ARTICLE RETRAIT : Amélioration de la résistance à l'oxydation via un auto-traitement

Rapports scientifiques volume 6, Numéro d'article : 20198 (2016) Citer cet article

3472 Accès

28 citations

Détails des métriques

Cet article a été retiré le 22 décembre 2022

Cet article a été mis à jour

Un revêtement de carbure de bore a été appliqué sur les particules de diamant en chauffant les particules dans un mélange de poudre constitué de H3BO3, B et Mg. La composition, l’état de liaison et la fraction de couverture du revêtement de carbure de bore sur les particules de diamant ont été étudiées. Le revêtement de carbure de bore préfère se développer sur la surface du diamant (100) plutôt que sur la surface du diamant (111). Un revêtement stœchiométrique B4C recouvrait complètement la particule de diamant après avoir maintenu le mélange brut à 1 200 °C pendant 2 h. La contribution du revêtement de carbure de bore à l’amélioration de la résistance à l’oxydation des particules de diamant a été étudiée. Lors du recuit du diamant revêtu dans l'air, le prieuré a formé du B2O3, qui présente une propriété d'auto-guérison, en tant que couche barrière à l'oxygène, protégeant le diamant de l'oxydation. La température de formation du B2O3 dépend de la teneur en carbure de bore amorphe. Le revêtement du diamant assure une protection efficace du diamant contre l'oxydation en chauffant à l'air à 1 000 °C pendant 1 h. De plus, la présence du revêtement de carbure de bore a également contribué au maintien de la résistance à la compression statique lors du recuit du diamant dans l'air.

Le diamant possède la dureté la plus élevée et une excellente conductivité thermique, ce qui le rend utile pour les matériaux composites renforcés, tels que les compacts diamantés, qui sont des candidats potentiels pour une utilisation dans diverses applications, telles que les forets, les segments de lame de scie, les meules, la coupe et le polissage. outils et dissipateurs thermiques pour appareils électroniques1,2,3,4,5. Le processus de fabrication des outils diamantés nécessite une température élevée. Cependant, l’oxydation du diamant se produit à environ 700 °C dans l’air, ce qui entraîne une perte catastrophique de ses propriétés mécaniques et limite ses larges applications dans des conditions oxydantes. Par conséquent, la protection du diamant contre l’oxydation à haute température est très importante pour les applications pratiques des outils diamantés.

L'oxyde de bore (B2O3) possède de nombreuses propriétés avantageuses qui le rendent utile pour les applications de protection contre l'oxydation. Le B2O3 possède une faible perméabilité à l'oxygène, une fluidité plus élevée et une bonne mouillabilité sur les matériaux carbonés en dessous de 1 000 °C, ce qui se traduit par des revêtements auto-cicatrisants sur les matériaux carbonés6,7,8,9,10,11. Cependant, lorsqu'il est exposé à l'humidité ambiante, l'hydrolyse du B2O3 provoque le gonflement et l'effritement du verre, ce qui peut entraîner une écaillage du revêtement à température ambiante en raison du gonflement du verre ou une écaillage pendant le chauffage en raison de la libération d'humidité12. Le borate hydraté (c'est-à-dire Na2B4O7•10H2O) est un substitut courant. Cependant, l'utilité des verres de borate est également limitée car les borates hydratés sont très volatils. Par conséquent, l’épuisement du verre peut se produire à des températures relativement basses dans des environnements humides13. Le dopage du bore dans le diamant est une voie efficace pour améliorer la résistance à l’oxydation du diamant. De nombreuses études ont démontré que la résistance à l’oxydation du diamant dopé au bore augmente à mesure que la teneur en bore augmente et différents mécanismes d’inhibition du bore ont été proposés14,15,16. Le principal inconvénient du diamant dopé au bore est la dégradation de la cristallinité. Les spectres Raman dans la réf. 14 indiquent qu'une augmentation de la teneur en bore entraîne un pic de diamant plus large ainsi que d'autres pics d'impuretés (structures amorphes). Zhang et al.17 ont également signalé que le pourcentage de cristaux de haute qualité de diamant haute pression et haute température (HPHT) diminuait continuellement à mesure que la teneur en bore augmentait.

Les revêtements en carbure de bore (B4C) sont intéressants en raison de leur utilisation potentielle pour améliorer la résistance à l'oxydation du diamant. L'oxydation du B4C se produit à environ 700 °C et forme une barrière contre l'oxygène B2O318. De plus, le B4C est un matériau dur réfractaire, insoluble dans l'eau et chimiquement inerte en dessous de 700 °C 19. Ces raisons suggèrent qu'un revêtement en carbure de bore a le potentiel d'améliorer la résistance à l'oxydation du diamant. Cependant, le B4C de haute qualité nécessite une température de synthèse élevée et un temps de maintien long19,20,21 car le processus est hautement endothermique et nécessite 16 800 kJ/mol de B4C22. Récemment, Ras et al.23 ont réussi à synthétiser un revêtement B4C sur des particules de diamant en utilisant un mélange de B et de H3BO3 comme sources de bore. La nucléation du B4C a été obtenue après 2 heures de maintien à 1 050 °C et une couverture complète des particules de diamant avec du B4C a été obtenue après 6 heures de maintien à 1 150 °C. Cependant, la qualité du produit du revêtement (par exemple, sa composition) n'a pas encore été signalée. Hu et Kong3 ont également synthétisé un revêtement B4C sur des particules de diamant en utilisant la même méthode que celle décrite dans la réf. 23 à 850°C. Cependant, une grande quantité de graphite a été obtenue sur la base de l’analyse par spectroscopie photoélectronique à rayons X (XPS). De plus, l’influence de la température de synthèse sur la nucléation et la croissance du revêtement B4C sur différentes surfaces d’un diamant monocristallin n’a pas été étudiée auparavant. De plus, l’influence du revêtement en carbure de bore sur l’amélioration de la résistance à l’oxydation des particules de diamant n’a pas encore été étudiée.