Фундаментальные проблемы современного материаловедения,  2020,  том 17,  №1, 112-118

 

Д.Г. Богданов1, А.С. Богданов1, В.А. Плотников1, С.В. Макаров1, А.А. Чепуров2, Е.И. Жимулев2

Механические свойства термобарически спеченного детонационного алмаза

1Алтайский государственный университет, пр. Ленина, 61, 656049, Барнаул, Россия
2Институт геологии и минералогии им. В.С. Соболева СО РАН, пр. Академика Коптюга, 3, 630090, Новосибирск, Россия
Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript

Термобарическое спекание детонационного наноалмаза при давлении 5 ГПа и температурах 1100-1500 °С позволяет получить поликристаллические агрегаты, распределенные в структуре компакта таким образом, что определяет большую дисперсию микротвердости по поверхности образца. Показано, что среднее значение микротвердости растет, а величина дисперсии уменьшается при увеличении температуры спекания. Так, например, повышение температуры от 1100 до 1500 °С сопровождается ростом среднего значения микротвердости от 8,8 до 12,2 ГПа и снижением дисперсии микротвердости от 4,9 до 1,5. Характерно, что разброс особенно велик на периферии образца, где значения микротвердости (образец, спеченный при 1200 °С) могут лежать в интервале от 3,2 до 12 ГПа. Примесный слой нанокристалла детонационного алмаза влияет на процессы консолидации частиц двояким образом. С одной стороны примесный слой препятствует контакту между смежными нанокристаллами, с другой – примесный слой, его летучая составляющая активно формирует флюидную составляющую процесса термобарического спекании. При этом во флюид, по-видимому, уходит и часть металлических примесей, таких как железо, алюминий, кальций и др. Например, частицы железа, присутствующие на поверхности наноалмазного ядра, способны активно двигаться по поверхности алмаза и агломерироваться в более крупные скопления частиц. Вовлеченные в состав флюида летучие соединения, количество которых может достигать 20 масс. %, и примесных атомов других элементов обнажают участки поверхности наноалмазного ядра, по которым могут формироваться ковалентные связи между смежными кристаллами.

Ключевые слова: детонационный алмаз, термобарическое спекание, микротвердость, дисперсия микротвердости, флюидная составляющая процесса спекания.

УДК 539.911

DOI: 10.25712/ASTU.1811-1416.2020.01.018


 

Fundamental’nye problemy sovremennogo materialovedenia

(Basic Problems of Material Science (BPMS)) Vol. 17, No.1 (2020) 112-118

 

D.G. Bogdanov1, A.S. Bogdanov1, V.A. Plotnikov1, S.V. Makarov1, A.A. Chepurov2, E.I. Zhimulev2

Mechanical properties of thermobarically sintered detonation diamond

1Altai State University, Lenin Pr., 61, Barnaul, 656049, Russia
2V.S. Sobolev Institute of Geology and Mineralogy SB RAS, Koptyuga Str., 3, Novosibirsk, 630090, Russia

Thermobaric sintering of detonation nanodiamonds at a pressure of 5 GPa and temperatures of 1100-1500 °C allows to obtain polycrystalline aggregates distributed in the compact structure in such a way that determines a large dispersion of microhardness over the surface of the sample. It was shown that the average microhardness increases and the dispersion decreases with increasing sintering temperature. For example, an increase in temperature from 1100 to 1500 °C is accompanied by an increase in the average microhardness from 8,8 to 12,2 GPa and a decrease in the dispersion of microhardness from 4,9 to 1,5. It is characteristic that the scatter is especially large at the periphery of the sample, where the microhardness values (sample, sintered at 1200 °C) can lie in the range from 3,2 to 12 GPa. The impurity layer of detonation diamond nanocrystal affects the processes of particle consolidation in two ways. On the one hand, an impurity layer prevents contact between adjacent nanocrystals, on the other hand, an impurity layer, its volatile component actively forms the fluid component of the thermobaric sintering process. In this case, a part of the metal impurities, such as iron, aluminum, calcium, etc., apparently also goes into the fluid. For example, iron particles present on the surface of a nanodiamond core are able to actively move along the surface of a diamond and agglomerate into larger clusters of particles. Volatile compounds involved in the fluid, the amount of which can reach 20 wt %, and impurity atoms of other elements expose sections of the surface of the nanodiamond core, through which covalent bonds between adjacent crystals can form.

Keywords: detonation diamond, thermobaric sintering, microhardness, microhardness dispersion, fluid component of the sintering process.