Підбір матеріалу підложки для закріплення монокристалів алмазу при вимірюванні високотемпературної твердості

Abstract

Для визначення механічних властивостей монокристалів алмазу, вирощених методом температурного градієнта, розроблено конструкцію спеціального тримача, що дозволяє їх нерухомо закріпити. Визначено матеріали для виготовлення підложки-утримувача з метою сумісного використання з приладом УІМВ-1 дисків з оксиду цирконію, оксиду магнію та нітриду алюмінію. Дослідження їхніх властивостей і випробування на міцність дозволили встановити, що диски, виготовлені з нітриду алюмінію, найбільш придатні для проведення досліджень при 900°С.

Для определения механических свойств монокристаллов алмаза, выращенных методом температурного градиента, разработана конструкция специального держателя, позволяющего их неподвижно закрепить. Определены материалы для изготовления подложки-держателя с целью совместного использования с прибором УИМВ-1 дисков из оксида циркония, оксида магния и нитрида алюминия. Исследование их свойств и испытания на прочность позволили установить, что диски, изготовленные из нитрида алюминия, наиболее пригодны для проведения исследований при 900°С.

The study of the mechanical properties is important because it allows establishing the effect of growth features: the composition of growth system, the temperature, the amount and the type of impurities. To test mechanical properties, diamond samples of 2−4 mm in size and 0.1−0.16 ct in weight were used, being obtained by the method of temperature gradient. The tests were performed at the temperature of 900°C in UIMB-1 plant [1]. The problem was fixing of the samples by a holder of 5 mm in height and 15 mm in diameter. The samples were decided to be fixed in ceramic disks. Thermally stable materials (aluminum nitride, manganese oxide, zirconia) were selected for producing the substrate. The powders of these materials were mixed with the silicate-based binder and pressed under the pressure of 0.2−0.3 GPa in a cylindrical mould. After the pressing, the plates were allowed at the room temperature and sintered at 900°C. The plates made of manganese oxide were destroyed and eliminated from the succeeding tests. Compressive strength of the AlN and ZrO2 plates was measured. The breaking load of the ZrO2 samples did not exceed 1kN. The quality of the samples did not allow evaluation of Rcompr The loading of the AlN samples was 27.05 kN and the compressive strength reached Rcompr = 160 MPa. Naturally, a conclusion was made that the aluminum nitride substrate is the proper material for diamonds to be pressed in. So, the material of the substrates was selected where the crystals of synthetic diamonds should be pressed in. This fact provided successful measurements of the hardness at high temperatures [2].