Труды КНЦ (Технические науки вып.1/2025(16))

Труды Кольского научного центра РАН. Серия: Технические науки. 2025. Т. 16, № 1. С. 43-48. Transactions of the Kola Science Centre of RAS. Series: Engineering Sciences. 2025. Vol. 16, No. 1. P. 43-48. На следующем этапе происходит растворение углерода (пироуглерода) и графита на поверхности алмаза, насыщение ими кремниевого расплава и кристаллизация зерен карбида кремния в местах, наиболее выгодных в термодинамическом отношении, то есть на поверхностях алмазных частиц (рис. 1, б). Причем этот процесс не приводит к изменению центровых расстояний контактирующих алмазных частиц. Растворяющиеся атомы углерода диффундируют на границах расплав — углерод и расплав — алмаз и кристаллизуются из расплава в виде зерен карбида кремния. Поэтому можно ожидать, что концентрация углерода в кремнии не будет достигать равновесного значения вплоть до момента полного растворения частиц углерода (графита). Образование карбида кремния на частицах алмаза («заборы Тьюринга») происходит в соответствии с реакционно-диффузионным механизмом Тьюринга послойно (см. рис. 1), формируя таким образом трижды периодические поверхности в объеме алмазного каркаса. Реакционно-диффузионный механизм Тьюринга. На начальной стадии пропитки газообразный Si проникает в каналы пор алмазной заготовки, взаимодействует с пироуглеродом и на поверхности алмазных частиц равномерно формируются слои зерен SiC размером 100-200 нм (рис. 2). Дальнейшая реакция взаимодействия кремния с углеродом осуществляется путем диффузии Si через слой SiC и реакцию между Si и углеродом, что приводит к образованию на поверхности алмазных плотных слоев SiC, состоящих из наноразмерных зерен (см. рис. 2). Рис. 2. Формирование наноразмерных зерен карбида кремния (w-SiC) на поверхности алмазной частицы в результате взаимодействия газообразного Si с пироуглеродом Процесс образования SiC можно объяснить с точки зрения анализа реакционно-диффузионного механизма А. Тьюринга [3]. Впервые реакционно-диффузионный механизм синтеза в неорганической системе показан нами [5-9] на примере синтеза композиционных материалов алмаз — карбид кремния. Исходя из реакционно-диффузионного механизма Тьюринга, при пропитке расплавом кремния и растворении частиц пироуглерода и графита на поверхности алмаза формируются микронные зерна SiC (рис. 3, а) образуя в обоих случаях «забор Тьюринга» (рис. 3, б). На рис. 4 приведена фотография «заборов Тьюринга» композита алмаз — карбид кремния. Рис. 3. Формирование микронных зерен SiC (а), образующихся при взаимодействии пироуглерода с жидким Si; «забор Тьюринга» ( а, б) на поверхности алмазной частицы © Шевченко В. Я., Перевислов С. Н., 2025 45