5--дюймова самонесуча діамантова пластина! Твердість досягає 208,3 ГПа

5--дюймова самонесуча діамантова пластина! Твердість досягає 208,3 ГПа

Алмаз, як найтвердіший матеріал у природі, має важливе застосування в над-точній обробці, напівпровідниках і аерокосмічній галузі. Традиційні методи високо{2}}температури та високого{3}}тиску для синтезу алмазів страждають від обмежень у розмірі, наявності зв’язуючих речовин і труднощів у досягненні твердості, яка перевищує твердість природних алмазів. Незважаючи на те, що нещодавні досягнення в дизайні наноструктур (наприклад, нанодвійникування) значно покращили твердість, розміри зразків зазвичай знаходяться лише в міліметровому діапазоні, а умови синтезу є екстремальними, що ускладнює досягнення великомасштабного-виробництва над-алмазів розміром у дюйм-не вільних -сполучних речовин. Хоча технологія хімічного осадження з парової фази (CVD) має потенціал для виробництва великих-розмірів алмазів, її твердість давно важко перевищити 200 ГПа. Тому розробка нового методу контрольованого отримання великих-розмірів, над-алмазів стала нагальною потребою в цій галузі.

 

Дослідницька група під керівництвом Лі Ченміна та Лю Цзіньлона з Науково-технологічного університету Пекіна та Лу Янга з Університету Гонконгу опублікувала в журналі Nature Communications дослідницьку статтю під назвою «Дюйм-надтверда алмазна пластина з твердістю 200 ГПа за допомогою високо-імпульсного локального не-рівноважного зростання».

 

Завдяки власно-розробленій мікрохвильовій плазмово-хімічній системі осадження з парової фази дослідницька група запровадила стратегію високочастотного циклічного імпульсного легування азотом для досягнення локального-нерівноважного контролю під час процесу росту алмазу, успішно підготувавши самостійну-надтверду-алмазну пластину діаметром 5 дюймів і товщиною приблизно 3 міліметри. Твердість пластини за Віккерсом досягла 208,3 ГПа, що можна порівняти з твердістю нанодвійникових алмазів, а її зносостійкість була приблизно в 7 разів вищою, ніж у традиційних полікристалічних алмазів. Просвічуюча електронна мікроскопія з високою{11}}роздільністю та інші методи визначення характеристик виявили утворення високо{12}}три-вимірної переплетеної мережі дефектів упаковки (щільність досягає 4,3 × 10¹² см⁻²) усередині пластини та з’ясували мікроскопічний механізм, за допомогою якого допування азотом зменшує енергію утворення дефектів упаковки, таким чином підвищення твердості. Ця робота пропонує новий підхід до-великомасштабного отримання дюймових-над-алмазів із надтвердістю та їх застосування у високо-полях обробки.

 

Це дослідження успішно створило над-алмазну пластину діаметром 5 дюймів і твердістю 208,3 ГПа. Використовуючи власно-розроблену-технологію високочастотного імпульсного мікрохвильового плазмового хімічного осадження з парової фази та використовуючи водень, метан, азот і невелику кількість кисню як вихідні гази, 5-дюймову полікристалічну алмазну підкладку товщиною приблизно 2,8 мм було вперше вирощено на графітовій підкладці. Згодом, завдяки високочастотному імпульсному легуванню азотом, час потоку газоподібного азоту точно контролювався в кожному циклі (мінімум 6 секунд). Використовуючи атоми азоту для збурення плазмового середовища, було створено локальні нерівноважні умови росту. Це призвело до формування в алмазі тривимірної переплетеної мережі розломів над--високої-щільності, завдяки чому досягнуто чудових характеристик із подвоєною твердістю та семикратним підвищенням зносостійкості.