МЕЖПЛОСКОСТНЫЕ РАССТОЯНИЯ В ДЕФОРМИРОВАННОМ АЛМАЗЕ
Аннотация
В данной работе представлены результаты исследования структуры алмазных частиц, полученных в результате разрушения алмазной пластины, выращенной методом HPHT (высокого давления и высокой температуры). Исследования проводились с использованием методов просвечивающей электронной микроскопии высокого разрешения. Было установлено, что в процессе разрушения алмаза происходит частичное превращение его кристаллической структуры в графит по традиционному пути, сопровождающееся увеличением межплоскостных расстояний d111. При этом наблюдается широкий диапазон межплоскостных расстояний от 0,206 нм до 0,280 нм. Также выявлены мозаичные структуры, состоящие из фрагментов с разориентированными кристаллическими решетками, которые, видимо, формируются на поздних стадиях разрушения. На соответствующих дифракционных картинах обнаруживается размытие дифракционных рефлексов и образование тяжей. Результаты исследования показывают, что пластическая деформация алмаза сопровождается разрывом sp3-связей, возникновением внутренних трещин, а также частичной аморфизацией и развитием мозаичности. Аморфизация проявляется в виде полос с нарушенной структурой, а мозаичность связана с неоднородной деформацией и искажением плоскостей решетки. Важной особенностью разрушения алмаза является формирование мозаичных структур, не характерных для частиц, подвергнутых механической обработке. Полученные данные позволяют глубже понять механизмы разрушения алмаза при экстремальных условиях, что имеет важное значение для создания новых химических технологий обработки алмазных материалов и прогнозирования их поведения в сложных внешних условиях. Результаты могут быть полезны для разработки технологий формирования алмазных материалов и анализа структурных изменений при экстремальных воздействиях.
Для цитирования:
Кульницкий Б.А., Гордеева Т.А., Бланк В.Д. Межплоскостные расстояния в деформированном алмазе. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2025. Т. 68. Вып. 9. С. 14-19. DOI: 10.6060/ivkkt.20256809.4y.
Литература
Orlov Y.L. The mineralogy of the diamond. M.: Nauka. 1984. 264 p. (in Russian).
Hird J.R. Chap. 3. Polishing and Shaping of Monocrys-talline Diamond. In: Optical Engineering of Diamond. Ed. by R.P. Mildren, J.R. Rabeau. 2013. Materials Science, Engineering. DOI: 10.1002/9783527648603.ch3.
Howell D. Strain-induced birefringence in natural diamond: a review. Eur. J. Mineral. 2012. V. 24. P. 575–585. DOI: 10.1127/0935-1221/2012/0024-2205.
Vasilev E.A. Defects of diamond crystal structure as an indicator of crystallogenesis. Zapiski Gorn. Inrt.. 2021. V. 250. P. 481-491 (in Russian). DOI: 10.31897/PMI.2021.4.1.
Gane N., Cox J.M. Microdeformation of diamond in the electron microscope. Phil. Mag. 1971. V. 23. N 181. P. 229-233. DOI: 10.1080/14786437108216376.
Xiao J., Wen B., Xu B., Zhang X., Wang Y., Tian Y. Intersectional nanotwinned diamond-the hardest poly-crystalline diamond by design. npj Comput Mater. 2020. V. 6. P. 119. DOI: 10.1038/s41524-020-00387-3.
Guignard J., Prakasam M., Largeteau A. A review of binderless polycrystalline diamonds: focus on the high-pressure-high-temperature sintering process. Materials. 2022. V. 15. N 6. P. 2198. DOI: 10.3390/ma15062198.
Mao H.K., Bell P.M. High-Pressure Physics - Sustained Static Generation of 1.36 to 1.72 Megabars. Science. 1978. V. 200. P. 1145-1147. DOI: 10.1126/science.200.4346.1145.
Kulnitskiy B.A., Gordeeva T.A., Ovsyannikov D.A., Popov M.Yu., Blank V.D. Increase in interplanar distances and formation of amorphous shear bands in deformed diamond. Diam. Relat Mater. 2024. V. 146. P. 111157. DOI: 10.1016/j.diamond.2024.111157.
Gordeeva T.A., Kulnitskiy B.A., Popov M.Yu., Ovsyannikov D.A., Blank V.D. Structural features of silicon, germanium and diamond after processing in a planetary mill. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2021. V. 64. N 12. P. 60-65 (in Russian). DOI: 10.6060/ivkkt.20216412.6y.
Gordeeva T.A., Kulnitskiy B.A., Ovsyannikov D.A., Popov M.Yu., Blank V.D. Interplanar distances in dia-mond deformed as a result of mechanochemical treatment. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2024 V. 67. N 10. P. 49-54 (in Russian). DOI: 10.6060/ivkkt.20246710.2y.
Pavlov S.G., Tarelkin S.A., Bormashov V.S., Stavrias N., Saeedi K., van der Meer A.F.G., Bekin N.A., Zhukavin R.Kh., Shastin V.N., Kuznetsov M.S., Terentiev S.A., Nosukhinb S.A., Prikhodko D.D., Blank V.D., Wienold M., Hübers H.-W. Dynamics of infrared excitations in boron doped diamond. Diam. Relat. Mater. 2019. V. 92. P. 259-265. DOI: 10.1016/j.diamond.2019.01.013.
Markochev V.M., Alymov M.I. On the brittle fracture theory by ya. frenkel and a. griffith. Chebyshevskiy Sbornik. 2017. V. 18. N 3. P. 377-389 (in Russian). DOI: 10.22405/2226-8383-2017-18-3-377-389.
Fairchild B. A., Rubanov S., Lau D. W. M., Robinson M., Suarez-Martinez I., Marks N., Greentree A. D., McCulloch D., Prawer S. Mechanism for the amorphisation of diamond. Adv. Mater. 2012. V. 24. N 15. P. 2024-2029. DOI: 10.1002/adma.201104511.
Ovsyannikov D., Zhukov V., Gordeeva T., Antipina L., Sorokin P., Kulnitskiy B., Popov M., Blank V. Intermediate carbon phase. New experimental data and atomic model. Diam. Relat. Mater. 2022. V. 123. P. 108825. DOI: 10.1016/j.diamond.2022.108825.
Hounsome L.S., Jones R., Martineau P.M., Fisher D., Shaw M.J., Briddon P.R., Oberg S. Role of extended defects in brown colouration of diamond. Phys. Stat. Sol. 2007. V. 4. N 8. P. 2950–2957. DOI: 10.1002/pssc.200675443.
Egerton R.F. Physical Principles of Electron Microscopy. M.: Tekhnosfera. 2010. 299 p. (in Russian).
Jia Y.J., Shi M. X., Zhao Y., Liu B. A Better Estimation of Piastic Zone Size at the Crack Tip Beyond Irwin's Model. J. Appl. Mechanics. 2013. V. 80. 051014. DOI: 10.1115/1.4023642.
Xie T., Osinski G.R. Shock Metamorphism. In: Encyclo-pedia of Lunar Science. Ed. by B. Cudnik. Springer, Cham. 2022. DOI: 10.1007/978-3-319-05546-6_189-1.
Yang N., Zong W.J., Li Z.Q., Sun T. Amorphization anisotropy and the internal of amorphous layer in diamond nanoscale friction. Comput. Mater. Sci. 2014. V. 95. P. 551-556. DOI: 10.1016/j.commatsci.2014.08.040.
Xu C., Liu C., Wang H. Incipient plasticity of diamond during nanoindentation. RSC Adv. 2017. V. 7. N 57. P. 36093-36100. DOI: 10.1039/C7RA05721K.
Kulnitskiy B.A., Blank V.D., Kuznetsov M.S., Nosukhin S.A., Terentiev S.A. The effect of boron on the structure and lattice parameters of diamond single crystals. Diam. Relat. Mater. 2024. V. 144. P. 111015. DOI: 10.1016/j.diamond.2024.111015.
Dishler B. Handbook of spectral lines in diamond. Springer. 2012. 467 p. DOI: 10.1007/978-3-642-22215-3.
