หลักการของชั้นคลุมดินรูปเพชรเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพของแผ่นแทรกในบรรจุภัณฑ์

1. การผลิตเพชรเคลือบคาร์ไบด์

หลักการคือการผสมผงโลหะกับเพชร ให้ความร้อนจนถึงอุณหภูมิที่กำหนด และคงสภาพไว้เป็นระยะเวลาหนึ่งในสภาวะสุญญากาศ ที่อุณหภูมินี้ ความดันไอของโลหะจะสูงพอที่จะเคลือบเพชรได้ และในขณะเดียวกัน โลหะก็จะถูกดูดซับบนพื้นผิวของเพชรเพื่อสร้างเป็นเพชรเคลือบ

2. การเลือกใช้โลหะเคลือบผิว

เพื่อให้การเคลือบเพชรมีความแข็งแรงและเชื่อถือได้ และเพื่อให้เข้าใจถึงอิทธิพลขององค์ประกอบการเคลือบต่อแรงยึดเกาะของการเคลือบได้ดียิ่งขึ้น จำเป็นต้องเลือกโลหะที่ใช้ในการเคลือบ เรารู้ว่าเพชรเป็นไอโซเมอร์ของคาร์บอน และโครงสร้างผลึกของมันเป็นทรงสี่เหลี่ยมด้านเท่าปกติ ดังนั้นหลักการขององค์ประกอบโลหะในการเคลือบคือ โลหะนั้นมีแรงดึงดูดที่ดีต่อคาร์บอน ด้วยวิธีนี้ ภายใต้เงื่อนไขบางประการ ปฏิกิริยาทางเคมีจะเกิดขึ้นที่ส่วนต่อประสาน ก่อให้เกิดพันธะเคมีที่แข็งแรง และเกิดเป็นเยื่อโลหะ-คาร์บอนขึ้น ทฤษฎีการแทรกซึมและการยึดเกาะในระบบเพชร-โลหะชี้ให้เห็นว่า ปฏิกิริยาทางเคมีจะเกิดขึ้นก็ต่อเมื่อแรงยึดเกาะ AW > 0 และมีค่าถึงระดับหนึ่ง ธาตุโลหะหมู่ B ที่มีคาบสั้นในตารางธาตุ เช่น Cu, Sn, Ag, Zn, Ge เป็นต้น มีแรงดึงดูดต่อคาร์บอนต่ำและมีแรงยึดเกาะต่ำ และพันธะที่เกิดขึ้นเป็นพันธะโมเลกุลที่ไม่แข็งแรงและไม่ควรเลือกใช้ โลหะทรานซิชันในตารางธาตุยาว เช่น Ti, V, Cr, Mn, Fe เป็นต้น มีแรงยึดเกาะสูงกับระบบของ C ความแข็งแรงของปฏิกิริยาระหว่าง C กับโลหะทรานซิชันจะเพิ่มขึ้นตามจำนวนอิเล็กตรอนในชั้น d ดังนั้น Ti และ Cr จึงเหมาะสมกว่าสำหรับการเป็นโลหะเคลือบผิว

3. การทดลองเกี่ยวกับหลอดไฟ

ที่อุณหภูมิ 8500 องศาเซลเซียส เพชรไม่สามารถไปถึงพลังงานอิสระของอะตอมคาร์บอนที่ถูกกระตุ้นบนพื้นผิวเพชรและผงโลหะเพื่อสร้างโลหะคาร์ไบด์ได้ และต้องใช้อุณหภูมิอย่างน้อย 9000 องศาเซลเซียสจึงจะถึงพลังงานที่จำเป็นสำหรับการสร้างโลหะคาร์ไบด์ อย่างไรก็ตาม หากอุณหภูมิสูงเกินไป จะทำให้เพชรไหม้เสียหายได้ เมื่อพิจารณาถึงอิทธิพลของข้อผิดพลาดในการวัดอุณหภูมิและปัจจัยอื่นๆ อุณหภูมิการทดสอบการเคลือบจึงถูกกำหนดไว้ที่ 9500 องศาเซลเซียส ดังที่เห็นได้จากความสัมพันธ์ระหว่างเวลาในการให้ความร้อนและความเร็วในการเกิดปฏิกิริยา (ด้านล่าง) หลังจากที่ถึงพลังงานอิสระของการสร้างโลหะคาร์ไบด์แล้ว ปฏิกิริยาจะดำเนินไปอย่างรวดเร็ว และเมื่อเกิดคาร์ไบด์ อัตราการเกิดปฏิกิริยาจะค่อยๆ ช้าลง ไม่ต้องสงสัยเลยว่าเมื่อเวลาในการให้ความร้อนนานขึ้น ความหนาแน่นและคุณภาพของชั้นเคลือบจะดีขึ้น แต่หลังจาก 60 นาที คุณภาพของชั้นเคลือบจะไม่ได้รับผลกระทบมากนัก ดังนั้นเราจึงกำหนดเวลาในการให้ความร้อนไว้ที่ 1 ชั่วโมง ยิ่งสุญญากาศสูงยิ่งดี แต่จำกัดตามเงื่อนไขการทดสอบ โดยทั่วไปเราใช้ 10-3 มิลลิเมตรปรอท

หลักการเพิ่มความสามารถในการติดตั้งบรรจุภัณฑ์

ผลการทดลองแสดงให้เห็นว่าโครงสร้างผลึกของเพชรเคลือบมีความแข็งแรงกว่าเพชรที่ไม่เคลือบ เหตุผลที่โครงสร้างผลึกของเพชรเคลือบมีความสามารถในการยึดเกาะสูงนั้นเป็นเพราะว่า เพชรสังเคราะห์ที่ไม่เคลือบจะมีข้อบกพร่องและรอยแตกขนาดเล็กอยู่บนพื้นผิวหรือภายใน การมีรอยแตกขนาดเล็กเหล่านี้ทำให้ความแข็งแรงของเพชรลดลง ในขณะเดียวกัน ธาตุคาร์บอนในเพชรก็แทบจะไม่ทำปฏิกิริยากับส่วนประกอบของโครงสร้างผลึกเลย ดังนั้น โครงสร้างผลึกของเพชรที่ไม่เคลือบจึงเป็นเพียงบรรจุภัณฑ์ที่เกิดจากการอัดขึ้นรูปทางกล และบรรจุภัณฑ์ประเภทนี้มีความอ่อนแอมาก เมื่อรับน้ำหนัก รอยแตกขนาดเล็กเหล่านี้จะนำไปสู่การกระจุกตัวของความเค้น ส่งผลให้ความสามารถในการยึดเกาะลดลง แต่ในกรณีของเพชรเคลือบนั้นแตกต่างออกไป เนื่องจากการเคลือบฟิล์มโลหะช่วยเติมเต็มข้อบกพร่องและรอยแตกขนาดเล็กในโครงสร้างผลึกของเพชร ทำให้ความแข็งแรงของเพชรเคลือบเพิ่มขึ้น และในขณะเดียวกัน การเติมเต็มรอยแตกขนาดเล็กก็ช่วยลดปรากฏการณ์การกระจุกตัวของความเค้นลงได้ ที่สำคัญกว่านั้น การแทรกซึมของโลหะที่ยึดติดในตัวยางจะถูกเปลี่ยนเป็นการแทรกซึมของสารประกอบคาร์บอนบนพื้นผิวเพชร ผลลัพธ์คือ มุมการเปียกของโลหะที่ยึดติดบนเพชรลดลงจากมากกว่า 100 องศา เหลือต่ำกว่า 500 องศา ซึ่งช่วยปรับปรุงการเปียกของโลหะที่ยึดติดบนเพชรได้อย่างมาก ทำให้ตัวยางที่หุ้มด้วยเพชรซึ่งเดิมเป็นชุดบรรจุภัณฑ์เชิงกลแบบอัดขึ้นรูป กลายเป็นชุดบรรจุภัณฑ์ที่ยึดติด กล่าวคือ เพชรที่หุ้มและตัวยางยึดติดกันได้ดีขึ้น จึงช่วยปรับปรุงคุณภาพของตัวยางได้อย่างมีนัยสำคัญ

ความสามารถในการยึดติดของบรรจุภัณฑ์ ในขณะเดียวกัน เราเชื่อว่าปัจจัยอื่นๆ เช่น พารามิเตอร์การเผาผนึก ขนาดอนุภาคเพชรเคลือบ เกรด ขนาดอนุภาคของตัวบรรจุภัณฑ์ และอื่นๆ ก็มีผลกระทบต่อแรงยึดติดของบรรจุภัณฑ์เช่นกัน แรงดันการเผาผนึกที่เหมาะสมสามารถเพิ่มความหนาแน่นของการกดและปรับปรุงความแข็งของตัวบรรจุภัณฑ์ อุณหภูมิการเผาผนึกและเวลาการคงสภาพที่เหมาะสมสามารถส่งเสริมปฏิกิริยาเคมีที่อุณหภูมิสูงของส่วนประกอบของตัวบรรจุภัณฑ์และโลหะและเพชรเคลือบ ทำให้บรรจุภัณฑ์ยึดติดแน่นขึ้น เกรดเพชรดี โครงสร้างผลึกคล้ายกัน เฟสที่คล้ายกันละลายได้ และการยึดติดของบรรจุภัณฑ์ดีขึ้น

ข้อความที่ตัดตอนมาจาก หลิว เสี่ยวหุย