第6期 童震松等：金刚石颗粒表面镀铜层的控制氧化 .737. 号a-3(+到h+3,+门- 计算可知t<358min.考虑到Cu20层过厚会对金刚 石/玻璃复合材料的导热性能产生负面影响，过薄则 相对于r十x而言，d2和一3(r十x)d都很小， 难以保证玻璃对其表面的润湿，因此本实验选择氧 因此可近似忽略不计，则上式可简化为 化时间为40min. △o-经号hX3(+x, 图8所示为镀铜金刚石颗粒在上述条件下氧化 40min后的SEM形貌，从图中可以看出，经氧化处 而单个金刚石颗粒的面积为4π(r十x)2,则单位面 理后的金刚石较之未氧化处理之前并没有大的变化， 积上的猫重广-号4 质量为m的金刚石经镀铜氧化后的总增重 △W为： △w=g*青，×号X3(,+= m0d(r+x)2_3.078my_3.078m2kL 3Par3 Par Par 20μ山m 1△WPr 2 则kmt=23.078m 图8镀铜金刚石颗粒氧化处理后的SEM形貌 1 △WP:r 2 由上式可知，23.078m 与氧化时间t呈直 Fig.8 SEM image of copper coated diamond particles after oxida- tion treatment 线关系，其斜率值即为氧化的抛物线速度常数，以 1 △WPar 图9为镀铜金刚石颗粒氧化40min后的XRD 氧化时间t对Z= 23.078m 作图，如图7所 图谱.可以看出，镀铜金刚石颗粒在上述条件下氧 示 化40min后只由金刚石、Cu和Cu20三相组成，无 Cu0生成，达到了实验设计要求 60000r 4金刚石 50000 .Cu 。CuO 40000 2 30000 20000 10000 0 20 30 40 t/min 20 6080100120140160 图7Z与t的关系 20() Fig.7 Relationship between Z and t 图9经氧化处理的镀铜金刚石颗粒的XRD图谱 从图7可以看出，Z与氧化时间t确实呈直线 Fig.XRD pattern of coppercoated diamond particles after oxida tion treatment 关系，经拟合计算，直线斜率为1.1275×10-12，即 抛物线速度常数为1.1275×10-12g2·cm4. 3结论 min-1.这样，金刚石颗粒表面镀铜层在20℃露点 的Nz/H20二元混合气氛中650℃下氧化符合抛物 (1)通过热力学计算得出，在露点为20℃的 线规律，且其抛物线方程为y2=2×1.1275×10-12t= Nz/Hz0二元混合气氛中在650℃进行氧化，可以将 2.255×10-12t.为了保证镀铜层不完全氧化，须 金刚石颗粒表面的镀铜层氧化为C20,而不生成 CuO △W<g”,由此计算可得氧化时间&< (2)对于粒径为40m的金刚石颗粒，其表面 匠2 镀铜层在露点为20℃的Nz/H20二元混合气氛中 121268kp 对于粒度为40m的金刚石颗粒，经过 在650℃的氧化符合抛物线规律，其抛物线速度常4πρo 27 h［ h 2－3（ r＋ x） h＋3（ r＋ x） 2］． 相对于 r＋ x 而言‚d 2 和－3（ r＋ x） d 都很小‚ 因此可近似忽略不计‚则上式可简化为 Δw＝ 4πρo 27 h×3（ r＋ x） 2‚ 而单个金刚石颗粒的面积为4π（ r＋ x） 2‚则单位面 积上的增重 y＝ Δw 4π（ r＋ x） 2＝ ρo 9 d． 质量为 m 的金刚石经镀铜氧化后的总增重 ΔW 为： ΔW＝ m ρd ÷ 4 3 πr 3× 4πρo 27 d×3（ r＋ x） 2＝ mρo d（ r＋ x） 2 3ρd r 3 ＝ 3∙078my ρd r ＝ 3∙078m 2kp t ρd r ‚ 则 kp t＝ 1 2 ΔWρd r 3∙078m 2 ． 由上式可知‚ 1 2 ΔWρd r 3∙078m 2 与氧化时间 t 呈直 线关系‚其斜率值即为氧化的抛物线速度常数．以 氧化时间 t 对 Z＝ 1 2 ΔWρd r 3∙078m 2 作图‚如图7所 示． 图7 Z 与 t 的关系 Fig．7 Relationship between Z and t 从图7可以看出‚Z 与氧化时间 t 确实呈直线 关系．经拟合计算‚直线斜率为1∙1275×10－12‚即 抛物 线 速 度 常 数 为 1∙1275×10－12 g 2·cm －4· min －1．这样‚金刚石颗粒表面镀铜层在20℃露点 的 N2／H2O 二元混合气氛中650℃下氧化符合抛物 线规律‚且其抛物线方程为 y 2＝2×1∙1275×10－12 t＝ 2∙255×10－12 t．为了保证镀铜层不完全氧化‚须 ΔW ＜ 0∙1m 8 ‚由 此 计 算 可 得 氧 化 时 间 t ＜ ρ2 d r 2 121268kp ．对于粒度为40μm 的金刚石颗粒‚经过 计算可知t＜358min．考虑到 Cu2O 层过厚会对金刚 石／玻璃复合材料的导热性能产生负面影响‚过薄则 难以保证玻璃对其表面的润湿‚因此本实验选择氧 化时间为40min． 图8所示为镀铜金刚石颗粒在上述条件下氧化 40min 后的 SEM 形貌．从图中可以看出‚经氧化处 理后的金刚石较之未氧化处理之前并没有大的变化． 图8 镀铜金刚石颗粒氧化处理后的 SEM 形貌 Fig．8 SEM image of copper-coated diamond particles after oxida￾tion treatment 图9为镀铜金刚石颗粒氧化40min 后的 XRD 图谱．可以看出‚镀铜金刚石颗粒在上述条件下氧 化40min 后只由金刚石、Cu 和 Cu2O 三相组成‚无 CuO 生成‚达到了实验设计要求． 图9 经氧化处理的镀铜金刚石颗粒的 XRD 图谱 Fig．9 XRD pattern of copper-coated diamond particles after oxida￾tion treatment 3 结论 （1） 通过热力学计算得出‚在露点为20℃的 N2／H2O 二元混合气氛中在650℃进行氧化‚可以将 金刚石颗粒表面的镀铜层氧化为 Cu2O‚而不生成 CuO． （2） 对于粒径为40μm 的金刚石颗粒‚其表面 镀铜层在露点为20℃的 N2／H2O 二元混合气氛中 在650℃的氧化符合抛物线规律‚其抛物线速度常 第6期 童震松等： 金刚石颗粒表面镀铜层的控制氧化 ·737·