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單晶金剛石材料的去除方式
發(fā)布日期:2016-12-02 10:17:50
1998年malshe等人總結(jié)論述了金剛石加工去除方式,雖然17年過去了但還沒有產(chǎn)生新的去除機(jī)理。目前,關(guān)于金剛石去除機(jī)理主要有:微破碎、石墨化、氣化、濺射和化學(xué)反應(yīng)。1.微破碎去除
使用最早應(yīng)用最廣的機(jī)械研磨金剛石的去除方式就是金剛石表面材料的微破碎去除。微破碎去除是金剛石試件表面與金剛石磨?;蛘咻^硬的陶瓷拋光盤接觸、擠壓和摩擦,產(chǎn)生壓力和剪切力,使得金剛石的表面材料發(fā)生破壞,進(jìn)而達(dá)到材料去除的目的。圖為機(jī)械研磨后的金剛石表面,可以很容易看到沿金剛石表面“軟方向”上形成的劃痕,并且通過右邊的三維圖像可看到明顯的破碎剝離的痕跡。但是這種去除機(jī)理往往在被加工的金剛石表面形成微小裂紋等損傷。
2.石墨化去除
石墨和金剛石都是晶態(tài)單質(zhì)碳,僅從元素組成上看是完全一致的,但是石墨的硬度遠(yuǎn)小于金剛石的硬度??此平饎偸姆€(wěn)定性高于石墨,實(shí)際上石塑結(jié)構(gòu)處于穩(wěn)態(tài)而金剛結(jié)構(gòu)處于亞穩(wěn)態(tài)。也就是說在一定條件下,金剛石可以山亞穩(wěn)態(tài)越過能量勢(shì)全轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)態(tài)的石墨。在沒有鐵、鈷、銀等催化劑的存在下,需要將金剛石加熱到1500度才能夠使得金剛石發(fā)生石墨化;在有鐵、鈷、線等催化劑的存在下,只需將金剛石加熱到700°左右。熱化學(xué)拋光就是利用高溫催化的條件下,較硬的金剛石結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為較軟的石墨結(jié)構(gòu)進(jìn)而達(dá)到材料去除的目的。
3.氣化去除
隨著科技的發(fā)展,高能束技術(shù)逐漸被學(xué)者應(yīng)用于金剛石的加工。激光束便是其中之一,高強(qiáng)度的激光束照射在試件表面使其發(fā)生材料溶解或氣化,進(jìn)而去除材料。這一方法使得金剛石的加工有了一種新的機(jī)理,就是利用高能束在金剛石表面瞬間產(chǎn)生高溫,材料氣化去除。
4.濺射刻蟲
濺射刻燭材料去除機(jī)理是利用高能粒子束撞擊金剛石材料表面,破壞碳原子共價(jià)鍵,使碳原子從品體屮飛出。離子束拋光金剛石就足利用該機(jī)理,由于該方法是原子級(jí)的去除,所以一般拋光質(zhì)量非常高,但是效率極低、加工成本較高。
化學(xué)反應(yīng)
化學(xué)反應(yīng)主要利用的是氧化還原反應(yīng),將金剛石中的碳氧化產(chǎn)生氣體以達(dá)到去除材料地的?;瘜W(xué)機(jī)械加工方法(化學(xué)機(jī)械拋光、機(jī)械化學(xué)拋光、化學(xué)輔助拋光和真空等離子化學(xué)拋光)就是利用了化學(xué)反應(yīng)的去除機(jī)理。利用氧官能團(tuán)(,加工金剛石的相關(guān)研究也是利用低溫下化學(xué)反應(yīng)達(dá)到材料去除的的。離子拋光中的等離子體拋光利用能與碳原子反應(yīng)的等離子態(tài)的氣體(氧氣或氫氣等)拋光金剛石。
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