5. Формирование структуры синтетического поликристаллического алмаза

Формирование структуры синтетического алмазного поликристалла происходит через стадии плавления и инфильтрации жидкого металла-катализатора в объем графитовой заготовки, фазового превращения графита в алмаз и взаимодействия расплава с углеродным материалом. В алмазных поликристаллах, полученных на основе системы С–Ni, присутствуют металлические включения с ГЦК решеткой, закономерно сопряженные (ориентированные) с решеткой алмаза [41]. Никелевые включения в поликристаллическом алмазе имеют период решетки больше периода решетки чистого никеля. Наблюдаемое увеличение периода решетки металлических включений предположительно связано: 1) с образованием сильно пересыщенного по сравнению с равновесным состоянием твердого раствора углерода в никеле [59]; 2) с наличием межфазных статических искажений в системе алмазная матрица – металлические включения, связанных с различием коэффициентов термического расширения матрицы и включений [41]. Авторами данного учебного пособия проведено уточнение механизма формирования структуры поликристалла алмаза.

Для получения алмазных поликристаллов в качестве катализаторов использовали никель-молибденовые и никель-молибден-титановые сплавы. Синтез проводили в камере высокого давления типа «тороид» при давлении 8 ГПа и температуре 1900 К. Использовали графит марки МГ ОСЧ. Период решетки а -твердого раствора рассчитывали по дифрактограмме (установка ДРОН-2, Cu K_ – излучение) для никелевого отражения (222). В качестве эталона использовали алмазное отражение (311). Точность определения а составляла 0,00110^–10 м.

Определенные экспериментально значения периода решетки твердого раствора на основе никеля в исходных катализаторах и в металлической фазе синтезируемых поликристаллов карбонадо представлены в табл. 5.1.

Таблица 5.1

Период решетки твердого раствора на основе никеля

-твердый раствор	Период решетки, 10–10 м, при количестве Мо в исходном катализаторе, %
	0	5	10	15	20	30
В исходном катализаторе	3,524	3,537	3,550	3,562	3,578	3,608
В металлической фазе карбонадо	3,541	3,550	3,559	3,561	3,561	3,561

Период решетки a в процессе получения алмазных поликристаллов изменяется по-разному: максимальное увеличение наблюдается при использовании в качестве катализатора чистого никеля; при сильном легировании исходного -твердого раствора его период решетки в металлических включениях поликристаллического алмаза уменьшается. Необходимо отметить, что период решетки а включений на основе никеля в карбонадо не превышает 3,56110^–10 м, что по значению близко к периоду решетки алмазной матрицы (3,56710^–10 м). По нашему мнению, такое большое изменение параметра а в процессе формирования структуры поликристаллического алмаза не может быть связано с образованием пересыщенного твердого раствора углерода в никеле, а обусловлено, вероятно, межфазными упругими напряжениями в системе алмазная матрица – включения.

Для подтверждения данного предположения был проведен отжиг поликристаллов карбонадо в вакууме (давление менее 1,3310^–2 Па) в течение 2 ч при различных температурах. Значения полученных периодов решетки включений представлены в табл. 5.2.

Таблица 5.2