1. Herstellung von karbidbeschichtetem Diamant
Das Prinzip besteht darin, Metallpulver mit Diamant zu mischen, auf eine feste Temperatur zu erhitzen und für eine bestimmte Zeit unter Vakuum zu isolieren. Bei dieser Temperatur reicht der Dampfdruck des Metalls zum Beschichten aus, und gleichzeitig wird das Metall auf der Diamantoberfläche adsorbiert, wodurch ein beschichteter Diamant entsteht.
2. Auswahl des beschichteten Metalls
Um die Diamantbeschichtung fest und zuverlässig zu machen und den Einfluss der Beschichtungszusammensetzung auf die Beschichtungskraft besser zu verstehen, muss das Beschichtungsmetall ausgewählt werden. Wir wissen, dass Diamant ein Alloomorphismus von C ist und sein Gitter ein regelmäßiges Tetraeder ist. Daher basiert das Prinzip der Beschichtungsmetallzusammensetzung darauf, dass das Metall eine gute Affinität zu Kohlenstoff hat. Auf diese Weise tritt unter bestimmten Bedingungen eine chemische Wechselwirkung an der Grenzfläche auf, die eine feste chemische Bindung bildet und eine Me-C-Membran bildet. Die Infiltrations- und Adhäsionstheorie im Diamant-Metall-System weist darauf hin, dass die chemische Wechselwirkung nur auftritt, wenn die Adhäsionsarbeit AW > 0 ist und einen bestimmten Wert erreicht. Die Metallelemente der kurzen Periodengruppe B im Periodensystem wie Cu, Sn, Ag, Zn, Ge usw. haben eine geringe Affinität zu C und eine geringe Adhäsionsarbeit. Die gebildeten Bindungen sind molekulare Bindungen, die nicht stark sind und nicht ausgewählt werden sollten. Die Übergangsmetalle im langen Periodensystem, wie Ti, V, Cr, Mn, Fe usw., weisen eine große Adhäsionsarbeit mit dem C-System auf. Die Wechselwirkungsstärke von C und Übergangsmetallen nimmt mit der Anzahl der Elektronen in der d-Schicht zu, daher eignen sich Ti und Cr besser zum Abdecken von Metallen.
3. Lampenexperiment
Bei einer Temperatur von 850 °C kann Diamant die freie Energie der aktivierten Kohlenstoffatome auf der Diamantoberfläche und des Metallpulvers zur Bildung von Metallcarbid nicht erreichen. Die zur Bildung von Metallcarbid erforderliche Energie wird erst bei 900 °C erreicht. Ist die Temperatur jedoch zu hoch, führt dies zu thermischen Verlusten im Diamanten. Unter Berücksichtigung des Einflusses von Temperaturmessfehlern und anderen Faktoren wird die Beschichtungstesttemperatur auf 950 °C festgelegt. Wie aus der Beziehung zwischen Isolierzeit und Reaktionsgeschwindigkeit (unten) ersichtlich ist, verläuft die Reaktion nach Erreichen der freien Energie zur Metallcarbidbildung schnell, und mit der Bildung von Carbid verlangsamt sich die Reaktionsgeschwindigkeit allmählich. Es besteht kein Zweifel, dass sich Dichte und Qualität der Schicht mit zunehmender Isolierzeit verbessern, aber nach 60 Minuten ist die Qualität der Schicht nicht wesentlich beeinträchtigt, daher legen wir die Isolierzeit auf 1 Stunde fest. Je höher das Vakuum, desto besser. Begrenzt auf die Testbedingungen verwenden wir jedoch im Allgemeinen 10-3 mmHg.
Prinzip der Verbesserung der Paket-Inset-Fähigkeit
Die Versuchsergebnisse zeigen, dass der Körper des beschichteten Diamanten stärker ist als der des unbeschichteten Diamanten. Der Grund für die starke Einschlussfähigkeit des Körpers des beschichteten Diamanten liegt darin, dass unbeschichtete künstliche Diamanten Oberflächendefekte und Mikrorisse auf der Oberfläche oder im Inneren aufweisen. Durch diese Mikrorisse verringert sich die Festigkeit des Diamanten, andererseits reagiert das C-Element des Diamanten kaum mit den Bestandteilen des Körpers. Daher ist der Körper des unbeschichteten Diamanten eine rein mechanische Extrusionsverpackung, und diese Verpackungsart ist extrem schwach. Unter Belastung führen die oben genannten Mikrorisse zu Spannungskonzentrationen, was wiederum die Verpackungsfähigkeit verringert. Anders verhält es sich bei überlagerten Diamanten: Durch die Beschichtung mit einer Metallschicht werden die Gitterdefekte und Mikrorisse des Diamanten aufgefüllt. Einerseits erhöht sich die Festigkeit des beschichteten Diamanten, andererseits tritt durch das Auffüllen der Mikrorisse kein Spannungskonzentrationsphänomen mehr auf. Wichtiger noch: Das Eindringen des gebundenen Metalls in den Reifenkörper führt zur Umwandlung von Kohlenstoff in die Diamantoberfläche. Das Ergebnis ist ein Benetzungswinkel des gebundenen Metalls auf dem Diamanten von über 100° auf unter 50°, wodurch die Benetzung des gebundenen Metalls mit dem Diamanten deutlich verbessert wird. Der Reifenkörper wird durch die mechanische Extrusion des Deckdiamantenpakets in ein Bindungspaket verwandelt, d. h. die Bindung des Deckdiamanten mit dem Reifenkörper wird deutlich verbessert.
Fähigkeit zum Einsetzen der Verpackung. Gleichzeitig glauben wir, dass auch andere Faktoren wie Sinterparameter, Partikelgröße, Güte und Körpergröße der beschichteten Diamanten einen gewissen Einfluss auf die Einsetzkraft der Verpackung haben. Der richtige Sinterdruck kann die Pressdichte erhöhen und die Härte des Körpers verbessern. Eine geeignete Sintertemperatur und Isolationszeit kann die chemische Hochtemperaturreaktion der Reifenkörperzusammensetzung mit dem beschichteten Metall und Diamant fördern, sodass die Bindungsverpackung fest sitzt, die Diamantqualität gut ist, die Kristallstruktur ähnlich ist, die ähnliche Phase löslich ist und die Verpackung besser sitzt.
Auszug aus Liu Xiaohui
Veröffentlichungszeit: 13. März 2025
