Термостійкість великих монокристалів алмазу
Досліджено термостійкість великих синтетичних монокристалів алмазу при температурах до 1000⁰С. Вивчено вплив термічної обробки на монокристали, вирощені за допомогою методу температурного градієнта в системі Fe-Al-C при Р=6,6 ГПа і t=1420–1480⁰С. Досліджено деградацію поверхні на гранях кристалів, п...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Поверхность |
|---|---|
| Дата: | 2003 |
| Автори: | , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Ukrainian |
| Опубліковано: |
Інститут хімії поверхні ім. О.О. Чуйка НАН України
2003
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/146279 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Термостійкість великих монокристалів алмазу / С.М. Шевчук, О.О. Заневський // Поверхность. — 2003. — Вип. 9. — С. 171-174. — Бібліогр.: 5 назв. —укр. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-146279 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Шевчук, С.М. Заневський, О.О. 2019-02-08T17:46:55Z 2019-02-08T17:46:55Z 2003 Термостійкість великих монокристалів алмазу / С.М. Шевчук, О.О. Заневський // Поверхность. — 2003. — Вип. 9. — С. 171-174. — Бібліогр.: 5 назв. —укр. 2617-5975 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/146279 621.921.34: 620.178.38 Досліджено термостійкість великих синтетичних монокристалів алмазу при температурах до 1000⁰С. Вивчено вплив термічної обробки на монокристали, вирощені за допомогою методу температурного градієнта в системі Fe-Al-C при Р=6,6 ГПа і t=1420–1480⁰С. Досліджено деградацію поверхні на гранях кристалів, пов’язану з відпалом, вплив включень металу розчинника на напружений стан кристалів алмазу та магнітна сприйнятливість кристалів. Встановлено, що навіть при відпалі на протязі 8 год. при 1000⁰С, товщина деградованого шару не перевищує 150 мкм. The thermostability of large synthetic single diamond crystals has been examined at the temperatures up to 1000⁰C. An analysis has been made on effect of heat treatment on single crystals grown by the temperature gradient method in the system of Fe-Al-C at Р=6,6 GPa and t=1420-1480⁰C. The surface degradation has been studied of crystal faces connected with annealing as well as an effect of solved metal on the strained state of diamond crystals and their magnetic perceptivity. It has been found that even if annealed for 8 h at 1000⁰C, the degrading layer has a thickness not exceeding 150 microns. uk Інститут хімії поверхні ім. О.О. Чуйка НАН України Поверхность Нанотехнології поверхні Термостійкість великих монокристалів алмазу Thermostability of Large Diamond Monocrystals Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Термостійкість великих монокристалів алмазу |
| spellingShingle |
Термостійкість великих монокристалів алмазу Шевчук, С.М. Заневський, О.О. Нанотехнології поверхні |
| title_short |
Термостійкість великих монокристалів алмазу |
| title_full |
Термостійкість великих монокристалів алмазу |
| title_fullStr |
Термостійкість великих монокристалів алмазу |
| title_full_unstemmed |
Термостійкість великих монокристалів алмазу |
| title_sort |
термостійкість великих монокристалів алмазу |
| author |
Шевчук, С.М. Заневський, О.О. |
| author_facet |
Шевчук, С.М. Заневський, О.О. |
| topic |
Нанотехнології поверхні |
| topic_facet |
Нанотехнології поверхні |
| publishDate |
2003 |
| language |
Ukrainian |
| container_title |
Поверхность |
| publisher |
Інститут хімії поверхні ім. О.О. Чуйка НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Thermostability of Large Diamond Monocrystals |
| description |
Досліджено термостійкість великих синтетичних монокристалів алмазу при температурах до 1000⁰С. Вивчено вплив термічної обробки на монокристали, вирощені за допомогою методу температурного градієнта в системі Fe-Al-C при Р=6,6 ГПа і t=1420–1480⁰С. Досліджено деградацію поверхні на гранях кристалів, пов’язану з відпалом, вплив включень металу розчинника на напружений стан кристалів алмазу та магнітна сприйнятливість кристалів. Встановлено, що навіть при відпалі на протязі 8 год. при 1000⁰С, товщина деградованого шару не перевищує 150 мкм.
The thermostability of large synthetic single diamond crystals has been examined at the temperatures up to 1000⁰C. An analysis has been made on effect of heat treatment on single crystals grown by the temperature gradient method in the system of Fe-Al-C at Р=6,6 GPa and t=1420-1480⁰C. The surface degradation has been studied of crystal faces connected with annealing as well as an effect of solved metal on the strained state of diamond crystals and their magnetic perceptivity. It has been found that even if annealed for 8 h at 1000⁰C, the degrading layer has a thickness not exceeding 150 microns.
|
| issn |
2617-5975 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/146279 |
| citation_txt |
Термостійкість великих монокристалів алмазу / С.М. Шевчук, О.О. Заневський // Поверхность. — 2003. — Вип. 9. — С. 171-174. — Бібліогр.: 5 назв. —укр. |
| work_keys_str_mv |
AT ševčuksm termostíikístʹvelikihmonokristalívalmazu AT zanevsʹkiioo termostíikístʹvelikihmonokristalívalmazu AT ševčuksm thermostabilityoflargediamondmonocrystals AT zanevsʹkiioo thermostabilityoflargediamondmonocrystals |
| first_indexed |
2025-11-26T05:07:37Z |
| last_indexed |
2025-11-26T05:07:37Z |
| _version_ |
1850612805470781440 |
| fulltext |
Хімія, фізика та технологія поверхні. 2003. Вип. 9. С.171-174
УДК 621.921.34: 620.178.38
ТЕРМОСТІЙКІСТЬ ВЕЛИКИХ МОНОКРИСТАЛІВ АЛМАЗУ
С.М. Шевчук, О.О. Заневський
Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України
вул. Автозаводська 2, 04074 Київ-74
Досліджено термостійкість великих синтетичних монокристалів алмазу при
температурах до 1000оС. Вивчено вплив термічної обробки на монокристали, вирощені за
допомогою методу температурного градієнта в системі Fe-Al-C при Р=6,6 ГПа і
t=1420–1480оС. Досліджено деградацію поверхні на гранях кристалів, пов’язану з
відпалом, вплив включень металу розчинника на напружений стан кристалів алмазу та
магнітна сприйнятливість кристалів. Встановлено, що навіть при відпалі на протязі
8 год. при 1000оС, товщина деградованого шару не перевищує 150 мкм.
The thermostability of large synthetic single diamond crystals has been examined at the
temperatures up to 1000oC. An analysis has been made on effect of heat treatment on single
crystals grown by the temperature gradient method in the system of Fe-Al-C at Р=6,6 GPa and
t=1420-1480oC. The surface degradation has been studied of crystal faces connected with
annealing as well as an effect of solved metal on the strained state of diamond crystals and their
magnetic perceptivity. It has been found that even if annealed for 8 h at 1000oC, the degrading
layer has a thickness not exceeding 150 microns.
Вступ
Вивченню поведінки різних вуглецевих матеріалів, зокрема алмазів, при нагріванні
на повітрі середовищі присвячено значна кількість досліджень [1-5]. Попри різницю умов
проведення досліджень та неадекватні підходи авторів, насьогодні встановлені основні
закономірності окиснення шліф- та мікропорошків алмазу при температурах до 1000оС.
Проте окиснюваність великих синтетичних монокристалів алмазу в цих умовах вивчена
недостатньо.
Дана робота присвячена вивченню впливу відпалу монокристалів алмазу на
структуру поверхні граней та можливостей застосування цих матеріалів для роботи в
інструменті після такої термообробки.
Експериментальна частина
Синтетичні монокристали алмазу були вирощені методом температурного
градієнта в апаратурі високого тиску типу тороїдa при Р=6,6 ГПа і t=1420–1480оС. Як
розчинник вуглецю використовувались стопи залізо-алюміній. Швидкості росту складали
0,5–0,7 мг/год.
Зразки монокристалів масою 0,55–0,70 карата піддавались відпалу на повітрі при
1000оС на протязі часу від 40 до 490 хв., після чого досліджувались зміна маси кристалів,
структура поверхні граней, магнітна сприйнятливість. Досліджувані кристали мали
кубооктаедричний габітус з незначним розвитком граней {110} і {311}. Кристали містили
по 2–3 включення розчинника розміром 0,3–0,8 мм. Відбір таких кристалів дозволяв
вивчати поведінку включень при високих температурах і визначити їхній вплив на
напружений стан кристала в процесі відпалу.
172
Результати та їхнє обговорення
Дані про кристали, температуру та тривалість відпалу, а також про зміну магнітної
сприйнятливості при цьому наведені в таблиці. Зміна структури поверхні при
термообробках протягом 40-490 хв. спостерігалась на найбільш упакованій грані {111} за
допомогою мікроскопа МБС-10 при шістнадцятикратному збільшенні. Як видно з рис. 1,
40-хвилинна обробка при 1000оС (рис.1, а) призводить до утворення на гранях {111}
безформних лунок травлення, які пов’язані з окисненням поверхні – взаємодією вуглецю
на поверхні алмазної структури з киснем повітря. Втрата маси при цьому становить
0,23%. Товщина деградованого шару складає 60–80 мкм. Присутність включень в
кристалах призводить до їхнього розколу на декілька пластин. Збільшення часу
термообробки до 130 хв. призводить до збільшення розміру лунок травлення і зростання
товщини деградованого шару на поверхні до 100–110 мкм; втрата маси при цьому склала
0,84% (рис.1, б). Витримка кристалу при 1000оС протягом 310 хв. – (рис. 1, в) призводить
до подальшої деградації поверхні граней {111} – лунки травлення з’єднуються у більші
поверхневі дефекти, товщина деградованого слою складає 120 мкм, втрата маси – 0,98%.
Після 8 год. витримки при 1000оС форма лунок травлення змінюється. Вони являють
собою від’ємні форми росту у вигляді тетраедрів (рис. 1, г). Товщина деградованого шару
складає 140–150 мкм, втрата маси – 1,07%.
Таблиця. Вплив відпалу при 1000оС на повітрі на магнітну сприйнятливість
монокристалів алмазу, вирощених в системі залізо-алюміній-бор
Номер
кристала
Маса,
карат
Магнітна сприйнятливість (108 м3/кг) після
відпалу протягом Примітка
0 хв. 40 хв. 130 хв. 310 хв. 490 хв.
270
0,55 380 710 592 310 -
Кристал
розколовся на
5 частин
260
0,60 262 538 526 - -
Кристал
розколовся на
3 частини
264
0,70 190 342 283 156 125 Кристал не
зруйнувався
267
0,70 515 840 - - -
Кристал
розколовся на
3 частини
Варто відмітити, що при термообробці при 1000оС змінюється лише поверхнева
структура граней кристала, видалення деградованого шару шляхом шліфування показує,
що внутрішня структура монокристала алмазу не змінюється.
Було вивчено зміну магнітної сприйнятливості монокристалів алмазу в залежності
від часу витримки. Магнітна сприйнятливість та її зміна є характеристикою якості
вирощуваних монокристалів алмазу, оскільки найменші включення розчинника
призводять до її зміни.
Як видно з табл., після 40 хв. відпалу при 1000оС магнітна сприйнятливість всіх
зразків різко зростає, а потім плавно зменшується. Природа зміни магнітної
сприйнятливості остаточно не з’ясована і потребує подальших досліджень.
173
а б
в г
Рис. 1. Зміна структури поверхні монокристалів алмазу при термообробці на повітрі
(1000оС) протягом 40 (а), 130 (б), 310 (в) і 490 хв. (г)
а б
в г
Рис. 2. Частини монокристалів алмазу, утворені в результаті розколу по площинах {111}
при термообробці на повітрі (1000оС) протягом 40 (а), 130 (б), 310 (в) і 490 хв. (г)
Включення металічного розчинника, що містяться в досліджуваних зразках, при
термообробці призводять до розколу кристала і виходу включень на поверхню. Вивчення
частин кристалу після відпалу показує, що розкол відбувається по площинах октаедра
{111}; пластини, які утворюються при цьому, мають досконалу структуру і придатні для
подальшого використання. На рис. 2 представлені частини кристалів, які утворились в
результаті розколу монокристала по площинах {111} в результаті відпалу.
174
Висновки
Виконані експерименти показали, що термообробка синтетичних монокристалів
алмазу масою 0,55 – 0,70 карата при 1000оС протягом 40-490 хв. призводить до деградації
поверхні кристалів шляхом утворення лунок травлення, розміри яких збільшуються з
часом. При тривалих витримках лунки травлення являють собою від’ємні форми росту у
вигляді тетраедрів. Товщина деградованого шару поверхні алмазу збільшується від 60 до
150 мкм, а втрата маси від 0,23 до 1,07%. Внутрішня частина кристала при цьому не
змінює свої властивості. Кристали придатні до подальшого використання навіть при
термообробках протягом 6–8 год. Наявність включень призводить до розколу кристалів по
площині {111}; цю властивість можна використовувати для одержання пластин шляхом
цілеспрямованого вводу металічних включень в кристал в процесі вирощування з
наступним розколом на шари термообробкою при 1000оС.
Література
1. Огородник В.В. Влияние термической обработки эпитаксиально нарощенного
алмазного порошка АСВ 125/100 на его термохимические свойства// Синтез и
применение сверхтвердых материалов. - Киев: ИСМ АН УССР, 1981. - С.3-7.
2. Огородник В.В., Иваськевич Я.В., Лавриенко Л.Н. Преемственность окислительных
свойств графитов и алмазов, полученных на их основе// Там же. - С.17-22.
3. Пугач Э.А., Огородник В.В., Симкин Э.С., Цыпин Н.В. Влияние высоких давлений на
устойчивость алмазов к окислению// Влияние высоких давлений на вещество. - Киев:
Наук. думка, 1979. - С.56-62.
4. Федосеев Д.В., Успенская К.С. Окисление алмаза// Синтет. алмазы. - 1977. - Вып.4. -
С.18-24.
5. Федосеев Д.В., Новиков Н.В., Вишневский А.С., Теремецкая И.Г. Алмаз: Справочник.
- Киев: Наук. думка, 1981.
Висновки
|