D0I:10.13374/i.issnl00113.2009.06.008 第31卷第6期 北京科技大学学报 Vol.31 No.6 2009年6月 Journal of University of Science and Technology Beijing Jun.2009 金刚石颗粒表面镀铜层的控制氧化 童震松张毓隽沈卓身 北京科技大学材料科学与工程学院，北京100083 摘要为了改善熔融玻璃对金刚石颗粒的润湿，需要对镀铜金刚石颗粒在一定气氛下进行控制氧化，从而在其表面获得一 定厚度的Cu20层.通过对金刚石颗粒表面镀铜层氧化的热力学计算，确定了在650℃、露点温度为20℃的N2/H20二元混合 气氛中进行氧化·氧化的动力学研究表明，在此条件下金刚石颗粒表面镀铜层的氧化符合抛物线规律，其抛物线速度常数为 1.1275X10-2g2cm一4mim.在动力学研究的基础上，本实验选择氧化时间为40mim:XRD实验结果表明，氧化后的金刚 石颗粒表面只有Cu和C20,未生成Cu0 关键词金刚石：氧化亚铜：氧化：控制气氛 分类号TG172.8 Controlled oxidation of copper coatings on the surfaces of diamond particles TONG Zhen-song.ZHA NG Yujuan,SHEN Zhuo-shen School of Materials Science and Engineering.University of Science and Technology Beijing.Beijing 100083.China ABSTRACI In order to improve the wettability of molten glass on diamond particles,copper coatings on the surfaces of diamond particles should be oxidized in certain atmosphere to obtain Cu20 coatings with certain thickness.Thermodynamic calculations for the oxidation of copper coatings on diamond surfaces were carried out and the oxidation process was determined to be proceeded at 650C in N2/H2O atmosphere with a dew point of 20C.The dynamic research results showed that the oxidation of copper coatings on dia- mond surfaces followed a parabolic rule and the parabolic rate con1275X1gcmmnin this conditionOn this base.the oxidation time was chosen as 40min.XRD results showed that the oxidized copper coatings on the surfaces of diamond par- ticles were only composed of Cu and Cu20,without any Cuo. KEY WORDS diamond:cuprous oxide;oxidation:controlled atmosphere 金刚石具有很多优异的特性，除了极高的硬度 也是亟待解决的问题10叮 和弹性模量外，还具有很高的热导率以及较低的热 有研究表明，作为Cu的低价金属氧化物，Cu20 膨胀系数，因此被认为是一种优异的复合材料增强 能与熔融玻璃良好润湿，同时C20在玻璃相中的 体，并已得到了广泛的应用可]，在这些材料中，金 扩散还能够提高与玻璃封接的强度.因此，通过在 刚石增强玻璃基复合材料是最近引起人们的兴趣和 材料表面获得一定厚度的铜层，然后进一步将其氧 注意的]，这种材料不仅烧结温度低、热膨胀系 化得到Cu20层，已经被应用于金属与玻璃的封接 数较低，而且还大大克服了玻璃材料热导率极低的 工艺中，并取得了良好的效果山.在这一工艺过程 缺点，但是，由于金刚石与玻璃的润湿性较差以及 中，控制工艺条件以保证氧化产物为Cu20而非 熔融玻璃对金刚石的侵蚀作用，使得这种材料的性 CuO以及控制Cu20的厚度成为关键技术之一， 能并不尽如人意，改进玻璃配方，可以改善其对金 为了将上述方法应用于金刚石增强玻璃基复合 刚石的润湿，但仍无法避免对金刚石的侵蚀町.对 材料的制备，也须在金刚石颗粒表面获得CuC20 金刚石颗粒进行表面处理，可以较好地解决上述问 的复合结构·因此，通过控制氧化条件从而在镀铜 题，但是随之而来的界面反应以及气相产物的产生 金刚石颗粒表面获得一定厚度的Cu20是至关重要 收稿日期：2008-10-30 作者简介：童震松(1975一)，男，博士研究生；沈卓身(l945一)，男，教授，博士生导师，E-mail:hems@mater-ustb.edu-cn金刚石颗粒表面镀铜层的控制氧化 童震松 张毓隽 沈卓身 北京科技大学材料科学与工程学院‚北京100083 摘 要 为了改善熔融玻璃对金刚石颗粒的润湿‚需要对镀铜金刚石颗粒在一定气氛下进行控制氧化‚从而在其表面获得一 定厚度的 Cu2O 层．通过对金刚石颗粒表面镀铜层氧化的热力学计算‚确定了在650℃、露点温度为20℃的 N2／H2O 二元混合 气氛中进行氧化．氧化的动力学研究表明‚在此条件下金刚石颗粒表面镀铜层的氧化符合抛物线规律‚其抛物线速度常数为 1∙1275×10－12g 2·cm －4·min －1．在动力学研究的基础上‚本实验选择氧化时间为40min．XRD 实验结果表明‚氧化后的金刚 石颗粒表面只有 Cu 和 Cu2O‚未生成 CuO． 关键词 金刚石；氧化亚铜；氧化；控制气氛 分类号 TG172∙8 Controlled oxidation of copper coatings on the surfaces of diamond particles T ONG Zhen-song‚ZHA NG Y u-juan‚SHEN Zhuo-shen School of Materials Science and Engineering‚University of Science and Technology Beijing‚Beijing100083‚China ABSTRACT In order to improve the wettability of molten glass on diamond particles‚copper coatings on the surfaces of diamond particles should be oxidized in certain atmosphere to obtain Cu2O coatings with certain thickness．T hermodynamic calculations for the oxidation of copper coatings on diamond surfaces were carried out and the oxidation process was determined to be proceeded at 650℃ in N2／H2O atmosphere with a dew point of 20℃．T he dynamic research results showed that the oxidation of copper coatings on dia￾mond surfaces followed a parabolic rule and the parabolic rate constant was1∙1275×10－12g 2·cm －4·min －1in this condition．On this base‚the oxidation time was chosen as40min．XRD results showed that the oxidized copper coatings on the surfaces of diamond par￾ticles were only composed of Cu and Cu2O‚without any CuO． KEY WORDS diamond；cuprous oxide；oxidation；controlled atmosphere 收稿日期：2008-10-30 作者简介：童震松（1975－）‚男‚博士研究生；沈卓身（1945－）‚男‚教授‚博士生导师‚E-mail：shenzs＠mater．ustb．edu．cn 金刚石具有很多优异的特性‚除了极高的硬度 和弹性模量外‚还具有很高的热导率以及较低的热 膨胀系数‚因此被认为是一种优异的复合材料增强 体‚并已得到了广泛的应用［1－5］．在这些材料中‚金 刚石增强玻璃基复合材料是最近引起人们的兴趣和 注意的［6－8］．这种材料不仅烧结温度低、热膨胀系 数较低‚而且还大大克服了玻璃材料热导率极低的 缺点．但是‚由于金刚石与玻璃的润湿性较差以及 熔融玻璃对金刚石的侵蚀作用‚使得这种材料的性 能并不尽如人意．改进玻璃配方‚可以改善其对金 刚石的润湿‚但仍无法避免对金刚石的侵蚀［9］．对 金刚石颗粒进行表面处理‚可以较好地解决上述问 题‚但是随之而来的界面反应以及气相产物的产生 也是亟待解决的问题［10］． 有研究表明‚作为 Cu 的低价金属氧化物‚Cu2O 能与熔融玻璃良好润湿‚同时 Cu2O 在玻璃相中的 扩散还能够提高与玻璃封接的强度．因此‚通过在 材料表面获得一定厚度的铜层‚然后进一步将其氧 化得到 Cu2O 层‚已经被应用于金属与玻璃的封接 工艺中‚并取得了良好的效果［11］．在这一工艺过程 中‚控制工艺条件以保证氧化产物为 Cu2O 而非 CuO 以及控制 Cu2O 的厚度成为关键技术之一． 为了将上述方法应用于金刚石增强玻璃基复合 材料的制备‚也须在金刚石颗粒表面获得 Cu－Cu2O 的复合结构．因此‚通过控制氧化条件从而在镀铜 金刚石颗粒表面获得一定厚度的 Cu2O 是至关重要 第31卷 第6期 2009年 6月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol．31No．6 Jun．2009 DOI:10．13374／j．issn1001－053x．2009．06．008