ARTIGO RETIRADO: Aumento da resistência à oxidação através de um auto

Scientific Reports volume 6, Artigo número: 20198 (2016) Citar este artigo

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Este artigo foi retirado em 22 de dezembro de 2022

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Um revestimento de carboneto de boro foi aplicado a partículas de diamante aquecendo as partículas em uma mistura de pó consistindo de H3BO3, B e Mg. A composição, o estado de ligação e a fração de cobertura do revestimento de carboneto de boro nas partículas de diamante foram investigados. O revestimento de carboneto de boro prefere crescer na superfície do diamante (100) do que na superfície do diamante (111). Um revestimento estequiométrico B4C cobriu completamente a partícula de diamante após manter a mistura bruta a 1200°C por 2 h. A contribuição do revestimento de carboneto de boro para o aumento da resistência à oxidação das partículas de diamante foi investigada. Durante o recozimento do diamante revestido ao ar, o priory formou B2O3, que apresenta uma propriedade de autocura, como uma camada de barreira ao oxigênio, que protegeu o diamante da oxidação. A temperatura de formação do B2O3 depende do teor de carboneto de boro amorfo. O revestimento do diamante proporcionou proteção eficaz do diamante contra a oxidação por aquecimento ao ar a 1000 °C durante 1 h. Além disso, a presença do revestimento de carboneto de boro também contribuiu para a manutenção da resistência à compressão estática durante o recozimento do diamante ao ar.

O diamante tem a mais alta dureza e excelente condutividade térmica, tornando-o útil para materiais compósitos reforçados, como compactos de diamante, que são candidatos potenciais para uso em diversas aplicações, como brocas, segmentos de lâminas de serra, rebolos, corte e polimento. ferramentas e dissipadores de calor para dispositivos eletrônicos1,2,3,4,5. O processo de fabricação de ferramentas diamantadas requer alta temperatura. No entanto, a oxidação do diamante ocorre a aproximadamente 700°C no ar, o que leva à perda catastrófica de suas propriedades mecânicas e limita suas amplas aplicações sob condições oxidantes. Portanto, a proteção do diamante contra oxidação em alta temperatura é muito importante para aplicações práticas de ferramentas diamantadas.

O óxido de boro (B2O3) possui muitas propriedades vantajosas que o tornam útil para aplicações de proteção contra oxidação. O B2O3 possui baixa permeabilidade ao oxigênio, maior fluidez e boa molhabilidade em materiais de carbono abaixo de 1000 °C, o que resulta em revestimentos autocurativos em materiais de carbono6,7,8,9,10,11. No entanto, quando exposto à umidade ambiente, a hidrólise do B2O3 faz com que o vidro inche e se esfarele, o que pode resultar na fragmentação do revestimento à temperatura ambiente devido ao inchaço do vidro ou na fragmentação durante o aquecimento devido à liberação de umidade12. O borato hidratado (ou seja, Na2B4O7•10H2O) é um substituto comum. Contudo, a utilidade dos vidros de borato também é limitada porque os boratos hidratados são altamente voláteis. Portanto, o esgotamento do vidro pode ocorrer em temperaturas relativamente baixas em ambientes úmidos13. A dopagem de boro em diamante é uma rota eficaz para melhorar a resistência à oxidação do diamante. Muitos estudos demonstraram que a resistência à oxidação do diamante dopado com boro aumenta à medida que o teor de boro aumenta e diferentes mecanismos para a inibição do boro foram propostos14,15,16. A principal desvantagem do diamante dopado com boro é a degradação da cristalinidade. Os espectros Raman na ref. 14 indicam que um aumento no teor de boro resulta em um pico de diamante mais amplo, bem como em outros picos de impurezas (estruturas amorfas). Zhang et al.17 também relataram que a porcentagem de cristais de alta qualidade de diamante de alta pressão e alta temperatura (HPHT) diminuiu continuamente à medida que o teor de boro aumentou.

Os revestimentos de carboneto de boro (B4C) são de interesse devido ao seu uso potencial para melhorar a resistência à oxidação do diamante. A oxidação do B4C ocorre a aproximadamente 700 °C e forma uma barreira de oxigênio do B2O318. Além disso, o B4C é um material refratário duro, insolúvel em água e quimicamente inerte abaixo de 700 °C 19. Estas razões sugerem que um revestimento de carboneto de boro tem o potencial de melhorar a resistência à oxidação do diamante. No entanto, o B4C de alta qualidade requer uma alta temperatura de síntese e um longo tempo de retenção porque o processo é altamente endotérmico e requer 16.800 kJ/mol B4C22. Recentemente, Ras et al.23 sintetizaram com sucesso um revestimento B4C em partículas de diamante usando uma mistura de B e H3BO3 como fontes de boro. A nucleação do B4C foi obtida após 2 horas de manutenção a 1050°C e a cobertura completa das partículas de diamante com B4C foi alcançada após 6 horas de manutenção a 1150°C. Contudo, a qualidade do produto do revestimento (por exemplo, composição) ainda não foi relatada. Hu e Kong3 também sintetizaram um revestimento B4C em partículas de diamante usando o mesmo método relatado na ref. 23 a 850°C. Porém, uma grande quantidade de grafite foi obtida com base na análise de espectroscopia de fotoelétrons de raios X (XPS). Além disso, a influência da temperatura de síntese na nucleação e crescimento do revestimento B4C em diferentes superfícies de um diamante monocristalino não foi previamente estudada. Além disso, a influência do revestimento de carboneto de boro no aumento da resistência à oxidação das partículas de diamante não foi investigada anteriormente.