철회된 기사: 자체를 통한 산화 저항 강화

과학 보고서 6권, 기사 번호: 20198(2016) 이 기사 인용

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H3BO3, B 및 Mg로 구성된 분말 혼합물의 입자를 가열하여 다이아몬드 입자에 탄화붕소 코팅을 적용했습니다. 다이아몬드 입자에 대한 탄화붕소 코팅의 조성, 결합 상태 및 피복률을 조사했습니다. 탄화붕소 코팅은 다이아몬드(111) 표면보다 다이아몬드(100) 표면에서 성장하는 것을 선호합니다. 화학양론적 B4C 코팅은 원료 혼합물을 1200°C에서 2시간 동안 유지한 후 다이아몬드 입자를 완전히 덮었습니다. 다이아몬드 입자의 내산화성 강화에 대한 탄화붕소 코팅의 기여도를 조사했습니다. 코팅된 다이아몬드를 공기 중에서 어닐링하는 동안, 자기 치유 특성을 나타내는 B2O3가 산소 차단층으로 형성되어 다이아몬드가 산화되는 것을 방지합니다. B2O3의 형성 온도는 비정질 탄화붕소 함량에 따라 달라집니다. 다이아몬드 코팅은 공기 중에서 1000°C에서 1시간 동안 가열하여 산화로부터 다이아몬드를 효과적으로 보호합니다. 또한, 탄화붕소 코팅의 존재는 공기 중에서 다이아몬드를 어닐링하는 동안 정적 압축 강도를 유지하는 데에도 기여했습니다.

다이아몬드는 가장 높은 경도와 우수한 열 전도성을 갖고 있어 드릴 비트, 톱날 세그먼트, 연삭 휠, 절단 및 연마와 같은 다양한 응용 분야에 사용할 수 있는 잠재적 후보인 다이아몬드 콤팩트와 같은 강화 복합 재료에 유용합니다. 전자 장치용 도구 및 방열판1,2,3,4,5. 다이아몬드 공구의 제조 공정에는 높은 온도가 필요합니다. 그러나 다이아몬드의 산화는 공기 중에서 약 700°C에서 일어나며, 이로 인해 기계적 특성이 치명적으로 손실되고 산화 조건에서 광범위한 적용이 제한됩니다. 따라서 다이아몬드의 고온 산화 방지는 다이아몬드 공구의 실제 적용에 매우 중요합니다.

산화붕소(B2O3)는 산화 방지 용도에 유용하게 만드는 많은 유리한 특성을 가지고 있습니다. B2O3는 1000°C 미만의 탄소 재료에 대해 낮은 산소 투과성, 높은 유동성 및 우수한 습윤성을 갖고 있어 탄소 재료에 자가 치유 코팅이 됩니다6,7,8,9,10,11. 그러나 주변 수분에 노출되면 B2O3의 가수분해로 인해 유리가 부풀어 오르고 부서지며, 이로 인해 상온에서 유리 부풀음으로 인한 코팅 박리 또는 가열 중 수분 방출로 인한 박리 현상이 발생할 수 있습니다12. 수화 붕산염(즉, Na2B4O7·10H2O)은 일반적인 대체품입니다. 그러나 수화된 붕산염은 휘발성이 높기 때문에 붕산염 유리의 유용성 또한 제한적입니다. 따라서 유리 고갈은 습한 환경의 상대적으로 낮은 온도에서 발생할 수 있습니다. 다이아몬드에 붕소를 도핑하는 것은 다이아몬드의 내산화성을 향상시키는 효과적인 경로입니다. 많은 연구에서 붕소 함량이 증가함에 따라 붕소 도핑된 다이아몬드의 내산화성이 증가한다는 사실이 입증되었으며 붕소 억제를 위한 다양한 메커니즘이 제안되었습니다14,15,16. 붕소 도핑된 다이아몬드의 가장 큰 단점은 결정성이 저하된다는 것입니다. 심판의 라만 스펙트럼. 도 14는 붕소 함량의 증가로 인해 다른 불순물 피크(비정질 구조)뿐만 아니라 더 넓은 다이아몬드 피크가 발생함을 나타냅니다. Zhang 등17은 또한 붕소 함량이 증가함에 따라 고압 고온(HPHT) 다이아몬드의 고품질 결정 비율이 지속적으로 감소한다고 보고했습니다.

탄화붕소(B4C) 코팅은 다이아몬드의 내산화성을 향상시키는 잠재적인 용도로 인해 관심을 끌고 있습니다. B4C의 산화는 약 700°C에서 발생하며 B2O3 산소 장벽을 형성합니다18. 또한, B4C는 물에 불용성이며 700°C 이하에서는 화학적으로 불활성인 내화성 경질 재료입니다. 이러한 이유는 탄화붕소 코팅이 다이아몬드 산화 저항성을 향상시킬 수 있는 잠재력을 가지고 있음을 시사합니다. 그러나 고품질 B4C를 사용하려면 높은 합성 온도와 긴 유지 시간이 필요합니다19,20,21. 그 이유는 이 공정이 흡열성이 높고 16,800kJ/mol B4C22가 필요하기 때문입니다. 최근 Ras et al.23은 붕소 공급원으로 B와 H3BO3의 혼합물을 사용하여 다이아몬드 입자에 B4C 코팅을 성공적으로 합성했습니다. B4C의 핵형성은 1050°C에서 2시간 동안 유지한 후에 얻어졌으며 B4C에 의한 다이아몬드 입자의 완전한 피복은 1150°C에서 6시간 동안 유지한 후에 달성되었습니다. 그러나 코팅의 제품 품질(예: 구성)은 아직 보고되지 않았습니다. Hu와 Kong3은 또한 참고문헌에 보고된 것과 동일한 방법을 사용하여 다이아몬드 입자에 B4C 코팅을 합성했습니다. 850°C에서 23. 그러나 X선 광전자 분광법(XPS) 분석 결과 다량의 흑연이 얻어졌다. 또한 단결정 다이아몬드의 다양한 표면에서 B4C 코팅의 핵 생성 및 성장에 대한 합성 온도의 영향은 이전에 연구된 적이 없습니다. 더욱이, 다이아몬드 입자의 내산화성 향상에 대한 탄화붕소 코팅의 영향은 이전에 조사된 바가 없다.