5-calowy samonośny diamentowy wafel! Twardość osiąga 208,3 GPa

5-calowy samonośny diamentowy wafel! Twardość osiąga 208,3 GPa

Diament, jako najtwardszy materiał w przyrodzie, ma ważne zastosowania w-ultraprecyzyjnej obróbce skrawaniem, półprzewodnikach i lotnictwie. Tradycyjne metody syntezy diamentów w wysokiej-temperaturze i{3}}ciśnieniu charakteryzują się ograniczeniami dotyczącymi wielkości, obecnością spoiw i trudnościami w osiągnięciu twardości przekraczającej twardość diamentów naturalnych. Chociaż ostatnie postępy w projektowaniu nanostruktur (takie jak otrzymywanie nanostruktur) znacznie poprawiły twardość, rozmiary próbek zazwyczaj mieszczą się w zakresie milimetrowym, a warunki syntezy są ekstremalne, co utrudnia produkcję na dużą-skalę-calowych,-pozbawionych spoiwa, ultratwardych diamentów. Chociaż technologia chemicznego osadzania z fazy gazowej (CVD) może potencjalnie produkować-diamenty o dużych rozmiarach, jego twardość od dawna była trudna do przekroczenia 200 GPa. Dlatego pilną potrzebą w tej dziedzinie stało się opracowanie nowej metody kontrolowanej preparacji-ultratwardych diamentów-o dużych rozmiarach.

 

Zespół badawczy kierowany przez Li Chengminga i Liu Jinlonga z Uniwersytetu Naukowo-Technologicznego w Pekinie oraz Lu Yanga z Uniwersytetu w Hongkongu opublikował w czasopiśmie Nature Communications artykuł zatytułowany „Ultratwardy wafel diamentowy w skali-calowej o twardości 200 GPa poprzez pulsacyjny lokalny wzrost nie-o wysokiej częstotliwości.

 

Dzięki-opracowanemu przez siebie systemowi chemicznego osadzania z fazy gazowej w plazmie mikrofalowej zespół badawczy wprowadził strategię domieszkowania cyklicznego pulsacyjnego azotu o wysokiej-częstotliwości, aby osiągnąć lokalną-kontrolę braku równowagi podczas procesu wzrostu diamentu, skutecznie przygotowując samo-nośną, ultra-waflę diamentową o średnicy 5 cali i grubości około 3 milimetrów. Twardość płytki w skali Vickersa osiągnęła 208,3 GPa, porównywalną z wcześniej opisywaną twardością diamentów otrzymywanych nanotwinkami, a jej odporność na zużycie była około 7 razy większa niż w przypadku tradycyjnych diamentów polikrystalicznych. Transmisyjna mikroskopia elektronowa o wysokiej{11}}rozdzielczości i inne techniki charakteryzowania ujawniły tworzenie się w obrębie płytki trójwymiarowej-wymiarowej sieci splecionych błędów ułożenia o dużej-gęstości (o gęstości sięgającej 4,3 × 10¹² cm⁻²) i wyjaśniły mikroskopowy mechanizm, dzięki któremu domieszkowanie azotem zmniejsza energię tworzenia się uszkodzeń ułożenia, zwiększając w ten sposób twardość. Ta praca zapewnia nowe podejście do przygotowania-na dużą skalę ultratwardych diamentów-calowych-i ich zastosowań w-specjalistycznych dziedzinach obróbki.

 

W wyniku tych badań udało się uzyskać-ultratwardą płytkę diamentową o średnicy 5 cali i twardości 208,3 GPa. Wykorzystując samodzielnie-opracowaną-technikę osadzania chemicznego z fazy gazowej za pomocą impulsowej plazmy mikrofalowej o wysokiej częstotliwości oraz wykorzystując wodór, metan, azot i niewielką ilość tlenu jako gazy źródłowe, najpierw wyhodowano 5-calowe podłoże z polikrystalicznego diamentu o grubości około 2,8 mm na podłożu grafitowym. Następnie, w procesie domieszkowania azotem-pulsacyjnym o wysokiej częstotliwości, czas przepływu azotu był precyzyjnie kontrolowany w każdym cyklu (co najmniej 6 sekund). Wykorzystując atomy azotu do zakłócania środowiska plazmy, stworzono lokalne, nierównowagowe warunki wzrostu. Doprowadziło to do powstania w diamentie trójwymiarowej-wymiarowej sieci uskoków o bardzo-dużej gęstości-, która pozwoliła uzyskać doskonałą wydajność przy podwójnej twardości i siedmiokrotnym wzroście odporności na zużycie.