Một nghiên cứu mới trên tạp chí Kim cương và Vật liệu liên quan tập trung vào việc khắc kim cương đa tinh thể bằng chất khắc FeCoB để tạo thành các mẫu.Nhờ những đổi mới công nghệ được cải tiến này, bề mặt kim cương có thể thu được mà không bị hư hại và ít khuyết tật hơn.
Nghiên cứu: Khắc chọn lọc không gian kim cương ở trạng thái rắn sử dụng FeCoB với mẫu quang khắc.Nguồn hình ảnh: Bjorn Wilezic/Shutterstock.com
Thông qua quá trình khuếch tán trạng thái rắn, màng tinh thể nano FeCoB (Fe:Co:B=60:20:20, tỷ lệ nguyên tử) có thể đạt được mục tiêu mạng tinh thể và loại bỏ kim cương trong cấu trúc vi mô.
Kim cương có đặc tính sinh hóa và hình ảnh độc đáo, cũng như độ đàn hồi và độ bền cao.Độ bền cực cao của nó là nguồn tiến bộ quan trọng trong gia công siêu chính xác (công nghệ tiện kim cương) và con đường dẫn tới áp suất cực cao trong phạm vi hàng trăm GPa.
Khả năng chống thấm hóa học, độ bền thị giác và hoạt động sinh học làm tăng khả năng thiết kế của các hệ thống sử dụng các đặc tính chức năng này.Diamond đã tạo dựng được tên tuổi của mình trong lĩnh vực cơ điện tử, quang học, cảm biến và quản lý dữ liệu.
Để có thể ứng dụng chúng, việc liên kết kim cương và hình dạng của chúng tạo ra những vấn đề rõ ràng.Khắc ion phản ứng (RIE), plasma kết hợp cảm ứng (ICP) và khắc axit cảm ứng chùm tia điện tử là những ví dụ về các hệ thống quy trình hiện có sử dụng kỹ thuật khắc (EBIE).
Cấu trúc kim cương cũng được tạo ra bằng kỹ thuật xử lý tia laser và chùm ion tập trung (FIB).Mục đích của kỹ thuật chế tạo này là tăng tốc độ phân tách cũng như cho phép mở rộng quy mô trên các khu vực rộng lớn trong các cơ cấu sản xuất liên tiếp.Các quy trình này sử dụng chất ăn mòn lỏng (plasma, khí và dung dịch lỏng), điều này hạn chế độ phức tạp hình học có thể đạt được.
Công trình đột phá này nghiên cứu quá trình cắt bỏ vật liệu bằng cách tạo ra hơi hóa học và tạo ra kim cương đa tinh thể với FeCoB (Fe:Co:B, 60:20:20 phần trăm nguyên tử) trên bề mặt.Sự chú ý chính được dành cho việc tạo ra các mô hình TM để khắc chính xác các cấu trúc có kích thước hàng mét trong kim cương.Viên kim cương bên dưới được liên kết với tinh thể nano FeCoB bằng cách xử lý nhiệt ở 700 đến 900°C trong 30 đến 90 phút.
Lớp nguyên vẹn của mẫu kim cương cho thấy có cấu trúc vi mô đa tinh thể bên dưới.Độ nhám (Ra) trong mỗi hạt cụ thể là 3,84 ± 0,47 nm và tổng độ nhám bề mặt là 9,6 ± 1,2 nm.Độ nhám (trong một hạt kim cương) của lớp kim loại FeCoB được cấy ghép là 3,39 ± 0,26 nm và chiều cao lớp là 100 ± 10 nm.
Sau khi ủ ở 800°C trong 30 phút, độ dày bề mặt kim loại tăng lên 600 ± 100 nm và độ nhám bề mặt (Ra) tăng lên 224 ± 22 nm.Trong quá trình ủ, các nguyên tử carbon khuếch tán vào lớp FeCoB, dẫn đến tăng kích thước.
Ba mẫu có lớp FeCoB dày 100 nm được gia nhiệt ở nhiệt độ lần lượt là 700, 800 và 900°C.Khi phạm vi nhiệt độ dưới 700°C, không có liên kết đáng kể giữa kim cương và FeCoB và rất ít vật liệu bị loại bỏ sau khi xử lý thủy nhiệt.Việc loại bỏ vật liệu được tăng cường ở nhiệt độ trên 800°C.
Khi nhiệt độ đạt 900°C, tốc độ ăn mòn tăng gấp đôi so với nhiệt độ 800°C.Tuy nhiên, đặc điểm của vùng bị ăn mòn rất khác so với đặc điểm của các chuỗi ăn mòn được cấy ghép (FeCoB).
Sơ đồ hiển thị trực quan hóa chất ăn mòn trạng thái rắn để tạo ra một mẫu: Khắc kim cương ở trạng thái rắn có chọn lọc theo không gian bằng cách sử dụng FeCoB có hoa văn quang khắc.Nguồn hình ảnh: Van Z. và Shankar MR và cộng sự, Kim cương và Vật liệu liên quan.
Các mẫu FeCoB dày 100 nm trên kim cương được xử lý ở 800°C trong thời gian tương ứng là 30, 60 và 90 phút.
Độ nhám (Ra) của vùng khắc được xác định là hàm số của thời gian đáp ứng ở 800°C.Độ cứng của các mẫu sau khi ủ trong 30, 60 và 90 phút lần lượt là 186±28 nm, 203±26 nm và 212±30 nm.Với độ sâu khắc là 500, 800 hoặc 100 nm, tỷ lệ (RD) giữa độ nhám của vùng khắc với độ sâu khắc lần lượt là 0,372, 0,254 và 0,212.
Độ nhám của vùng khắc không tăng đáng kể khi tăng độ sâu khắc.Người ta nhận thấy rằng nhiệt độ cần thiết cho phản ứng giữa kim cương và chất ăn mòn HM vượt quá 700°C.
Kết quả nghiên cứu cho thấy FeCoB có thể loại bỏ kim cương một cách hiệu quả với tốc độ nhanh hơn nhiều so với chỉ sử dụng Fe hoặc Co.
Thời gian đăng: 31/08/2023