1. Производство алмазов с карбидным покрытием.
Принцип действия заключается в смешивании металлического порошка с алмазом, нагреве до заданной температуры и изоляции в течение определенного времени в вакууме. При этой температуре давление паров металла достаточно для покрытия, и одновременно металл адсорбируется на поверхности алмаза, образуя алмазное покрытие.
2. Выбор металла с покрытием
Для обеспечения прочности и надежности алмазного покрытия, а также для лучшего понимания влияния состава покрытия на его прочность, необходимо правильно выбрать металл для покрытия. Известно, что алмаз является алломорфом углерода, а его кристаллическая решетка представляет собой правильный тетраэдр, поэтому принцип выбора металлического состава покрытия заключается в том, что металл обладает хорошим сродством к углероду. Таким образом, при определенных условиях на границе раздела происходит химическое взаимодействие, образуя прочную химическую связь и формируя мембрану Me-C. Теория инфильтрации и адгезии в системе алмаз-металл указывает на то, что химическое взаимодействие происходит только тогда, когда работа адгезии AW > 0 и достигает определенного значения. Металлы короткопериодической группы B в периодической таблице, такие как Cu, Sn, Ag, Zn, Ge и др., обладают плохим сродством к углероду и низкой работой адгезии, а образующиеся связи являются непрочными молекулярными связями и не должны быть выбраны в качестве металла для покрытия; Переходные металлы в длинной периодической таблице, такие как Ti, V, Cr, Mn, Fe и др., обладают большой адгезионной работой с системой C. Сила взаимодействия C и переходных металлов возрастает с увеличением числа d-электронов, поэтому Ti и Cr более подходят в качестве покрывающих металлов.
3. Эксперимент с лампой
При температуре 8500°C алмаз не может достичь свободной энергии атомов активированного углерода на поверхности алмаза и металлического порошка для образования карбида металла, и для достижения энергии, необходимой для образования карбида металла, требуется как минимум 9000°C. Однако, если температура слишком высока, это приведет к термическому выгоранию алмаза. Учитывая влияние погрешности измерения температуры и других факторов, температура испытания покрытия установлена на уровне 9500°C. Как видно из зависимости времени изоляции от скорости реакции (ниже), после достижения свободной энергии образования карбида металла реакция протекает быстро, а с образованием карбида скорость реакции постепенно замедляется. Несомненно, с увеличением времени изоляции плотность и качество слоя улучшаются, но после 60 минут качество слоя существенно не ухудшается, поэтому мы устанавливаем время изоляции равным 1 часу; чем выше вакуум, тем лучше, но в рамках условий испытания мы обычно используем 10-3 мм рт. ст.
Принцип повышения возможностей вставки в упаковку
Результаты эксперимента показывают, что структура кристалла прочнее при взаимодействии с покрытым алмазом, чем с непокрытым. Причина высокой способности кристалла взаимодействовать с покрытым алмазом заключается в том, что на поверхности или внутри любого непокрытого искусственного алмаза присутствуют поверхностные дефекты и микротрещины. Из-за наличия этих микротрещин прочность алмаза снижается, с другой стороны, элемент C в алмазе редко вступает в реакцию с компонентами кристалла. Поэтому структура непокрытого алмаза представляет собой чисто механический экструзионный пакет, и такой пакетный вкладыш чрезвычайно слаб. При нагрузке указанные микротрещины приводят к концентрации напряжений, что снижает способность пакета взаимодействовать с компонентами. В случае с алмазом, покрытым металлической пленкой, ситуация иная: благодаря нанесению металлической пленки дефекты кристаллической решетки и микротрещины алмаза заполняются, с одной стороны, прочность покрытого алмаза повышается, с другой стороны, заполнение микротрещин устраняет явление концентрации напряжений. Что еще более важно, проникновение связанного металла в корпус шины преобразуется в проникновение соединений углерода на поверхности алмаза. В результате угол смачивания связанного металла алмазом увеличивается с более чем 100° до менее чем 500°, что значительно улучшает смачивание связанного металла алмазу, превращая корпус шины с алмазным покрытием, сформированным методом экструзионной механической упаковки, в связанный пакет, то есть сцепление алмазного покрытия с корпусом шины, что значительно улучшает прочность конструкции.
Способность к вставке в корпус. В то же время мы считаем, что другие факторы, такие как параметры спекания, размер и сорт частиц покрытого алмаза, размер частиц кристаллического материала и т. д., также оказывают определенное влияние на усилие вставки в корпус. Соответствующее давление спекания может увеличить плотность прессования и улучшить твердость кристаллического материала. Подходящая температура спекания и время выдержки могут способствовать высокотемпературной химической реакции между составом корпуса шины и покрытым металлом и алмазом, благодаря чему корпус прочно скрепляется, сорт алмаза хороший, кристаллическая структура схожая, фаза схожая, и, следовательно, корпус лучше фиксируется.
Отрывок из Лю Сяохуэй
Дата публикации: 13 марта 2025 г.
