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. Gleichzeitig wird das Metall auf der Diamantoberfläche adsorbiert und bildet einen beschichteten Diamanten.
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 beruht 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 Schnittstelle 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 kurzperiodischen Gruppe B im Periodensystem wie Cu, Sn, Ag, Zn, Ge usw. haben eine geringe Affinität zu C und eine geringe Adhäsionsarbeit. Die gebildeten Bindungen sind keine starken Molekülbindungen und sollten nicht ausgewählt werden. 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 8500 °C kann Diamant die freie Energie der aktivierten Kohlenstoffatome auf der Diamantoberfläche und des Metallpulvers nicht erreichen, um Metallcarbid zu bilden. Erst bei 9000 °C wird die für die Bildung von Metallcarbid benötigte Energie 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 9500 °C festgelegt. Wie aus der Beziehung zwischen Isolationszeit und Reaktionsgeschwindigkeit (unten) ersichtlich ist, läuft die Reaktion nach Erreichen der freien Energie zur Metallcarbidbildung schnell ab, und mit der Bildung von Carbid verlangsamt sich die Reaktionsgeschwindigkeit allmählich. Es besteht kein Zweifel, dass sich Dichte und Qualität der Schicht mit zunehmender Isolationszeit verbessern, aber nach 60 Minuten ist die Qualität der Schicht nicht wesentlich beeinträchtigt, daher legen wir die Isolationszeit 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 experimentellen Ergebnisse zeigen, dass der Körper des beschichteten Diamanten fester 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, während das C-Element des Diamanten kaum mit den Bestandteilen des Körpers reagiert. 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 zu einer Verringerung der Verpackungsfähigkeit führt. 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: Die Infiltration des gebundenen Metalls im Reifenkörper führt zur Umwandlung von Kohlenstoff auf der Diamantoberfläche. Dadurch wird der Benetzungswinkel des gebundenen Metalls auf dem Diamanten von über 100° auf unter 50° erhöht, was die Benetzung des gebundenen Metalls mit dem Diamanten deutlich verbessert. Der Reifenkörper wird durch die mechanische Extrusion des Deckdiamantenpakets zu einem Verbundpaket, d. h. der Deckdiamant und der Reifenkörper werden miteinander verbunden, wodurch die Bindung des Reifenkörpers deutlich verbessert wird.
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. Ein geeigneter Sinterdruck kann die Pressdichte erhöhen und die Körperhärte verbessern. Eine geeignete Sintertemperatur und Isolationszeit können 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
