ОТЗЫВАННАЯ СТАТЬЯ: Повышение устойчивости к окислению собственными силами.

Научные отчеты, том 6, Номер статьи: 20198 (2016) Цитировать эту статью

3472 Доступа

28 цитат

Подробности о метриках

Эта статья была отозвана 22 декабря 2022 г.

Эта статья обновлена

Покрытие из карбида бора наносилось на алмазные частицы путем нагревания частиц в порошковой смеси, состоящей из H3BO3, B и Mg. Исследованы состав, состояние связи и степень покрытия покрытия карбида бора алмазными частицами. Покрытие из карбида бора предпочитает расти на поверхности алмаза (100), чем на поверхности алмаза (111). Стехиометрическое покрытие B4C полностью покрыло алмазную частицу после выдерживания сырьевой смеси при температуре 1200 °С в течение 2 часов. Исследован вклад покрытия из карбида бора в повышение стойкости алмазных частиц к окислению. При отжиге алмаза с покрытием на воздухе в качестве кислородобарьерного слоя, защищающего алмаз от окисления, в приори образовался B2O3, обладающий свойством самовосстановления. Температура образования B2O3 зависит от содержания аморфного карбида бора. Покрытие на алмазе обеспечивало эффективную защиту алмаза от окисления при нагревании на воздухе при температуре 1000 °С в течение 1 часа. Кроме того, наличие покрытия из карбида бора также способствовало сохранению статической прочности на сжатие при отжиге алмаза на воздухе.

Алмаз обладает высочайшей твердостью и превосходной теплопроводностью, что делает его полезным для армированных композитных материалов, таких как алмазные прессовки, которые являются потенциальными кандидатами для использования в различных областях применения, таких как сверла, сегменты пильных полотен, шлифовальные круги, резка и полировка. инструменты и радиаторы для электронных устройств1,2,3,4,5. Процесс изготовления алмазного инструмента требует высокой температуры. Однако окисление алмаза происходит при температуре около 700 °С на воздухе, что приводит к катастрофической потере его механических свойств и ограничивает его широкое применение в окислительных условиях. Поэтому защита алмаза от высокотемпературного окисления очень важна для практического применения алмазного инструмента.

Оксид бора (B2O3) обладает многими полезными свойствами, которые делают его полезным для защиты от окисления. B2O3 обладает низкой кислородопроницаемостью, более высокой текучестью и хорошей смачиваемостью углеродных материалов при температуре ниже 1000 °C, что приводит к образованию самовосстанавливающихся покрытий на углеродных материалах6,7,8,9,10,11. Однако под воздействием влаги окружающей среды гидролиз B2O3 приводит к набуханию и разрушению стекла, что может привести к отколу покрытия при комнатной температуре из-за набухания стекла или отколу при нагревании из-за выделения влаги12. Гидратированный борат (т.е. Na2B4O7·10H2O) является распространенным заменителем. Однако полезность боратных стекол также ограничена, поскольку гидратированные бораты очень летучи. Следовательно, истощение стекла может происходить при относительно низких температурах во влажной среде13. Легирование бором алмаза является эффективным способом повышения стойкости алмаза к окислению. Многие исследования показали, что стойкость к окислению алмазов, легированных бором, увеличивается с увеличением содержания бора, и были предложены различные механизмы ингибирования бора14,15,16. Основным недостатком алмаза, легированного бором, является ухудшение кристалличности. Спектры комбинационного рассеяния света в работе. 14 показывают, что увеличение содержания бора приводит к более широкому пику алмаза, а также к появлению пиков других примесей (аморфных структур). Чжан и др.17 также сообщили, что процент высококачественных кристаллов алмаза высокого давления и высокой температуры (HPHT) постоянно уменьшался по мере увеличения содержания бора.

Покрытия из карбида бора (B4C) представляют интерес из-за их потенциального использования для улучшения стойкости алмаза к окислению. Окисление B4C происходит примерно при 700 °C и образует кислородный барьер B2O318. Кроме того, B4C представляет собой тугоплавкий твердый материал, нерастворимый в воде и химически инертный при температуре ниже 700 °C 19. Эти причины позволяют предположить, что покрытие из карбида бора потенциально может улучшить стойкость алмаза к окислению. Однако высококачественный B4C требует высокой температуры синтеза и длительного времени выдержки19,20,21, поскольку процесс сильно эндотермичен и требует 16 800 кДж/моль B4C22. Недавно Рас и др.23 успешно синтезировали покрытие B4C на алмазных частицах, используя смесь B и H3BO3 в качестве источников бора. Зародышеобразование B4C было получено после 2 часов выдержки при 1050°C, а полное покрытие алмазных частиц B4C было достигнуто после 6 часов выдержки при 1150°C. Однако о качестве продукта покрытия (например, составе) еще предстоит сообщить. Ху и Конг3 также синтезировали покрытие B4C на алмазных частицах, используя тот же метод, о котором сообщалось в ссылке. 23 при 850 °С. Однако на основании анализа рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (РФС) было получено большое количество графита. Кроме того, ранее не изучалось влияние температуры синтеза на зарождение и рост покрытия B4C на различных поверхностях монокристаллического алмаза. Кроме того, влияние покрытия из карбида бора на повышение стойкости алмазных частиц к окислению ранее не исследовалось.