1. Sản xuất kim cương phủ cacbua
Nguyên lý là trộn bột kim loại với kim cương, nung nóng đến nhiệt độ cố định và giữ nhiệt trong một khoảng thời gian nhất định dưới chân không. Ở nhiệt độ này, áp suất hơi của kim loại đủ để tạo lớp phủ, đồng thời kim loại được hấp phụ lên bề mặt kim cương để tạo thành kim cương được phủ.
2. Lựa chọn kim loại phủ
Để lớp phủ kim cương được chắc chắn và đáng tin cậy, và để hiểu rõ hơn ảnh hưởng của thành phần lớp phủ đến lực bám dính, cần phải lựa chọn kim loại phủ phù hợp. Chúng ta biết rằng kim cương là một dạng thù hình của cacbon, và mạng tinh thể của nó là một tứ diện đều, vì vậy nguyên tắc lựa chọn thành phần kim loại phủ là kim loại đó phải có ái lực tốt với cacbon. Bằng cách này, trong những điều kiện nhất định, tương tác hóa học xảy ra tại giao diện, tạo thành liên kết hóa học bền vững, và màng kim loại-cacbon được hình thành. Lý thuyết thẩm thấu và bám dính trong hệ kim cương-kim loại chỉ ra rằng tương tác hóa học chỉ xảy ra khi công bám dính AW > 0 và đạt đến một giá trị nhất định. Các nguyên tố kim loại nhóm B có chu kỳ ngắn trong bảng tuần hoàn, chẳng hạn như Cu, Sn, Ag, Zn, Ge, v.v., có ái lực kém với cacbon và công bám dính thấp, và các liên kết được hình thành là các liên kết phân tử không mạnh và không nên được lựa chọn; Các kim loại chuyển tiếp trong bảng tuần hoàn dài, chẳng hạn như Ti, V, Cr, Mn, Fe, v.v., có khả năng bám dính lớn với hệ thống cacbon. Độ mạnh tương tác giữa cacbon và các kim loại chuyển tiếp tăng lên theo số lượng electron lớp d, do đó Ti và Cr thích hợp hơn để phủ lên các kim loại khác.
3. Thí nghiệm đèn
Ở nhiệt độ 8500°C, kim cương không thể đạt được năng lượng tự do của các nguyên tử cacbon hoạt tính trên bề mặt kim cương và bột kim loại để tạo thành cacbua kim loại, và ít nhất phải đạt 9000°C mới đạt được năng lượng cần thiết cho sự hình thành cacbua kim loại. Tuy nhiên, nếu nhiệt độ quá cao, sẽ gây ra hiện tượng cháy nhiệt làm hao hụt kim cương. Xem xét ảnh hưởng của sai số đo nhiệt độ và các yếu tố khác, nhiệt độ thử nghiệm lớp phủ được đặt ở mức 9500°C. Như có thể thấy từ mối quan hệ giữa thời gian giữ nhiệt và tốc độ phản ứng (bên dưới), sau khi đạt được năng lượng tự do để tạo thành cacbua kim loại, phản ứng diễn ra nhanh chóng, và cùng với sự hình thành cacbua, tốc độ phản ứng sẽ dần chậm lại. Không nghi ngờ gì nữa, với việc kéo dài thời gian giữ nhiệt, mật độ và chất lượng của lớp phủ sẽ được cải thiện, nhưng sau 60 phút, chất lượng của lớp phủ không bị ảnh hưởng nhiều, vì vậy chúng tôi đặt thời gian giữ nhiệt là 1 giờ; độ chân không càng cao càng tốt, nhưng bị giới hạn bởi điều kiện thử nghiệm, chúng tôi thường sử dụng 10-3 mmHg.
Nguyên tắc nâng cao khả năng chèn gói
Kết quả thực nghiệm cho thấy, vật thể hình thành trong lốp xe có khả năng chịu lực tốt hơn so với kim cương được phủ lớp. Lý do cho khả năng chịu lực tốt của vật thể hình thành trong lốp xe đối với kim cương được phủ lớp là do bản thân kim cương nhân tạo không được phủ lớp đều có các khuyết tật bề mặt và các vết nứt nhỏ trên bề mặt hoặc bên trong. Do sự hiện diện của các vết nứt nhỏ này, độ bền của kim cương giảm đi, mặt khác, nguyên tố C trong kim cương hiếm khi phản ứng với các thành phần của vật thể hình thành trong lốp xe. Do đó, vật thể hình thành trong lốp xe sử dụng kim cương không được phủ lớp chỉ là một lớp ép cơ học đơn thuần, và khả năng chịu lực của loại vật liệu chèn này cực kỳ yếu. Khi chịu tải, các vết nứt nhỏ nói trên sẽ dẫn đến sự tập trung ứng suất, làm giảm khả năng chịu lực của vật liệu chèn. Trường hợp của kim cương được phủ lớp thì khác, do được phủ một lớp màng kim loại, các khuyết tật mạng tinh thể và vết nứt nhỏ của kim cương được lấp đầy, một mặt, độ bền của kim cương được phủ lớp tăng lên, mặt khác, do các vết nứt nhỏ được lấp đầy, hiện tượng tập trung ứng suất không còn xảy ra nữa. Quan trọng hơn, sự thẩm thấu của kim loại liên kết vào thân lốp được chuyển hóa thành cacbon trên bề mặt kim cương, tạo thành các hợp chất thẩm thấu. Kết quả là góc thấm ướt của kim loại liên kết trên kim cương giảm từ hơn 100° xuống dưới 500°, cải thiện đáng kể khả năng thấm ướt của kim loại liên kết với kim cương, giúp cho lớp phủ kim cương trên thân lốp được tạo ra từ lớp phủ cơ khí ép đùn ban đầu trở thành lớp phủ liên kết, tức là lớp phủ kim cương và thân lốp có liên kết chặt chẽ, từ đó cải thiện đáng kể độ bền của thân lốp.
Khả năng gắn kết của gói. Đồng thời, chúng tôi cũng tin rằng các yếu tố khác như thông số thiêu kết, kích thước hạt kim cương phủ, cấp độ, kích thước hạt thân lốp, v.v. đều có tác động nhất định đến lực gắn kết của gói. Áp suất thiêu kết thích hợp có thể làm tăng mật độ ép và cải thiện độ cứng của thân lốp. Nhiệt độ thiêu kết và thời gian giữ nhiệt thích hợp có thể thúc đẩy phản ứng hóa học ở nhiệt độ cao giữa thành phần thân lốp và kim loại phủ cùng kim cương, nhờ đó gói liên kết được gắn chắc chắn, cấp độ kim cương tốt, cấu trúc tinh thể tương đồng, pha tương đồng có thể hòa tan, và gói được gắn kết tốt hơn.
Trích đoạn Lưu Hiểu Huy
Thời gian đăng bài: 13/03/2025
