مبدأ طبقة التغطية الماسية لتحسين قدرة غلاف العبوة

1. إنتاج الماس المطلي بالكربيد

تعتمد هذه العملية على مبدأ خلط مسحوق المعدن مع الماس، وتسخينه إلى درجة حرارة ثابتة، ثم عزله لفترة زمنية محددة تحت فراغ. عند هذه الدرجة، يكون ضغط بخار المعدن كافياً للتغطية، وفي الوقت نفسه، يمتص المعدن على سطح الماس لتشكيل طبقة ماس مغلفة.

2. اختيار المعدن المطلي

لضمان ثبات طبقة الماس وموثوقيتها، وفهم تأثير تركيبها على قوة التماسك، يجب اختيار معدن الطلاء بعناية. من المعروف أن الماس أحد أشكال الكربون، وشبكته البلورية رباعية الأوجه منتظمة، لذا فإن مبدأ طلاء المعدن يعتمد على أن يكون للمعدن ألفة عالية للكربون. وبهذه الطريقة، وفي ظل ظروف معينة، يحدث تفاعل كيميائي عند السطح البيني، مكونًا رابطة كيميائية قوية، ويتشكل غشاء من المعدن والكربون. تشير نظرية التغلغل والالتصاق في نظام الماس-المعدن إلى أن التفاعل الكيميائي لا يحدث إلا عندما يكون شغل الالتصاق (AW) أكبر من الصفر ويصل إلى قيمة معينة. تتميز عناصر المجموعة B القصيرة في الجدول الدوري، مثل النحاس والقصدير والفضة والزنك والجرمانيوم، بألفة ضعيفة للكربون وشغل التصاق منخفض، والروابط المتكونة هي روابط جزيئية ضعيفة، لذا لا يُنصح باختيارها. تتمتع المعادن الانتقالية في الجدول الدوري الطويل، مثل التيتانيوم والفاناديوم والكروم والمنغنيز والحديد، وما إلى ذلك، بقوة التصاق كبيرة مع نظام الكربون. تزداد قوة التفاعل بين الكربون والمعادن الانتقالية مع عدد إلكترونات الطبقة d، لذلك يعتبر التيتانيوم والكروم أكثر ملاءمة لتغطية المعادن.

3. تجربة المصباح

عند درجة حرارة 8500 درجة مئوية، لا يستطيع الماس الوصول إلى الطاقة الحرة اللازمة لذرات الكربون المنشط على سطحه ومسحوق المعدن لتكوين كربيد المعدن، ويحتاج إلى 9000 درجة مئوية على الأقل لتحقيق الطاقة المطلوبة لتكوين كربيد المعدن. مع ذلك، إذا كانت درجة الحرارة مرتفعة جدًا، فسيؤدي ذلك إلى فقدان الماس للطاقة نتيجة الاحتراق الحراري. ونظرًا لتأثير خطأ قياس درجة الحرارة وعوامل أخرى، تم ضبط درجة حرارة اختبار الطلاء عند 9500 درجة مئوية. وكما يتضح من العلاقة بين زمن العزل وسرعة التفاعل (أدناه)، بعد الوصول إلى الطاقة الحرة اللازمة لتكوين كربيد المعدن، يسير التفاعل بسرعة، ومع ازدياد تكوين الكربيد، يتباطأ معدل التفاعل تدريجيًا. لا شك أن زيادة زمن العزل تُحسّن كثافة وجودة الطبقة، ولكن بعد 60 دقيقة، لا تتأثر جودة الطبقة بشكل كبير، لذلك حددنا زمن العزل بساعة واحدة. كلما زاد الفراغ، كان ذلك أفضل، ولكن نظرًا لظروف الاختبار، نستخدم عادةً 10-3 ملم زئبق.

مبدأ تحسين قدرة التغليف الداخلي

تُظهر النتائج التجريبية أن بنية الماس المُغلف أقوى من بنية الماس غير المُغلف. ويعود سبب هذه القوة العالية لبنية الماس المُغلف إلى وجود عيوب سطحية وشقوق دقيقة على سطح أو داخل أي ماس صناعي غير مُغلف. وبسبب وجود هذه الشقوق الدقيقة، تنخفض قوة الماس، ومن ناحية أخرى، نادرًا ما يتفاعل عنصر الكربون في الماس مع مكونات بنية الماس. لذلك، فإن بنية الماس غير المُغلف عبارة عن غلاف ميكانيكي مُشكّل بالبثق، وهذا النوع من الأغلفة ضعيف للغاية. عند تعرضه للحمل، تؤدي الشقوق الدقيقة إلى تركيز الإجهاد، مما يُقلل من قدرة بنية الماس على التماسك. أما في حالة الماس المُغلف بطبقة معدنية، فالوضع مختلف، فبفضل طلاء طبقة معدنية، تُملأ عيوب شبكة الماس والشقوق الدقيقة، مما يزيد من قوة الماس المُغلف، كما أنه يمنع ظاهرة تركيز الإجهاد. والأهم من ذلك، أن تسرب المعدن المُلصق في جسم الإطار يتحول إلى تسرب للكربون على سطح الماس. والنتيجة هي انخفاض زاوية ترطيب المعدن المُلصق على الماس من أكثر من 100 درجة إلى أقل من 500 درجة، مما يُحسّن بشكل كبير من ترطيب المعدن المُلصق للماس، ويجعل غطاء الماس لجسم الإطار، الذي كان في الأصل غطاءً ميكانيكيًا، غطاءً مُلصقًا، أي أن غطاء الماس وجسم الإطار مُلصقان، مما يُحسّن بشكل ملحوظ من أداء الإطار.

قدرة تثبيت العبوة. في الوقت نفسه، نعتقد أيضًا أن عوامل أخرى مثل معايير التلبيد، وحجم جزيئات الماس المطلي، ودرجته، وحجم جزيئات جسم الإطار، وما إلى ذلك، لها تأثير معين على قوة تثبيت العبوة. يمكن لضغط التلبيد المناسب أن يزيد من كثافة الضغط ويحسن صلابة جسم الإطار. يمكن لدرجة حرارة التلبيد المناسبة ووقت العزل أن يعززا التفاعل الكيميائي عند درجة حرارة عالية بين تركيبة جسم الإطار والمعدن المطلي والماس، بحيث يتم تثبيت عبوة الربط بإحكام، وتكون درجة الماس جيدة، والبنية البلورية متشابهة، والطور المماثل قابل للذوبان، ويكون تثبيت العبوة أفضل.

مقتطف من ليو شياو هوي