氧化铁刻蚀金刚石表面形貌的表征及形成机理

发布时间：2021-08-26 01:47

　　为了系统研究不同温度下氧化铁刻蚀金刚石表面的形貌及形成机理,以人造金刚石为刻蚀材料,以氧化铁作为刻蚀剂,先将金刚石洗净,然后将金刚石与氧化铁以质量比为1∶5混合均匀、压实,用氮气作为保护气氛,在650～850℃下用氧化铁刻蚀金刚石单晶表面。再用扫描电子显微镜及其3D重建技术、热重分析、X射线衍射和拉曼光谱等方法对刻蚀后金刚石单晶不同晶面的表面形貌、表面粗糙度、物相组成和刻蚀机理进行了表征与分析。首次用3D重建技术对刻蚀后金刚石不同晶面的形貌进行了立体观测,用铜基结合剂金刚石试样的抗弯强度来评估刻蚀对金刚石与结合剂间结合力的影响。结果表明:氧化铁在不同温度下均能有效刻蚀金刚石单晶,且对不同晶面的刻蚀程度和形貌是各向异性的;当刻蚀温度为650℃时,氧化铁对金刚石单晶已有一定的刻蚀;随温度的升高,刻蚀加剧;在相同条件下,金刚石单晶的{100}面刻蚀程度比{111}面严重,{100}面表面粗糙度S_a从0.84μm升至3.73μm,{111}面表面粗糙度S_a从0.77μm升高至2.01μm。刻蚀后,金刚石单晶的不同晶面形貌由金刚石本身的原子排列决定,随... 

【文章来源】：材料导报. 2020,34(14)北大核心EICSCD

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

人造金刚石单晶原始形貌

800 ℃氧化铁刻蚀后金刚石表面整体形貌图

从图2中金刚石表面在 800 ℃下经氧化铁刻蚀后整体形貌图可以看出,氧化铁对金刚石{100}面和{111}面的刻蚀程度不同,因此需要对Fe2O3在不同温度下对金刚石不同晶面的刻蚀情况进行详细分析,首先分析{111}面的刻蚀情况。图3a—e为650～850 ℃下Fe2O3对金刚石{111}面刻蚀后的表面形貌。由图3a可知:当刻蚀温度为650 ℃时,整个{111}晶面都呈现轻微的刻蚀,布满了轻微的点状凸起以及一些线形的纹路,该纹路可能是金刚石的生长纹[15],这说明氧化铁对金刚石的起始刻蚀温度低于650 ℃;当刻蚀温度升高至700 ℃时(图3b),点状凸起的数量增加,有些区域出现了较大的刻蚀坑,表面粗糙度提高;随着温度升高至750 ℃(图3c),刻蚀进一步加剧,此时点状凸起数量减少,但每个凸起的面积变大,进而长大成为粗大的柱状物;当刻蚀温度再从750 ℃升高到850 ℃时(图3d和e),刻蚀进一步加剧,点状凸起数量进一步减少,每个凸起的面积进一步变大,柱状物更加粗大,最后变成了面积很大的刻蚀物。综合不同刻蚀温度下金刚石{111}面的SEM图可得:随着刻蚀温度的升高,金刚石{111}面的刻蚀越来越加剧,晶面刻蚀形状由轻微的点状凸起变成了粗大的凸起物,最终凸起物面积更大、高度更高。2.3 不同刻蚀温度下氧化铁对金刚石{100}面的刻蚀

【参考文献】：
期刊论文
[1]Cu含量对铝基结合剂及其金刚石工具性能的影响[J]. 徐俊杰,万隆,宋冬冬,王俊沙,李颖颖,刘莹莹.  材料导报. 2017(08)
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[4]金属断口SEM图像三维重建模型及实现研究[J]. 陈亨利,康戈文,任文伟.  计算机应用研究. 2008(02)

博士论文
[1]铁族金属及其盐对人造金刚石单晶腐蚀研究[D]. 王俊沙.湖南大学 2016



本文编号：3363298