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超硬材料 学

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

  1. 国家材料综合实验教学示范中心 超硬材料学 1

  2. 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。

  3. 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。

  4. 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。

  5. 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↑

  6. 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。

  7. 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。

  8. 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）

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