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国家材料综合实验教学示范中心. 超硬材料 学. 1. 实验一 超硬材料晶体形貌观察. 实验原理及方法 金刚石与立方氮化硼( cBN )是世界上最硬的物质,其独特的晶体结构决定了它的晶体形貌。 理想的金刚石单晶应是六、八面体聚形;如图一所示: 但由于受合成腔物理、化学环境条件的影响,往往出现不平衡发育,使个别晶面异常生长,当( 1 1 1 )面受到抑制时,( 1 0 0 )面将过度发育使晶形向六面体发展,趋近于 Ia 晶形。当( 1 0 0 )面受到抑制时,( 1 1 1 )晶面将过度发育,使晶形向 Ib 八面体发展。. 实验原理及方法.

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Presentation Transcript
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实验一超硬材料晶体形貌观察
  • 实验原理及方法
  • 金刚石与立方氮化硼(cBN)是世界上最硬的物质,其独特的晶体结构决定了它的晶体形貌。
  • 理想的金刚石单晶应是六、八面体聚形;如图一所示:
  • 但由于受合成腔物理、化学环境条件的影响,往往出现不平衡发育,使个别晶面异常生长,当(1 1 1)面受到抑制时,(1 0 0)面将过度发育使晶形向六面体发展,趋近于Ia晶形。当(1 0 0)面受到抑制时,(1 1 1)晶面将过度发育,使晶形向Ib八面体发展。
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实验原理及方法
  • 除此之外,由于受各种条件影响,使晶体发育过程存在各种缺陷和杂质,例如夹杂物(包裹体),气泡及堆垛层错等,这些都在制品中,由于晶体结构特点易从结合剂中脱落,金刚石表面能与其它物质差异较大,浸润困难,为改善金刚石与其它物质的浸润性能和保护金刚石不受介质浸蚀,在金刚石表面镀覆金属衣是解决这一问题的方法,金刚石在镀Ti后,其外观保持了原貌,呈金属光泽。
  • 极大的影响到金刚石单晶的性能,因此备受重视。CBN也具有同样特点。
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仔细观察已制备好的样品,分别画出(1 1 1)和(1 0 0)晶面发育良好的实际晶体,外貌特征。
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实验二金刚石热稳定性测定
  • 实验原理及方法
  • 金刚石不仅是世界上最硬物质,而且也是化学稳定性极强的物质,在一定的温度下,抗氧化性极强,但当温度升高到一定数值时,在大气环境下,金刚石表面将发生氧化分解。
  • 2C金刚石→2CO↑
  • 2CO+O2→2CO2↑
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实验原理及方法
  • 金刚石颗粒表面的不断氧化,使新的表面不断产生,氧化将持续下去,直至金刚石消失。这种过程势必引起金刚石质量发生变化。反应越烈,这种重量变化越明显。因此,利用这一现象,就可测出金刚石在大气条件下发生明显氧化的温度。即金刚石开始氧化的温度,其高低表征金刚石抗氧化性的强弱。
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实验原理及方法
  • 如果在金刚石表面镀覆一保护层,隔绝氧与金刚石的接触,则可大大减缓氧化速度和提高氧化发生温度,这一保护层通常是能够与金刚石表面生成碳化物的金属组成。
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实验步骤
  • 测试一种金刚石(经表面镀覆或未镀覆),在大气条件下抗氧化性能,找出明显氧化开始温度,画出失重曲线。
  • 与镀覆金刚石失重曲线对比,计算抗氧化温度提高的幅度(可两组交叉试验)