5-inčni samonosivi dijamantski vafli! Tvrdoća dostiže 208,3 GPa

5-inčni samonosivi dijamantski vafli! Tvrdoća dostiže 208,3 GPa

Dijamant, kao najtvrđi materijal u prirodi, ima važnu primjenu u ultra-preciznoj mašinskoj obradi, poluvodičima i vazduhoplovstvu. Tradicionalne metode visoke{2}}temperature i visokog{3}}pritiska za sintezu dijamanata pate od ograničenja u veličini, prisutnosti veziva i poteškoća u postizanju tvrdoće veće od tvrdoće prirodnih dijamanata. Iako su nedavni napredak u dizajnu nanostruktura (kao što je nanotwinning) značajno poboljšao tvrdoću, veličine uzoraka su obično samo u milimetarskom rasponu, a uvjeti sinteze su ekstremni, što otežava postizanje velike-proizvodnje dijamanata veličine inča-bez veziva, ultra-bez veziva. Iako tehnologija hemijskog taloženja parom (CVD) ima potencijal da proizvede dijamante velikih{10}}veličina, dugo je bilo teško da njena tvrdoća premaši 200 GPa. Stoga je razvoj nove metode za kontroliranu pripremu velikih-velikih, ultra-anijanata postala hitna potreba u ovoj oblasti.

 

Istraživački tim predvođen Li Chengmingom i Liu Jinlongom sa Univerziteta nauke i tehnologije u Pekingu i Lu Yang sa Univerziteta u Hong Kongu objavio je istraživački rad pod nazivom "Ultratvrda dijamantska pločica{0}}smjera sa tvrdoćom od 200 GPa putem visoko-pulsiranog lokalnog ne{3}}neravnotežnog časopisa Na Commu.

 

Putem samo-razvijenog mikrovalnog plazma-hemijskog sistema za taloženje pare, istraživački tim je uveo visoko-cikličnu cikličnu strategiju dopinga dušikom kako bi se postigla lokalna ne-kontrola ravnoteže tokom procesa rasta dijamanata, uspješno pripremivši samo-supstancu koja podržava ultra{1} dijamant prečnika dijamanta debljine 5} otprilike 3 milimetra. Vikersova tvrdoća pločice dostigla je 208,3 GPa, što je uporedivo sa prethodno prijavljenim nanodvojničkim dijamantima, a otpornost na habanje bila je približno 7 puta veća od tradicionalnih polikristalnih dijamanata. Transmisiona elektronska mikroskopija visoke{11}}visoke rezolucije i druge tehnike karakterizacije otkrile su formiranje trodimenzionalne trodimenzionalne mreže visoke -gustine- isprepletene slaganja (gustina dostiže 4,3 × 10¹² cm⁻²) unutar pločice, i razjasnili su mehanizam formiranja mikroskopskog slaganja azota. povećanje tvrdoće. Ovaj rad pruža novi pristup za -pripremu velikih{18}} ultra tvrdih dijamanata{19}}inča i njihovu primjenu u{20}}vrhunskim poljima obrade.

 

Ovo istraživanje uspješno je proizvelo ultra-vafer dijamanta promjera 5 inča i tvrdoće od 208,3 GPa. Koristeći samostalno-dizajniranu visokofrekventnu pulsirajuću mikrovalnu plazma hemijsku tehniku ​​taloženja pare, i korištenjem vodika, metana, dušika i male količine kisika kao izvornih plinova, polikristalni dijamantski supstrat od 5- inča debljine približno 2,8 mm je prvo izrastao na podgrafu od približno 2,8 mm. Nakon toga, kroz pulsni proces dopiranja azotom visoke{12}}visoke frekvencije, vrijeme protoka azotnog plina je precizno kontrolirano u svakom ciklusu (minimalno 6 sekundi). Korištenjem atoma dušika za remećenje okruženja plazme, stvoreni su lokalizirani ne{14}}uslovi za rast. To je rezultiralo formiranjem ultra{15}}trodimenzionalne-trodimenzionalne{17}}visoke gustine-isprepletene mreže grešaka u slaganju unutar dijamanta, postižući odlične performanse uz udvostručenu tvrdoću i sedam puta povećanje otpornosti na habanje.