Инд. авторы:	Богданов Д.Г., Плотников В.А., Макаров С.В., Богданов А.С., Елисеев А.П, Чепуров А.А, Жимулев Е.И
Заглавие:	Влияние структурных изменений нанокристаллов на механические свойства hpht спеченного детонационного наноалмаза
Библ. ссылка:	Богданов Д.Г., Плотников В.А., Макаров С.В., Богданов А.С., Елисеев А.П, Чепуров А.А, Жимулев Е.И Влияние структурных изменений нанокристаллов на механические свойства hpht спеченного детонационного наноалмаза // Письма о материалах. - 2021. - Т.11. - № 4. - С.485-490. - ISSN 2218-5046. - EISSN 2410-3535.
Внешние системы:	DOI: 10.22226/2410-3535-2021-4-485-490; РИНЦ: 47372893;
Реферат:	rus: В работе представлены результаты исследования механических и структурных особенностей детонационных наноалмазов после HPHT (высокое давление высокая температура) отжига в широком интервале температур. Эксперименты были проведены на аппарате высокого давления типа «разрезная сфера» (БАРС) при 5 ГПа и 1100 -1500°С. Было установлено, что термобарическое воздействие позволяет получить прочные композиты, локальная твердость которых достигает 15 ГПа. Показано, что среднее значение микротвердости растет при увеличении температуры спекания. Так, например, повышение температуры от 1100 до 1500 °С сопровождается ростом среднего значения микротвердости от 8.8 до 12.2 ГПа. Полученные материалы неоднородны по своей структуре, области с более высокой твердостью сосредоточены в центральной части образцов. Однако, при увеличении температуры спекания величина дисперсии микротвердости уменьшается от 6.4 до 1.4 ГПа, что является следствием повышения структурной однородности в объеме композита при возрастании температуры отжига. Термобарическое воздействие приводит к росту ядер нанокристаллов алмаза с 4.2 до 6.9 нм в образцах, полученных при 1500°С. Вероятнее всего, рост может быть осуществлен за счет углерода неалмазной фазы, который встраивается в решетку алмазного ядра в условиях термобарического спекания. Этот вывод следует из анализа рентгеновских данных. Особенностью преобразования оболочек детонационного наноалмаза является одновременность процессов десорбции летучих примесных соединений и формирования вокруг алмазных ядер как новообразованной алмазной фазы, так и упорядоченного графита. Этот эффект приводит к образованию открытых участков алмазного ядра, способных контактировать с соседними кристаллами наноалмаза при спекании композита и образовывать алмазный каркас. Размер нанокристаллов, а также механические свойства и степень связности (однородности композита) существенным образом зависит от температуры спекания. eng: The paper presents the results of studies on mechanical and structural properties of detonation nanodiamonds obtained by HPHT (high-pressure high-temperature) annealing within a wide temperature range. The experiments were carried out using a high-pressure “split-sphere” type apparatus (BARS) under 5 GPa and at 1100 -1500°C. It is established that the thermobaric treatment allows the production of strong composites with the local hardness up to 15 GPa. It is shown that the average value of microhardness increases with the sintering temperature. The temperature increase from 1100 to 1500°C results in an enhancement of the average value of microhardness from 8.8 to 12.2 GPa. The obtained materials are structurally inhomogeneous, regions of higher hardness are located in the central part of the samples. However, when the sintering temperature increases, dispersion of the microhardness decreases from 6.4 to 1.4 GPa which is caused by an improvement of the structural homogeneity of the composite with an increase in temperature. The thermobaric effect results in the growth of cores of diamond nanocrystals from 4.2 to 6.9 nm in samples obtained at 1500°C. It is highly probable that this growth occurs as a result of embedding of non-diamond phase carbon into the diamond core lattice during thermobaric sintering. This conclusion is made on the basis of X-ray data analysis. The specific feature of transformation of detonation nanodiamond shells consists in a simultaneous occurrence of two processes - desorption of volatile impure compounds and formation of a newly-formed diamond phase or ordered graphite around diamond cores. This effect results in the formation of open fragments of diamond cores capable of contacting with neighboring nanodiamond crystals thus binding diamond grains into a composite. Sintering temperature is an essential factor that affects the nanocrystal size as well as the mechanical properties and homogeneity of the composite.
Ключевые слова:	thermobaric sintering; consolidation of nanocrystals; microhardness; x-ray structural analysis; детонационный наноалмаз; термобарическое спекание; консолидация нанокристаллов; микротвердость; рентгеноструктурный анализ; detonation nanodiamond;
Издано:	2021
Физ. характеристика:	с.485-490
Цитирование:	1. В. М. Юров, В. С. Портнов, М. П. Пузеева, и др. Фундаментальные исследования. 12, 349 (2016) 2. R. A. Andrievski, A. M. Glezer. Phys.-Usp. 52, 315 (2009). DOI: 10.3367/UFNe.0179.200904a.0337 3. Ю. А. Баимова, Р. Р. Мулюков. Графен, нанотрубки и другие углеродные наноструктуры. Москва, РАН (2018) 211 с. DOI: 10.31857/S9785907036369000001 4. V. Yu. Dolmatov. J. Superhard Mater. 31, 158 (2009). DOI: 10.3103/S1063457609030022 5. П. А. Витязь. Наноалмазы детонационного синтеза: получение и применение. Минск, навука (2013) 382 с 6. G. N. Yushin, S. Osswald, V. I. Padalko, et al. Diamond and Related Materials. 14, 1721 (2005). DOI: 10.1016/j.diamond.2005.06.030 7. A. T. Dideikin, E. D. Eidelman, S. V. Kidalov, et al. Diamond and Related Materials. 75, 85 (2017). DOI: 10.1016/j.diamond.2017.02.009 8. D. G. Bogdanov, V. A. Plotnikov, A. S. Bogdanov, et al. Inorg. Mater. Appl. Res. 10, 103 (2019). DOI: 10.1134/S2075113319010040 9. В. А. Плотников, Д. Г. Богданов, С. В. Макаров, А. С. Богданов. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 60, 27 (2017).]у. DOI: 10.6060/tcct.2017609.1 10. N. V. Sharenkova, V. V. Kaminskii, S. N. Petrov. Technical Physics. 56, 1363 (2011). DOI: 10.1134/S1063784211090209 11. А. Р. Уббелоде, Ф. А. Льюис. Графит и его кристаллические состояния. Москва, Мир (1965) 256 с 12. A. I. Chepurov, V. M. Sonin, A. A. Chepurov, et al. Inorg. Mater. 47, 864 (2011). DOI: 10.1134/S0020168511070077 13. D. Reznik, C. H. Olk, D. A. Neumann, J. R. D. Copley. Phys. Rev. B. 52, 116 (1995). DOI: 10.1103/physrevb.52.116 14. B. E. Warren. Phys. Rev. 59, 693 (1941). DOI: 10.1103/PhysRev.59.693 15. A. Rosenkranz, L. Freeman, S. Fleischmann, et al. Carbon. 132, 495 (2018). DOI: 10.1016/j.carbon.2018.02.088 16. S. Tomita, A. Burian, J. C. Dore, et al. Carbon. 40, 1469 (2002). DOI: 10.1016/S0008-6223(01)00311-6 17. S. Tomita, M. Fujii, S. Hayashi, K. Yamamoto. Diamond and Related Materials. 9, 856 (2000). DOI: 10.1016/S0925-9635(99)00217-4 18. A. E. Aleksenskii, M. V. Baidakova, A. Ya. Vul', V. I. Siklitskii. Phys. Solid State. 41, 668 (1999). DOI: 10.1134/1.1130846 19. O. O. Mykhaylyk, Y. M. Solonin, D. N. Batchelder, R. Brydson. J. Appl. Phys. 97, 074302 (2005). DOI: 10.1063/1.1868054