Рост алмаза и графита из газовой фазы - Дерягин Б.В.
Скачать (прямая ссылка):
Таблица 1
Расчет электрочограммы углеродных усов (й, А)
Эксперимент Идентификация электроно-граммы Эксперимент Идентификация электроно-граммы
графит карбин графит карбин
4,55 4,46 2,47 2,46
3,90 — — 2,13 2,12 —
3,40 3,38 — 1,58 1,541 1,62
2,83 — 2,81 1,47 — 1,48
2,62 2,56 1,23 1,23 , —
Прочность на разрыв нитевидных кристаллов графита определялась на сконструированной простой установке, позволяющей постепенно повышать приложенную нагрузку. Нитевидные кристаллы крепились цеокриновым клеем к более толстым волокнам, которые в свою очередь приклеивались к кварцевым нитям. Результаты измерения прочности графитовых усов приведены на рис. 22. Как
* Редакторы перевода [41] предлагают термин «ощетинивание».
48
Рис. 20. Вискеризованное углеродное волокно (X 20 ООО)
Рис. 21. Вискеризованное углеродное волокно (X 5000) Синмок в растровом микроскопе
видно из рисунка, характер зависимости прочности графитовых усов на разрыв аналогичен всем нитевидным кристаллам [36].
Как уже указывалось, при росте графитовых усов необходимо подавить образование сплошного слоя графита. Принципиально этого можно добиться, создав отдельные активные места на поверхности и запассивировав ее остальную часть. Именно поэтому графитовые усы успешно растут под каплями металлов, хорошо смачивающих графит. Активировать участок можно также, если нагреть его до более высокой температуры, чем окружающую поверхность, и обеспечить при этом большой поток углеродных атомов к нему.
49
Таким образом, для роста нитевидных кристаллов необходимо определенное сочетание кинетических процессов и состояния поверхности.
Для приведенного выше способа получения графитовых усов характерно большое различие в температурах подложки и углерод-содержащего газа. Поэтому рассмотрим влияние неизотермичности условий и неоднородности поверхности. Согласно изложенным в разделе 4 соображениям, рост графита описывается уравнением
(14)
где 0, — степень заполнения поверхности; / = ^1/?1/(2лт^7,)'/г — лоток углеродсодержащего газа; /Ст и /С? — константы.
О", лГ'/мм2 №0
Рис 22. Зависимость прочности на разрыв нитевидных кристаллов графита от диаметра
Пусть температура подложки равна Ть а газа — Т2. Аналогично выводу уравнения изотермы адсорбции Лангмюра приравняем в стационарном состоянии число десорбирующихся молекул числу молекул, адсорбирующихся в единицу времени. Легко получить
@1 = Р1
[ггх ехр (— д/ЯГ,.) (2ят1гТ^
+ Р
Р1
(15)
где — теплота адсорбции; <хх — коэффициент конденсации, зависящий от температур газа и подложки. Если принять, что коэффициент конденсации не зависит от температуры, то степень заполнения в неизотермичных условиях тем меньше, чем ниже температура газа (при постоянстве температуры подложки). Чем меньше коэффициент конденсации, тем меньше степень заполнения поверхности. Таким образом, неизотермичность условий будет сказываться на обоих членах уравнения (14).
При неоднородной поверхности на степень заполнения влияют как различие в величинах коэффициента конденсации, так и различие в теплотах адсорбции. Поэтому в уравнении адсорбции типа уравнения Лангмюра для разных участков величины Ь неодинаковы.
Поверхность реальных тел неоднородна, поэтому различные его участки имеют разные значения константы адсорбции. Рассмотрим неоднородную поверхность, состоящую из активных участков
50
с величиной Ьъ разделенных участками с величиной Ь, причем Ь\ <^Ь. В этом случае частота образования критических зародышей на активных участках 1Х будет много больше частоты образования критических зародышей на остальной поверхности.
При более полном рассмотрении необходимо учесть различие в работах образования критического зародыша на разных участках поверхности. Возможно, что присоединение в базисной плоскости графита может идти без образования критического зародыша, тогда как на базисной плоскости графита его образование необходимо. Вероятно именно этим объясняется наблюдаемый в работе [35] результат, когда скорость роста вдоль и перпендикулярно базисным плоскостям графита различалась в 103 раз.
3. КИНЕТИКА
ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКОГО СИНТЕЗА
АЛМАЗА
1. Из истории синтеза алмаза
История изучения алмаза, по-видимому, начинается с И. Ньютона, который в 1675 г., основываясь на измерениях преломления света алмазом и горючими жидкостями, сделал вывод, что алмаз должен гореть. Этот вывод впервые экспериментально подтвердил Р. Бойль, установивший, что алмаз изменяется от действия огня. В 1694 г. во Флорентийской Академии были проведены публичные опыты по сжиганию алмаза в фокусе большого увеличительного стекла.
В 1774 г. Лавуазье, исследуя продукты сгорания алмаза, показал, что известковая вода мутнеет при пропускании через нее газов сгорания — признак образования углекислого газа. В 1797 г английский химик С. Теннант сжег алмаз в закрытом золотом со суде, наполненном кислородом, и установил, что образуется угле кислый газ, количество углерода в котором в точности соответствовало весу сгоревшего алмаза. В 1799 г. во Франции Г. Гитон и Ф. Клуе пришли к выводу, что алмаз — чистый углерод. Этот вывод они подтвердили, получив сильным нагреванием чистого железа с алмазом превосходную сталь. В том же году Гитон установил, что графит также является углеродом.
