Поликристал алмазын талаарх гүнзгий тойм: Шинж чанар, синтез ба хэрэглээ

Поликристал алмаз (PCD) нь дан талст алмазын гайхалтай хатуулаг, элэгдэлд тэсвэртэй байдлыг карбидын материалтай адил сайжруулсан анизотроп болон цохилтод тэсвэртэй байдлын нэмэлт давуу талуудтай хослуулсан гайхалтай материал юм. Эдгээр шинж чанарууд нь PCD-г газрын тос, байгалийн хий олборлох, нүүрс, геологийн хайгуул, механик боловсруулалт зэрэг олон төрлийн шаардлагатай хэрэглээнд маш тохиромжтой болгодог.

Поликристал алмазын гарал үүсэл

Поликристал алмазыг ихэвчлэн онцгой шинж чанараараа хүлээн зөвшөөрөгдсөн байгалийн дан талст алмазтай харьцуулдаг. Байгальд бас нэгэн ховор алмазын хувилбар болох карбонадобуюу хар алмаазыг нээсэн. Ганц талст алмаазнаас ялгаатай нь карбонадо нь олон тооны жижиг алмааз талстуудаас бүрдсэн поликристал материал бөгөөд тэдгээр нь ул мөр ихтэй хольцтой холилдсон байдаг. Энэхүү өвөрмөц бүтэц нь хуваагдлын хавтгайгүй тул уламжлалт ганц талст алмаазнаас ч давсан хатуулаг, бат бөх чанар, элэгдэлд тэсвэртэй байдлыг бий болгодог.

Поликристал алмазын синтезийн аргууд

Поликристал алмаз бүтээхэд янз бүрийн дэвшилтэт техник шаардлагатай бөгөөд тус бүр нь зориулалтын хэрэглээнээс хамааран тодорхой давуу болон бэрхшээлтэй байдаг.

1. Тэсрэх синтез:
   Энэ аргаар дэлбэрэлтээс үүссэн хүчтэй дулаан болон кинетик энергийг ашиглахын тулд өндөр даралтад тэсвэртэй савыг ашигладаг. Үүссэн хүч нь металл хуудсыг бал чулуун хуудсан дээр цохиж, бал чулууг бичил нунтаг поликристал алмаз болгон хувиргадаг хурдан өндөр температур, өндөр даралттай орчинг бий болгодог. Энэ арга нь хурдан бөгөөд зардал багатай боловч харьцангуй жижиг, жигд бус поликристал үүсгэдэг бөгөөд нарийвчлал нь гол асуудал биш зүлгүүрийн зэрэглэлийн PCD-ээр хязгаарлагддаг.
2. Бага даралттай химийн уурын тунадасжилт (CVD):
   Бага даралттай CVD процесс нь нүүрстөрөгч агуулсан хийг 1 атмосферээс бага даралттай нөхцөлд урвалын камерт оруулдаг. Хийн урвалын цувралаар хийн материалаас нүүрстөрөгчийн атомууд нь поликристал алмазан хальс хэлбэрээр субстратын гадаргуу дээр хуримтлагддаг. Энэ арга нь маш сайн дулааны шинж чанартай, электроник болон оптикийн чиглэлээр тусгай хэрэглээнд зориулж допинг элементүүдийг оруулах боломжтой өндөр тогтвортой хальс үүсгэдэг. Гэсэн хэдий ч CVD нь синтезийн урт хугацаа, бүтээмж багатай тул томоохон хэмжээний үйлдвэрлэлд бэрхшээл учруулдаг.
3. Шууд хөрвүүлэлт:
   Энэхүү дэвшилтэт арга нь өндөр цэвэршилттэй бал чулуун бичил нунтагыг хэт өндөр даралтад (2000°C-аас дээш ба 13 GPa) оруулж поликристал алмаз болгон хувиргах явдал юм. Үүссэн алмаз нь байгалийн алмазтай ойролцоо гүйцэтгэлийн шинж чанартай байдаг. Гэсэн хэдий ч өндөр эрчим хүчний шаардлага, хатуу нөхцөл нь энэ процессыг үйлдвэрлэлийн зориулалтаар өртөг өндөртэй, үр ашиггүй болгож, одоогоор туршилтын нөхцөлд шилжүүлж байна.
4. Өндөр даралттай өндөр температурт (HPHT) уусгагчийн арга:
   Энэхүү синтезийн техникт поликристал алмазан композитуудыг өндөр даралт (5–7 ГПа) болон температур (1300–1700°C)-ийн хяналттай дор бал чулуу нунтаг, алмазан бичил нунтаг, шилжилтийн металл эсвэл хайлшийн катализатор ашиглан үүсгэдэг. Энэ арга нь бусад аргуудтай харьцуулахад синтезийн илүү хурдан мөчлөг, тоног төхөөрөмжийн шаардлагыг багасгадаг тул харьцангуй бага өртгөөр үйлдвэрлэлийн үйлдвэрлэлд тохиромжтой.

Поликристал алмазын шинж чанар ба хэрэглээ

Поликристал алмаз нь өвөрмөц бүтэцээрээ ялгардаг. Алмазан талстуудын санамсаргүй зохион байгуулалт нь физик болон химийн шинж чанараараа маш тогтвортой, бүх чиглэлд маш сайн бат бөх, гүйцэтгэлтэй материалыг бий болгодог. Задаргааны хавтгай байхгүй нь цохилтод илүү тэсвэртэй болгодог бөгөөд поликристал алмазыг том дан талст алмаазнаас илүү цочролд тэсвэртэй болгодог. Энэ нь дан талстыг ихэвчлэн хугалах эсвэл гэмтээх өндөр нөлөөллийн хэрэглээнд тохиромжтой сонголт болгодог.

Том хэмжээтэй дан талст алмаазтай харьцуулахад үйлдвэрлэлийн өртөг харьцангуй бага тул поликристал алмаазыг үйлдвэрлэлийн тодорхой хэрэгцээнд нийцүүлэн янз бүрийн хэлбэрээр үйлдвэрлэж болно. Энэ нь онцгой хатуулаг, бат бөх чанарыг хадгалдаг тул дараахь олон төрлийн хэрэглээнд үнэлж баршгүй материал болдог.

• Аж үйлдвэрийн өрөмдлөг болон зүсэх хэрэгсэл:Поликристал алмаазыг өндөр хүчин чадалтай зүсэх, өрөмдөх хэрэгсэл үйлдвэрлэхэд, ялангуяа чулуулаг, бетон, хатуу металл зэрэг бат бөх материалд өргөн ашигладаг.
• Газрын тос, байгалийн хийн хайгуул:Элэгдэл болон цохилтод тэсвэртэй байдал нь PCD-г газрын тос, байгалийн хийн салбарт өрөмдлөг болон олборлолтын багаж хэрэгсэлд маш сайн материал болгодог.
• Уул уурхай ба Геологи:PCD нь бат бөх, бат бөх чанараараа хатуу чулуулаг өрөмдөх, геологийн хайгуул хийх уул уурхайн тоног төхөөрөмжид өргөн хэрэглэгддэг.
• Нарийвчлалтай үйлдвэрлэл:Механик боловсруулалт болон үйлдвэрлэлд поликристал алмаазыг өндөр нарийвчлалтай үр дүнд хүрэхийн тулд зүлгүүрийн материалд ашигладаг.

Дүгнэлт

Поликристал алмаз нь онцгой хатуулаг, бат бөх чанар, олон талт байдлынхаа ачаар олон салбарт тулгын чулуу болсон. Тэсрэх бодисын синтез, химийн уурын тунадасжуулалт, өндөр даралттай өндөр температурын техник зэрэг янз бүрийн аргыг ашиглан PCD-г нэгтгэх чадвар нь дэвшилтэт багаж хэрэгсэл, машин механизм үйлдвэрлэхэд түүний ач холбогдлыг баталгаажуулдаг. Аж үйлдвэрийн зэрэглэлийн бат бөх чанар, өртөг хэмнэлттэй үйлдвэрлэлийн хослолын ачаар поликристал алмаз нь уламжлалт болон шинээр гарч ирж буй технологиудад гол үүрэг гүйцэтгэсээр байх болно.