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氧化铁刻蚀金刚石表面形貌的表征及形成机理

         
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为了系统研究不同温度下氧化铁刻蚀金刚石表面的形貌及形成机理,以人造金刚石为刻蚀材料,以氧化铁作为刻蚀剂,先将金刚石洗净,然后将金刚石与氧化铁以质量比为1:5混合均匀、压实,用氮气作为保护气氛,在650～850℃下用氧化铁刻蚀金刚石单晶表面.再用扫描电子显微镜及其3D重建技术、热重分析、X射线衍射和拉曼光谱等方法对刻蚀后金刚石单晶不同晶面的表面形貌、表面粗糙度、物相组成和刻蚀机理进行了表征与分析.首次用3D重建技术对刻蚀后金刚石不同晶面的形貌进行了立体观测,用铜基结合剂金刚石试样的抗弯强度来评估刻蚀对金刚石与结合剂间结合力的影响.结果表明:氧化铁在不同温度下均能有效刻蚀金刚石单晶,且对不同晶面的刻蚀程度和形貌是各向异性的;当刻蚀温度为650℃时,氧化铁对金刚石单晶已有一定的刻蚀;随温度的升高,刻蚀加剧;在相同条件下,金刚石单晶的{100}面刻蚀程度比{111}面严重,{100}面表面粗糙度Sa从0.84μm升至3.73μm,{111}面表面粗糙度Sa从0.77μm升高至2.01μm.刻蚀后,金刚石单晶的不同晶面形貌由金刚石本身的原子排列决定,随着刻蚀温度从650℃升至850℃,金刚石{100}面刻蚀坑从四边形变为八边形,{111}面由轻微的点状变为三棱锥形凸起.氧化铁对金刚石单晶的刻蚀机理是金刚石的氧化过程.刻蚀后,铜基结合剂金刚石试样的抗弯强度有较大的提高.

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