Поликристаллдык алмазга терең сереп: касиеттери, синтези жана колдонулушу

Поликристаллдык алмаз (ПКБ) – бул монокристаллдык алмаздын таасирдүү катуулугун жана эскирүүгө туруктуулугун карбид материалдарына окшош анизотропиянын жана соккуга туруктуулуктун кошумча артыкчылыктары менен айкалыштырган укмуштуудай материал. Бул касиеттер ПКБны мунай жана газ казып алуу, көмүр жана геологиялык чалгындоо, ошондой эле механикалык иштетүү сыяктуу бир катар талаптуу колдонмолор үчүн абдан ылайыктуу кылат.

Поликристаллдык алмаздын келип чыгышы

Поликристаллдык алмаз көбүнчө өзгөчө касиеттери менен таанылган табигый монокристаллдык алмаз менен салыштырылат. Жаратылышта алмаздын дагы бир сейрек кездешүүчү варианты, башкача айтканда, ... карбонадоже кара алмаз табылган. Монокристаллдуу алмаздардан айырмаланып, карбонадо – бул көптөгөн майда алмаз кристаллдарынан турган жана аз өлчөмдөгү кошулмалар менен аралашкан поликристаллдуу материал. Бул уникалдуу түзүлүш, бөлүнүү тегиздиктеринин жоктугу менен, салттуу монокристаллдуу алмаздардан да ашып түшкөн жогорку катуулукка, бекемдикке жана эскирүүгө туруктуулукка алып келет.

Поликристаллдык алмазды синтездөө ыкмалары

Поликристаллдык алмазды түзүү ар кандай өнүккөн ыкмаларды талап кылат, алардын ар бири колдонулушуна жараша белгилүү бир артыкчылыктарды жана кыйынчылыктарды сунуштайт.

1. Жарылуучу синтез:
   Бул ыкмада жарылуулардан пайда болгон катуу жылуулукту жана кинетикалык энергияны пайдалануу үчүн жогорку басымга туруктуу контейнерлер колдонулат. Пайда болгон күч металл барактарын графит барактарына тийгизип, графитти микро-порошок поликристаллдык алмазга айландыруучу тез жогорку температуралуу жана жогорку басымдуу чөйрөнү түзөт. Бул ыкма тез жана үнөмдүү болгону менен, салыштырмалуу кичинекей жана туура эмес поликристаллдарды пайда кылат, бул аны колдонууну тактык негизги маселе болбогон абразивдүү класстагы PCD менен чектейт.
2. Төмөнкү басымдагы химиялык буу чөкмөсү (ТБЧЧ):
   Төмөнкү басымдагы CVD процесси көмүртек камтыган газдарды реакция камерасына 1 атмосферадан аз басым шарттарында киргизет. Бир катар химиялык реакциялар аркылуу газ түрүндөгү материалдардан алынган көмүртек атомдору субстраттын бетине поликристаллдык алмаз пленкалары түрүндө чөгөт. Бул ыкма эң сонун жылуулук касиеттерине жана электроника жана оптика жаатындагы адистештирилген колдонмолор үчүн легирлөө элементтерин кошуу мүмкүнчүлүгүнө ээ болгон жогорку туруктуу пленкаларды өндүрөт. Бирок, CVD синтездөө убактысынын узактыгынан жана өндүрүмдүүлүгүнүн төмөндүгүнөн жабыркайт, бул ири масштабдуу өндүрүш үчүн кыйынчылыктарды жаратат.
3. Түз конверсия:
   Бул өркүндөтүлгөн ыкма жогорку тазалыктагы графит микропорошокту өтө жогорку басымга (2000°C жогору жана 13 ГПа) дуушар кылуу менен поликристаллдык алмазга айландырууну камтыйт. Алынган алмаздар табигый алмаздарга жакын мүнөздөмөлөргө ээ. Бирок, жогорку энергия талаптары жана катаал шарттар бул процессти кымбат жана өнөр жайлык колдонуу үчүн натыйжасыз кылат, бул аны азыркы учурда эксперименталдык шарттарга өткөрүп жиберет.
4. Жогорку басымдагы жогорку температурадагы (HPHT) эриткич ыкмасы:
   Бул синтез ыкмасында поликристаллдык алмаз композиттери көзөмөлдөнгөн жогорку басым (5–7 ГПа) жана температура (1300–1700°C) астында графит порошогун, алмаз микропорошокту жана өткөөл металлдарды же эритме катализаторлорун колдонуу менен түзүлөт. Бул ыкма башка ыкмаларга салыштырмалуу тезирээк синтез циклин жана жабдуулардын талаптарын төмөндөтөт, бул аны салыштырмалуу арзан баада өнөр жай өндүрүшү үчүн жакшы ылайыктуу кылат.

Поликристаллдык алмаздын мүнөздөмөлөрү жана колдонулушу

Поликристалл алмаз өзүнүн уникалдуу түзүлүшү менен айырмаланып турат. Алмаз кристаллдарынын ар биринин туш келди жайгашуусу физикалык жана химиялык касиеттери боюнча абдан ырааттуу материалды түзөт, бардык багыттар боюнча эң сонун бышыктыкты жана иштөөнү көрсөтөт. Бөлүнүү тегиздиктеринин жоктугу соккуга жогорку туруктуулукту камсыз кылат, бул поликристалл алмазды чоң монокристалл алмаздарга караганда соккуга туруктуураак кылат. Бул аны монокристаллдарды адатта сындырган же бузган жогорку таасирдүү колдонмолор үчүн идеалдуу тандоо кылат.

Чоң монокристаллдык бриллианттарга салыштырмалуу өндүрүштүк чыгымдары салыштырмалуу төмөн болгондуктан, поликристаллдык бриллиант белгилүү бир өнөр жай муктаждыктарына ылайыкташтырылып, ар кандай формада өндүрүлүшү мүмкүн. Ал өзгөчө катуулугун жана бекемдигин сактап калат, бул аны төмөнкүлөрдү камтыган кеңири колдонмолор үчүн баа жеткис материалга айлантат:

• Өнөр жайлык бургулоо жана кесүү шаймандары:Поликристаллдык алмаз жогорку өндүрүмдүүлүктөгү кесүүчү жана бургулоочу шаймандарды, айрыкча таш, бетон жана катуу металлдар сыяктуу катуу материалдарды жасоодо кеңири колдонулат.
• Мунай жана газ чалгындоо:Анын эскирүүгө жана соккуга туруктуулугу PCDди мунай жана газ өнөр жайында бургулоо жана экстракциялоочу шаймандар үчүн эң сонун материалга айлантат.
• Тоо-кен жана геология:ПХД өзүнүн бекемдигинен жана бышыктыгынан улам катуу тектерди бургулоо жана геологиялык чалгындоо үчүн тоо-кен жабдууларында кеңири колдонулат.
• Так өндүрүш:Механикалык иштетүүдө жана жасоодо поликристаллдык алмаз жогорку тактыктагы натыйжаларга жетүү үчүн абразивдүү материалдарда колдонулат.

Жыйынтык

Поликристалл алмаз өзүнүн өзгөчө катуулугу, бекемдиги жана ар тараптуулугу менен ар кандай тармактарда негизги материалга айланды. Жардыруучу синтез, химиялык буу менен чөктүрүү жана жогорку басымдагы жогорку температура ыкмалары сыяктуу ар кандай ыкмаларды колдонуп, ПХД синтездөө мүмкүнчүлүгү анын өнүккөн шаймандарды жана техникаларды өндүрүүдөгү маанисин улантат. Өнөр жайлык деңгээлдеги бекемдиктин жана үнөмдүү өндүрүштүн айкалышы менен поликристалл алмаз салттуу жана жаңыдан пайда болуп жаткан технологияларда маанилүү ролду ойной берет.