ТЕПЛОПРОВОДЯЩИЕ СВОЙСТВА МОНОКРИСТАЛЬНЫХ И ТЕРМОБАРИЧЕСКИ СПЕЧЕННЫХ АЛМАЗНЫХ МАТЕРИАЛОВ

10.25712/ASTU.1811-1416.2022.03.001

Авторы

  • Владимир Александрович Плотников Алтайский государственный университет, пр. Ленина, 61, 656049, Барнаул, Россия https://orcid.org/0000-0001-7051-1082
  • Денис Григорьевич Богданов Алтайский государственный университет, пр. Ленина, 61, 656049, Барнаул, Россия https://orcid.org/0000-0001-5890-4393
  • Александр Сергеевич Богданов Алтайский государственный университет, пр. Ленина, 61, 656049, Барнаул, Россия
  • Алексей Анатольевич Чепуров Институт геологии и минералогии им. В.С. Соболева СО РАН, пр. Академика Коптюга, 3, 630090, Новосибирск, Россия https://orcid.org/0000-0002-0778-2653
  • Сергей Викторович Макаров Алтайский государственный университет, пр. Ленина, 61, 656049, Барнаул, Россия
  • Виктор Генрихович Винс ООО «ВЕЛМАН», ул. Зеленая Горка, 1/3, 630060, Новосибирск, Россия
  • Егор Игоревич Жимулев Институт геологии и минералогии им. В.С. Соболева СО РАН, пр. Академика Коптюга, 3, 630090, Новосибирск, Россия https://orcid.org/0000-0003-3100-7195

Ключевые слова:

теплопроводность, алмазные материалы, термобарическое спекание, микротвердость

Аннотация

Проведено исследование теплопроводности металлоалмазных композитов на основе алмазных порошков размером частиц 30-300 мкм. Композиционные металлоалмазные материалы получены в ходе термобарического спекания на беспрессовом аппарате высокого давления БАРС при температуре 1300 °С и давлении 5 ГПа. Разработанная методика проведения экспериментов позволила получить образцы объемом более 250 мм3. Установлено, что в отличие от монокристаллов алмаза, теплопроводность которых может достигать 2100 Вт/мК, теплопроводность металлоалмазного композита ниже и может достигать 490 Вт/мК. Характерно, что температурная зависимость коэффициента теплопроводности монокристаллов алмаза монотонно возрастающая, что соответствует фононному механизму теплопередачи. Теплопроводность металлоалмазных композитов является величиной эффективной и представляет собой комбинацию низкой теплопроводности металла связки и высокой теплопроводности микронных алмазных частиц с учетом весовых параметров. Очевидно, что теплопроводность зависит от наличия примесных атомов, особенно азота, в решетке алмазных монокристаллов, на которых осуществляется рассеяние фононов. Однако, существенное влияние на теплопроводность оказывают границы раздела, на которых также происходит рассеяние фононов. При наличии карбидообразующего элемента в исходной шихте теплопроводность композита возрастает в связи с образованием алмазного каркаса и хорошей смачиваемости карбида железа медью. Если в монокристаллах алмаза коэффициент теплопроводности растет при повышении температуры, то в металлоалмазном композите в интервале 50-300 °С он снижается. Такая зависимость коэффициента теплопроводности от температуры, очевидно, связана с конкурирующим вкладом фононного и электронного механизмов теплопроводности. Фононный механизм приводит к росту теплопроводности кристалла алмаза, напротив, электронный механизм теплопереноса при повышении температуры снижает теплопроводность в связи с увеличением сопротивления медной связки.

Загрузки

Опубликован

2022-09-25

Как цитировать

Плотников, В. А. ., Богданов, Д. Г. ., Богданов, А. С. ., Чепуров, А. А. ., Макаров, С. В. ., Винс, В. Г. ., & Жимулев, Е. И. . (2022). ТЕПЛОПРОВОДЯЩИЕ СВОЙСТВА МОНОКРИСТАЛЬНЫХ И ТЕРМОБАРИЧЕСКИ СПЕЧЕННЫХ АЛМАЗНЫХ МАТЕРИАЛОВ: 10.25712/ASTU.1811-1416.2022.03.001. ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ СОВРЕМЕННОГО МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ, 19(3), 287–294. извлечено от https://ojs.altstu.ru/index.php/fpsm/article/view/226

Выпуск

Раздел

РАЗДЕЛ 1. ФИЗИКА КОНДЕНСИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ