1. Production de diamants recouverts de carbure
Le principe consiste à mélanger de la poudre métallique avec du diamant, à chauffer le mélange à une température fixe et à le maintenir sous vide pendant une durée déterminée. À cette température, la pression de vapeur du métal est suffisante pour assurer l'enrobage, et simultanément, le métal s'adsorbe sur la surface du diamant pour former un diamant revêtu.
2. Sélection du métal revêtu
Afin de garantir la solidité et la fiabilité du revêtement diamanté, et de mieux comprendre l'influence de sa composition sur la force d'adhérence, le choix du métal de revêtement est crucial. Le diamant étant un allomorphe du carbone (C), et son réseau cristallin étant un tétraèdre régulier, le principe de la composition du revêtement repose sur la forte affinité du métal pour le carbone. Ainsi, sous certaines conditions, une interaction chimique se produit à l'interface, formant une liaison chimique solide et une membrane Me-C. La théorie de l'infiltration et de l'adhésion dans le système diamant-métal indique que l'interaction chimique n'a lieu que lorsque le travail d'adhésion AW > 0 et atteint une certaine valeur. Les éléments métalliques du groupe B, tels que Cu, Sn, Ag, Zn et Ge, présentent une faible affinité pour le carbone et un faible travail d'adhésion ; les liaisons formées sont des liaisons moléculaires fragiles et ne doivent donc pas être utilisés. Les métaux de transition présents dans le tableau périodique étendu, tels que Ti, V, Cr, Mn, Fe, etc., présentent une forte affinité pour le système du carbone. L'intensité de l'interaction entre le carbone et les métaux de transition augmente avec le nombre d'électrons de la couche d, ce qui rend Ti et Cr plus adaptés au revêtement métallique.
3. Expérience avec la lampe
À une température de 850 °C, le diamant ne peut atteindre l'énergie libre nécessaire à la formation de carbure métallique, les atomes de carbone activés à sa surface et la poudre métallique étant insuffisants. Une température d'au moins 900 °C est requise pour atteindre cette énergie. Cependant, une température trop élevée entraîne une combustion du diamant. Compte tenu des erreurs de mesure de température et d'autres facteurs, la température de test du revêtement a été fixée à 950 °C. Comme le montre la relation entre le temps de maintien et la vitesse de réaction (ci-dessous), une fois l'énergie libre de formation du carbure métallique atteinte, la réaction se déroule rapidement, puis ralentit progressivement avec la formation du carbure. Il est indéniable qu'un temps de maintien plus long améliore la densité et la qualité de la couche, mais après 60 minutes, la qualité de la couche n'est plus significativement affectée. Par conséquent, le temps de maintien a été fixé à 1 heure. Plus le vide est poussé, mieux c'est, mais compte tenu des conditions de test, nous utilisons généralement un vide de 10⁻³ mmHg.
Principe d'amélioration de la capacité d'insertion de l'emballage
Les résultats expérimentaux montrent que le corps fœtal est plus résistant au diamant revêtu qu'au diamant non revêtu. Cette forte capacité d'inclusion du corps fœtal dans le diamant revêtu s'explique par la présence de défauts de surface et de microfissures à la surface et à l'intérieur de tout diamant artificiel non revêtu. Ces microfissures diminuent la résistance du diamant, tandis que l'élément carbone réagit rarement avec les composants du corps fœtal. Par conséquent, le corps du diamant non revêtu se réduit à un simple assemblage par extrusion mécanique, ce qui le rend extrêmement fragile. Sous charge, les microfissures entraînent une concentration de contraintes, réduisant ainsi la capacité d'assemblage. Le cas du diamant recouvert est différent : le dépôt d'un film métallique comble les défauts du réseau cristallin et les microfissures, augmentant sa résistance et éliminant le phénomène de concentration de contraintes. Plus important encore, l'infiltration du métal lié dans la carcasse du pneu est convertie en carbone à la surface du diamant. Il en résulte une réduction de l'angle de mouillage du métal lié sur le diamant, passant de plus de 100° à moins de 500°. Cette amélioration significative du mouillage du diamant par le métal lié permet de transformer l'ensemble de diamants de revêtement, initialement extrudé mécaniquement, en un ensemble de liaison, c'est-à-dire une liaison entre le diamant de revêtement et la carcasse du pneu. Ceci améliore ainsi considérablement l'adhérence de la carcasse.
Capacité d'insertion de l'emballage. Par ailleurs, nous pensons que d'autres facteurs, tels que les paramètres de frittage, la taille et la qualité des particules de diamant de revêtement, ainsi que la taille des particules du corps de l'emballage, influent sur la force d'insertion. Une pression de frittage appropriée permet d'accroître la densité de pressage et d'améliorer la dureté du corps de l'emballage. Une température et une durée de frittage adéquates favorisent la réaction chimique à haute température entre la composition du corps du pneu, le métal de revêtement et le diamant, assurant ainsi une insertion solide de l'emballage, une bonne qualité de diamant, une structure cristalline homogène, une solubilité des phases similaires et une meilleure insertion de l'emballage.
Extrait de Liu Xiaohui
Date de publication : 13 mars 2025
