1. Productie van met carbide beklede diamant
Het principe is het mengen van metaalpoeder met diamant, het verwarmen tot een vaste temperatuur en het gedurende een bepaalde tijd onder vacuüm houden. Bij deze temperatuur is de dampdruk van het metaal voldoende voor een volledige bedekking, en tegelijkertijd wordt het metaal geadsorbeerd op het diamantoppervlak om een diamantcoating te vormen.
2. Selectie van gecoat metaal
Om de diamantcoating stevig en betrouwbaar te maken en de invloed van de coatingsamenstelling op de coatingkracht beter te begrijpen, moet het coatingmetaal zorgvuldig worden gekozen. We weten dat diamant een allomorfisme van C is en dat het kristalrooster een regelmatige tetraëder is. Het principe van de metaalsamenstelling voor de coating is dan ook dat het metaal een goede affiniteit heeft voor koolstof. Op deze manier vindt onder bepaalde omstandigheden een chemische interactie plaats aan het grensvlak, waardoor een sterke chemische binding ontstaat en een Me-C-membraan wordt gevormd. De infiltratie- en adhesietheorie in het diamant-metaalsysteem stelt dat de chemische interactie alleen plaatsvindt wanneer de adhesiekracht AW > 0 en een bepaalde waarde bereikt. De metalen uit de korte periodieke groep B in het periodiek systeem, zoals Cu, Sn, Ag, Zn, Ge, enz., hebben een zwakke affiniteit voor C en een lage adhesiekracht. De gevormde bindingen zijn moleculaire bindingen die niet sterk zijn en daarom niet geschikt zijn voor deze groep. De overgangsmetalen in het lange periodiek systeem, zoals Ti, V, Cr, Mn, Fe, enz., hebben een sterke adhesie met het C-systeem. De interactiekracht tussen C en overgangsmetalen neemt toe met het aantal d-elektronen, waardoor Ti en Cr geschikter zijn als bedekkende metalen.
3. Lampexperiment
Bij een temperatuur van 8500 °C kan diamant de vrije energie van geactiveerde koolstofatomen op het diamantoppervlak en metaalpoeder niet bereiken om metaalcarbide te vormen. De energie die nodig is voor de vorming van metaalcarbide is minimaal 9000 °C. Een te hoge temperatuur leidt echter tot thermische verbranding van de diamant. Rekening houdend met de invloed van meetfouten en andere factoren, is de testtemperatuur voor de coating ingesteld op 9500 °C. Zoals te zien is in het verband tussen isolatietijd en reactiesnelheid (zie hieronder), verloopt de reactie na het bereiken van de vrije energie voor de vorming van metaalcarbide snel. Naarmate er meer carbide wordt gevormd, neemt de reactiesnelheid geleidelijk af. Het is duidelijk dat de dichtheid en kwaliteit van de laag verbeteren naarmate de isolatietijd langer wordt, maar na 60 minuten is de kwaliteit van de laag niet meer significant verbeterd. Daarom hebben we de isolatietijd ingesteld op 1 uur. Hoe hoger het vacuüm, hoe beter, maar afhankelijk van de testomstandigheden gebruiken we over het algemeen een vacuüm van 10-3 mmHg.
Principe voor verbetering van de verpakkingsinzetbaarheid
De experimentele resultaten tonen aan dat de diamant met insluitingen sterker is dan de diamant zonder insluitingen. De reden voor de sterke hechting van de diamant met insluitingen is dat er aan de oppervlakte of in de binnenkant van elke diamant zonder insluitingen defecten en microscheurtjes aanwezig zijn. Door de aanwezigheid van deze microscheurtjes neemt de sterkte van de diamant af. Bovendien reageert het koolstofelement van de diamant zelden met de componenten van de diamant met insluitingen. De diamant zonder insluitingen is dus puur een mechanisch extrusiepakket, en dit soort pakket is extreem zwak. Bij belasting leiden de microscheurtjes tot spanningsconcentratie, wat resulteert in een afname van de hechtsterkte. Bij diamant met een metaalcoating is dit anders. Door de metaalcoating worden de roosterdefecten en microscheurtjes in de diamant opgevuld. Enerzijds neemt de sterkte van de diamant met insluitingen toe, anderzijds treedt er geen spanningsconcentratie meer op doordat de microscheurtjes zijn opgevuld. Belangrijker nog is dat de infiltratie van het gebonden metaal in het bandkarkas wordt omgezet in de koolstofinfiltratie van verbindingen op het diamantoppervlak. Het resultaat is dat de bevochtigingshoek van het gebonden metaal op de diamant daalt van meer dan 100° naar minder dan 500°, waardoor de hechting van het metaal aan de diamant aanzienlijk verbetert. Hierdoor wordt de diamantlaag van het bandkarkas, die oorspronkelijk mechanisch was aangebracht door extrusie, als een hechtlaag gevormd, oftewel de diamantlaag en het bandkarkas worden beter aan elkaar gehecht. Dit verbetert de constructie van het bandkarkas aanzienlijk.
Het vermogen om de verpakking te plaatsen. Tegelijkertijd geloven we dat andere factoren, zoals sinterparameters, de deeltjesgrootte en kwaliteit van de gecoate diamant, de deeltjesgrootte van het fossiel en dergelijke, een zekere invloed hebben op de kracht waarmee de verpakking wordt geplaatst. De juiste sinterdruk kan de persdichtheid verhogen en de hardheid van het fossiel verbeteren. Een geschikte sintertemperatuur en isolatietijd kunnen de chemische reactie bij hoge temperatuur tussen de samenstelling van het bandlichaam en het gecoate metaal en de diamant bevorderen, waardoor de verpakking stevig wordt geplaatst, de diamantkwaliteit goed is, de kristalstructuur vergelijkbaar is, de fasen oplosbaar zijn en de verpakking beter wordt geplaatst.
Fragment uit Liu Xiaohui
Geplaatst op: 13 maart 2025
