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镀钛金刚石的X射线衍射丈量

来源:www.hmwjzs.com 发表时间:2017-01-18

     对表面有镀钛层的金刚石晶体进行了射线衍射丈量,得到了金刚石晶体表面有金属化合物形成的结果。同时,得到了一个较有疑问的衍射峰,本文尝试着进行了一些分析。
     金刚石晶体与CBN晶体在做工具使用时经常需要与金属烧结在一起,在金刚石晶体或者CBN晶体表面镀一层金属,是一种比较好的办法。这种方法将使金刚石晶体与金属基底结合的牢固,不易脱粒。同时,也保护了金刚石晶体的原来的固有强度。这样一来,工具的使用寿命和效率都将大幅度进步。通常,会根据不同的需要,镀一层金属铜、金属镍或者金属钛。当然,要根据需要采用不同的镀层方法,比如电镀,或者是用真空气化金属的方法蒸镀等。在金刚石晶体表面镀金属层,有一个关键的题目是:金属镀层与金刚石晶体表面结合的是否牢固。而判定是否牢固的标准是:金刚石晶体表面的碳原子是否与金属镀层中的金属原子有化学键的结合,即是否形成金属化合物。
     本文使用镀钛金刚石晶体做样品,进行x射线衍射试验。镀钛金刚石晶体的形貌,可以看到镀钛层的金刚石晶体表面有两种况,一种是比较光滑、一种是表面有不同的纹络与缺损,晶体表面的纹一种是表面有不同的纹络与缺损,晶体表面的纹络与缺损是金刚石晶体原来表面存在的缺陷的表现。
对已经镀钛的金刚石晶体做X射线衍射丈量,可以得到金刚石晶体的镀钛层的结构,横坐标表示x射线衍射的角度(2Theta),纵坐标表示衍射线的强度。共有7条主要衍射线。其中最强的衍射线是金刚石晶(111)晶面的衍射线,表明x射线已经穿透镀钛层,进射到金刚石晶体表面,又反射回来,形成很强的衍射峰。
对镀钛金刚石晶体的x射线衍射丈量,在衍射角度18°-27°的范围内既不是金属钛的衍射线,也不是7ric晶体的衍射线。而又由于在镀钛金刚石晶体表面没有丈量出其他的物质,是否可以认定,这些衍射线是金刚石晶体表面与金属钛结合, 天生TiC晶体的同时,金刚石晶体表面层有发生一些变异结构导致的衍射结果?这个现象似乎需要进一步的深进研究。
  从x射线对金刚石晶体的进射深度公式,可以初步估计镀钛层的厚度。x射线在晶体内部的进射深度,可以这样计算。X射线的强度在进射晶体中的衰减有下面的公式表示:
  i=ioeˉtμ
  公式中:t表示x射线的穿透深度,单位是cm;i表示x射线进射晶体后反射回来,丈量得到的射线的强度;i。表示X射线的初始强度;μ表示x射线的线吸收系数,单位是cm。经过简单的变化,得到X射线在晶体内部进射深度的表达式:
  t=Lg(i/io)/μ
  这里需要引进一个新的物理量,即μm,称为质量吸收系数,单位是crn2/克。μ与μ的关系是:μ=μmp,其中P是被丈量晶体的密度,单位是克/cm3。对于经常使用的Cu靶而言,晶体Ti的μm=208cm2/克。从这些数据可以估计出镀钛金属层的厚度,当然,由于存在碳化钛晶体成分,这种估计会有比较大的误差。

结论  
  1、镀钛金刚石晶体表面主要的成分是金属化合物类似TiC晶体,这表明镀钛工艺是成熟的,可以起到将金刚石晶体表面增强的作用。
  2、镀钛金刚石晶体表面的金属化合物似乎是一种立方TiC晶体结构。
  3、x射线衍射结果表明,金刚石晶体表面经过镀钛工艺处理之后,有新的结构出现,这是需要认真研究的。

  

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