Влияние структурных изменений нанокристаллов на механические свойства HPHT спеченного детонационного наноалмаза

Д.Г. Богданов, В.А. Плотников ORCID logo , С.В. Макаров ORCID logo , А.С. Богданов, А.П. Елисеев, А.А. Чепуров ORCID logo , Е.И. Жимулев ORCID logo показать трудоустройства и электронную почту
Получена 28 сентября 2021; Принята 13 ноября 2021;
Цитирование: Д.Г. Богданов, В.А. Плотников, С.В. Макаров, А.С. Богданов, А.П. Елисеев, А.А. Чепуров, Е.И. Жимулев. Влияние структурных изменений нанокристаллов на механические свойства HPHT спеченного детонационного наноалмаза. Письма о материалах. 2021. Т.11. №4. С.485-490
BibTex   https://doi.org/10.22226/2410-3535-2021-4-485-490

Аннотация

Консолидация детонационного наноалмаза: эффект термобарического спекания. Увеличение размера ядра наноалмаза происходит за счет роста как алмазной фазы, так и упорядоченного графита.В работе представлены результаты исследования механических и структурных особенностей детонационных наноалмазов после HPHT (высокое давление высокая температура) отжига в широком интервале температур. Эксперименты были проведены на аппарате высокого давления типа «разрезная сфера» (БАРС) при 5 ГПа и 1100 –1500°С. Было установлено, что термобарическое воздействие позволяет получить прочные композиты, локальная твердость которых достигает 15 ГПа. Показано, что среднее значение микротвердости растет 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. Полученные материалы неоднородны по своей структуре, области с более высокой твердостью сосредоточены в центральной части образцов. Однако, при увеличении температуры спекания величина дисперсии микротвердости уменьшается от 6.4 до 1.4 ГПа, что является следствием повышения структурной однородности в объеме композита при возрастании температуры отжига. Термобарическое воздействие приводит к росту ядер нанокристаллов алмаза с 4.2 до 6.9 нм в образцах, полученных при 1500°С. Вероятнее всего, рост может быть осуществлен за счет углерода неалмазной фазы, который встраивается в решетку алмазного ядра в условиях термобарического спекания. Этот вывод следует из анализа рентгеновских данных. Особенностью преобразования оболочек детонационного наноалмаза является одновременность процессов десорбции летучих примесных соединений и формирования вокруг алмазных ядер как новообразованной алмазной фазы, так и упорядоченного графита. Этот эффект приводит к образованию открытых участков алмазного ядра, способных контактировать с соседними кристаллами наноалмаза при спекании композита и образовывать алмазный каркас. Размер нанокристаллов, а также механические свойства и степень связности (однородности композита) существенным образом зависит от температуры спекания.

Ссылки (19)

1. V. M. Yurov, V. S. Portnov, M. P. Puzeeva. et al. Fundamentalnyye issledovaniya. 12, 349 (2016). (in Russian) [В. М. Юров, В. С. Портнов, М. П. Пузеева, и др. Фундаментальные исследования. 12, 349 (2016).].
2. R. A. Andrievski, A. M. Glezer. Phys.-Usp. 52, 315 (2009). Crossref
3. J. A. Baimova, R. R. Mulyukov. Graphene, nanotubes and other carbon nanostructures. Moscow, RAS (2018) 211 p. (in Russian) [Ю. А. Баимова, Р. Р. Мулюков. Графен, нанотрубки и другие углеродные наноструктуры. Москва, РАН (2018) 211 с.]. Crossref
4. V. Yu. Dolmatov. J. Superhard Mater. 31, 158 (2009). Crossref
5. P. A. Vityaz. Detonation synthesis nanodiamonds: production and application. Minsk, navuka (2013) 382 p. (in Russian) [П. А. Витязь. Наноалмазы детонационного синтеза: получение и применение. Минск, навука (2013) 382 с.].
6. G. N. Yushin, S. Osswald, V. I. Padalko, et al. Diamond and Related Materials. 14, 1721 (2005). Crossref
7. A. T. Dideikin, E. D. Eidelman, S. V. Kidalov, et al. Diamond and Related Materials. 75, 85 (2017). Crossref
8. D. G. Bogdanov, V. A. Plotnikov, A. S. Bogdanov, et al. Inorg. Mater. Appl. Res. 10, 103 (2019). Crossref
9. V. A. Plotnikov, D. G. Bogdanov, S. V. Makarov, A. S. Bogdanov. Izv. vuzov. Khim. Khim. Tekhnol. 60, 27 (2017). (in Russian) [В. А. Плотников, Д. Г. Богданов, С. В. Макаров, А. С. Богданов. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 60, 27 (2017).]у. Crossref
10. N. V. Sharenkova, V. V. Kaminskii, S. N. Petrov. Technical Physics. 56, 1363 (2011). Crossref
11. A. R. Ubbelohde, F. A. Lewis. Graphite and its cristal compounds. Moscow, Mir (1965) 256 p. (in Russian) [А. Р. Уббелоде, Ф. А. Льюис. Графит и его кристаллические состояния. Москва, Мир (1965) 256 с.].
12. A. I. Chepurov, V. M. Sonin, A. A. Chepurov, et al. Inorg. Mater. 47, 864 (2011). Crossref
13. D. Reznik, C. H. Olk, D. A. Neumann, J. R. D. Copley. Phys. Rev. B. 52, 116 (1995). Crossref
14. B. E. Warren. Phys. Rev. 59, 693 (1941). Crossref
15. A. Rosenkranz, L. Freeman, S. Fleischmann, et al. Carbon. 132, 495 (2018). Crossref
16. S. Tomita, A. Burian, J. C. Dore, et al. Carbon. 40, 1469 (2002). Crossref
17. S. Tomita, M. Fujii, S. Hayashi, K. Yamamoto. Diamond and Related Materials. 9, 856 (2000). Crossref
18. A. E. Aleksenskii, M. V. Baidakova, A. Ya. Vul’, V. I. Siklitskii. Phys. Solid State. 41, 668 (1999). Crossref
19. O. O. Mykhaylyk, Y. M. Solonin, D. N. Batchelder, R. Brydson. J. Appl. Phys. 97, 074302 (2005). Crossref

Другие статьи на эту тему