[发明专利]金刚石-金属高温固态界面反应样品制备方法

说明书

本发明公开了金刚石‑金属高温固态界面反应样品制备方法，包括：加工金刚石、金属成平整块状或片状；加工金刚石、金属致使金刚石、金属平行度达预定要求；研磨抛光即将发生高温固态界面反应的金刚石、金属的接触面；采用丙酮溶液超声清洗金刚石、金属并烘干；装接金刚石、金属且保证金刚石、金属的接触面充分接触；装接好的金刚石和金属置于真空加热炉中进行时效或变温处理以获高温固态界面反应样品；形貌观察样品及分析样品成分。它具有如下优点：适用于金刚石‑金属反应体系中的固‑固反应体系，完善金刚石‑金属反应试验过程。

技术领域

本发明涉及金刚石与金属反应机理研究的技术领域，尤其涉及一种金刚石-金属高温固态界面反应样品制备方法。

背景技术

金刚石为自然界最硬物质且具有良好物理性能及稳定化学性能，能被广泛应用于工具制备领域。而且，金刚石具有禁带宽、高导热率等优点，能用于制备极限场合的光学、半导体元件，如拉曼激光仪中的透镜等精密仪器中。因此对于金刚石半导体的加工成为现阶段亟需解决的问题。

目前常用的金刚石加工方法主要有以下几种：盐蚀加工、金属固态催化加工、化学加工、机械化学复合加工等方法。目前上述加工方法多集中在工艺参数和加工效果的研究中，但对于其加工机理和催化机理的研究较少，尤其是对于金刚石在不同的加工条件下，即温度或者压力等发生变化时，引起的金刚石自身性质变化的研究较少。

上述方法对金刚石加工是基于金刚石相变实现的。由于金刚石自身独特的性质，如高硬度高耐磨性等特点，导致金刚石本身极难加工，因此需要降低金刚石的硬度实现加工。降低金刚石硬度最直接的方法是使金刚石表面发生相变。在通常的情况下，金刚石相变需要跨越很高的势垒才能实现，需要在高温高压或者有触媒金属催化的条件下才能实现，因此降低金刚石相变势垒是实现金刚石加工的必要条件。目前常用的降低金刚石硬度，即降低金刚石相变反应条件的方法有：机械方法和化学方法。机械方法是在加工的过程中，利用压力和转速降低金刚石相变势垒；化学方法是利用与金刚石晶体结构和结构参数相近的金属元素，当金属元素满足“对准原则”的时候，金属会将sp3杂化排布的碳原子转变为sp2杂化排布的碳原子，降低金刚石发生相变所需要的能量，从而使金刚石在较低的条件下发生相变或者生成碳化物。在催化相变发生后，金刚石表面生成了一层硬度低于金刚石本身的石墨或碳化物，使金刚石易于加工。

基于上述工艺需求，对金刚石-金属界面反应研究是实现该工艺，优化不同反应体系工艺参数的基础。在现有的金刚石-金属反应体系研究中，多采用金属粉末包裹金刚石的试验方法，如CN103231054B、CN102814749A、CN106312056B。但是金属粉末与金刚石反应体系中，由于金属粉末的尺寸效应，大多数金属会在金刚石表面形成微液滴，即建立的是微观尺度下的固态(金刚石)-液态(粉末液滴)反应体系，而对于固态(金刚石)-固态(固态金属)体系的研究还较少。同时，采用粉末状金属与金刚石反应，在实验过程中极易造成环境污染和粉末氧化。

发明内容

本发明提供了金刚石-金属高温固态界面反应样品制备方法，其克服了背景技术中所存在的不足。

本发明解决其技术问题的所采用的技术方案是：金刚石-金属高温固态界面反应样品制备方法，包括：

步骤1，加工金刚石、金属成平整块状或片状；

步骤2，加工金刚石、金属致使金刚石、金属平行度达预定要求；

步骤3，研磨抛光即将发生高温固态界面反应的金刚石、金属的接触面；

步骤4，采用丙酮溶液超声清洗金刚石、金属并烘干；

步骤5，装接金刚石、金属且保证金刚石、金属的接触面充分接触；

步骤6，装接好的金刚石和金属置于真空加热炉中进行时效或变温处理,以获高温固态界面反应样品；

步骤7，形貌观察样品及分析样品成分。