通过激光切割得到多种形状的{111}籽晶,使用FeNi合金作为触媒,以温度梯度法为金刚石合成方法。具体研究内容如下:以原晶面为基准的不同切割角度的籽晶均成功合成出金刚石单晶。考察不同籽晶与合成晶体的关系,并通过光学显微镜(OM)、电子扫描显微镜(SEM)、拉曼光谱(Raman)及红外光谱(FTIR)等检测手段,对籽晶形状与金刚石的形貌及质量进行了详细研究。结果说明,因为初始的切割角度的不同导致籽晶的晶向不同,而不同晶向的籽晶生长模式也会有所差异,籽晶晶向决定金刚石的生长趋势,但是某些切割晶向的籽晶会导致生长缺陷。另外,拉曼光谱和红外光谱结果表明,Ib型金刚石切割成不同形状的籽晶,生长的晶体类型仍为Ib型,不影响晶体类型。保持籽晶的切割角度不变,采用不同的合成时间,得到数个晶体。根据其合成时间的不同,观察晶体的生长规律。结果说明,籽晶形状影响晶体不同位置的外延生长速度,对生长初期形貌影响较大,对生长后期晶体形貌影响较小。在晶体生长初期,时间并不足够长,不能扭转晶体形貌,所以生长初期籽晶的形状对金刚石形貌影响较大。随着生长时间的延长,由于晶体不同位置存在生长速度的差异,促使晶体形貌逐渐趋向常规晶体形貌。也就是说虽然籽晶形状不同,但这种生长速度差异使异形{111}籽晶最终都能合成得到常规{111}晶体。