Элемент или функциональная группа

Количественное содержание примесей

Адсорбированные	N+	Следы
молекулы, ионы и функ-	о2	«
циональные группы	С1-	«
	CN- C2H2	«
	so42-	«
	со OH-	100 (мг -атом)/г « «
	соон	« «
	O-	100—400 (мг X
		X атом)/г
Металлы	Mg, Ca, Si, Na	Менее 1 %
	К, Al, Сг	» »
	Mn, Ni, Fe
Неметаллы	Графит	0,2—1,0 %
	В	Менее 1 %

спекании алмазных поликристаллов примеси оксидов кремния сегрегируют по границам алмазных зерен, пре­пятствуя тем самым их срастанию в плотный поликри­сталл. Это приводит к снижению прочностных свойств поликристаллического материала. Чаще всего излом происходит по межзеренным границам с повышенным содержанием примесей и включений.

Исследования влияния способа очистки на состав загрязнения поверхности проводились на микропорош­ках синтетических алмазов марки АСМ зернистостью 7/5 мкм, качество которых соответствовало ГОСТ 9206-80. Состав поверхности частиц этих микропорошков опреде­лялся в исходном состоянии, после обработки в солярной кислоте с последующей многократной промывкой в дистиллированной воде, после кислотной очистки и про

Таблица 17. Относительное содержание примесей на поверхно зависимости от вида обработки

Обработка			Относительная (к углероду)				—.
	Na+	Mg+	Al+	Si+	Са+	Мп+
Исходное состояние В кислотах с промывкой в дисти ллированной воде В кислотах с последующим отжигом в вакууме	2,4 1,0 0,4	4.0 1.0 0,37	0,90 0,57 0,10	5,60 0,58 0,40	12,0 0,06 1,6 0,05 0,2 0,05

мывки с последующим отжигом при 1300—1350 К и давлении остаточных газов 10-2 Па. Состав поверхности алмазных частиц определялся методом ЭОС. Как видно из рис. 44, после обработки в соляной кислоте поверх­ность алмазных частиц содержит примесей кремния и кислорода несколько больше, чем до обработки. Следует отметить, что удаляются эти примеси ионным травлени­ем с поверхности частиц алмазного порошка, обрабо­танного кислотой, за большее время, чем необработан­ного. Это связано с тем, что после кислотной обработки поверхность частиц становится более развитой и хими­ческие реакции, в результате протекания которых на алмазной поверхности закрепляется кислород, затраги­вают более глубокий слой [36].

Наиболее чистой поверхностью обладают порошки, отожженные в вакууме. Вероятно, при нагреве до 1300— 1350 К из-за различия коэффициентов термического рас­ширения (КТР) алмаза и примесей происходит отслоение тонких (десятки нанометров) чешуек оксидов кремния и других примесей от частиц алмаза. На поверхности ал­мазных частиц остается только кислород, адсорбирован­ный при охлаждении из внешней среды.

Более детально состав поверхности частиц алмазных микропорошков, очищенных различными способами, был исследован методом ВИМС. Были получены характер­ные спектры положительных и отрицательных вторичных ионов поверхности частиц алмазных порошков. В спек­трах присутствуют пики, соответствующие ионам: Н-, СН-, O-, ОН-, С2-, С2Н2-, Сl-, F-, В+, С+, СН+, N+, Na+, Mg+, C2+, Al+, Si+, K+, Ca+, Mn+, Cr+, Fe+, Ni+. Для оценки количественного содержания примесей на поверхности алмазных частиц были определены отношения интенсивности пиков,

сти микропорошков синтетических алмазов АСМ 7/5

в еличина пика элемента в спектрах вторичных ионов

Fe+

Ni+

Н-

сн-

о-

С1-

С2-

C₂H₂^-

0,40 0,12 0,20 0,17 1,0 0,32 0,96 1,40

0,16 0,022 0,29 0,13 0,04 0,06

0,23 1,0 0,10 0,58 0,67 0,06 0,3 0,03 1,80 0,23

соответствующих примес­ным ионам, к интенсивности пика матричного элемен­та — углерода (табл. 17). Как видно из табл. 17, содер­жание натрия, магния, алюминия, кремния, кальция, железа, хрома, никеля на поверхности алмазных частиц уменьшается при обработке порошков в кислоте, но наиболеее чистая поверхность получается при последую­щем отжиге в вакууме.

Из сравнения отношений интенсивностей пиков эле­ментов в спектре отрицательных вторичных ионов к интенсивности пика углерода следует, что после кислот­ной обработки возрастает концентрация на поверхности алмазных частиц примесей водорода, кислорода, групп ОН-, СН- и уменьшается концентрация хлора, бора, фтора, групп С2Н2- и неорганических примесей. По результатам исследования состава поверхности алмаз­ных порошков после различных способов очистки, про­веденных методами ЭОС и ВИМС, следует отметить, что кислотная обработка уменьшает концентрацию на поверхности алмазных порошков, в основном неоргани­ческих примесей, последующая же термообработка в вакууме уменьшает концентрацию всех примесей, как неорганических, так и различных функциональных групп, а также азота, водорода, хлора и др.

Загрязнения поверхности частиц алмазных микро­порошков различными примесями значительно влияют на процесс спекания поликристаллического алмазного материала и его физико-механические свойства, такие, как твердость, износостойкость, прочность на сжатие и удельное электросопротивление. Исследовали физико-механические свойства образцов алмазного поликристал­лического материала, спеченных из микропорошков марки АСМ 7/5 с различными видами предварительной очистки поверхности (табл. 18).

Таблица 18. Физико-механические свойства спеченных алмазных поликристаллов

Предварительная очистка алмазйых порошков

Исходное состояние	240	20,7	7,4	0,09
После обработки в кисло-
те и промывки в дистил-
лированной воде	310	35,8	2,9	0,21
После кислотной обработ-
ки с последующим от-
жигом в вакууме	390	47,0	0,9	0,43

Как видно из табл. 18, наиболее высокими свойствами обладают образцы поли­кристаллов, спеченные из порошков синтетических алма­зов, предварительно прошедших кислотную обработ­ку с последующим отжигом в вакууме. Однако и кислот­ная обработка способствует повышению качества спечен­ных поликристаллов.

Ввиду того, что алмаз является диэлектриком, прово­дить электрический ток в алмазном поликристалле мо­жет только графит, образовавшийся в процессе спека­ния в результате полиморфного превращения алмаз — графит. Так как алмазные поликристаллы спекались из одного и того же микропорошка, но с различными способами очистки, при одних и тех же термодинамиче­ских параметрах (температуре, давлении и длительности спекания), то различия в удельном электросопротивле­нии связаны с влиянием концентрации поверхностных загрязнений на процесс графитизации алмазных частиц. Как показали результаты измерения электросопротив­ления спеченных поликристаллов, при воздействии дав­ления 9,0 ГПа и температуры 2000 К алмазный порошок АСМ 7/5 графитизируется в большей степени в исходном состоянии, чем после очистки в кислоте. Наибольшее электросопротивление у образцов поликристаллов, спе­ченных из алмазного порошка, отожженного в вакууме.