金刚石/Ti热压扩散过程的分子动力学模拟
金刚石/Ti热压扩散过程的分子动力学模拟
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DOI：
10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.08.040
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发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
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通讯作者：
吴森凯
中科院分区：
文献类型：
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作者：
王贵林;于爱兵;袁建东;李克凡;邹翩;吴森凯
目的应用分子动力学模拟金刚石与Ti在热压扩散过程中的界面原子扩散和TiC生成过程。方法采用改进型嵌入原子势函数(MEAM)描述Ti、C和Ti—C之间的相互作用,将模拟过程分为弛豫、热压和保温3个阶段,模拟出金刚石与Ti界面间的原子扩散带厚度、原子扩散速度和TiC的成键过程。为了验证分子动力学模拟结果,进行了聚晶金刚石与钛箔的热压扩散试验,在聚晶金刚石表面制备了Ti涂层。利用扫描电子显微镜观察聚晶金刚石与Ti涂层之间的界面,并进行EDS分析。利用X射线衍射仪分析聚晶金刚石与Ti界面的物相组成。结果模拟结果显示,在弛豫、热压和保温3个阶段,金刚石与Ti之间的扩散带厚度分别为0.870 9、0.888 9、2.056 5 nm,从弛豫到热压阶段,扩散带厚度增加了2.07%,从热压到保温阶段,扩散带厚度增加了131.35%;C原子均方位移曲线斜率为1.877 4×10~(–5),Ti原子的均方位移曲线斜率为1.016 7×10~(–5),C原子的均方位移的斜率比Ti原子的均方位移的斜率快84.66%;在弛豫20 ps后,C原子的游离键靠近Ti原子,在100 ps的热压过程中,C原子和Ti原子之间形成少量的Ti—C键,在500 ps的保温过程中,在界面间生成大量的Ti—C键。聚晶金刚石与Ti结合紧密、平整,用EDS测试出聚晶金刚石与Ti界面间的扩散带厚度为5.7 μm,在聚晶金刚石与Ti界面的XRD图谱测到了TiC衍射峰。结论在金刚石与Ti的热压扩散过程中,C和Ti原子之间存在明显的原子扩散现象,形成了具有一定厚度的扩散带。在金刚石与Ti的界面区域的原子扩散中,C原子的扩散能力和扩散速度大于Ti原子,并在扩散界面内生成了Ti—C键,金刚石与Ti之间形成了化学结合,有助于提高金刚石表面与Ti涂层的结合强度。