摘要 对表面有镀钛层的金刚石晶体进行了射线衍射测量，得到了金刚石晶体表面有金属化合物形成的结果。同时，得到了一个较有疑问的衍射峰，本文尝试着进行了一些分析。
关键词 镀钛 金刚石 x射线衍射
X Ray Diffraction Measurement of Ti—coated Diamond
Abstact The metal compound existing on the surface of diamond crystal and a doubt X ray dif- fraction peak were found by X ray diffraction measurement of Ti—coated diamond．In the pa—per，we try to make an analysis。
Key words Ti——coated diamond X ray diffraction
金刚石晶体与CBN晶体在做工具使用时经常需要与金属烧结在一起，在金刚石晶体或者CBN晶体表面镀一层金属，是一种比较好的办法。这种方法将使金刚石晶体与金属基底结合的牢固，不易脱粒。同时，也保护了金刚石晶体的原来的固有强度。这样一来，工具的使用寿命和效率都将大幅度提高。通常，会根据不同的需要，镀一层金属铜、金属镍或者金属钛。当然，要根据需要采用不同的镀层方法，比如电镀，或者是用真空气化金属的方法蒸镀等。在金刚石晶体表面镀金属层，有一个关键的问题是：金属镀层与金刚石晶体表面结合的是否牢固。而判断是否牢固的标准是：金刚石晶体表面的碳原子是否与金属镀层中的金属原子有化学键的结合，即是否形成金属化合物。
本文使用镀钛金刚石晶体做样品，进行x射线衍射试验。镀钛金刚石晶体的形貌如图1所示，从照片上可以看到镀钛层的金刚石晶体表面有两种况,一种是比较光滑、一种是表面有不同的纹络与缺损,晶体表面的纹一种是表面有不同的纹络与缺损,晶体表面的纹络与缺损是金刚石晶体原来表面存在的缺陷的表现。
图1 有缺陷的镀钛金刚石晶体与没有缺陷的
晶体的比较。注意有一些颗粒镀层表面有花
纹缺陷，是晶体原来表面的缺陷显露出来的。
对已经镀钛的金刚石晶体做X射线衍射测量，可以得到金刚石晶体的镀钛层的结构，具体的测量结果如图2所示，图2中的横坐标表示x射线衍射的角度(2Theta)，纵坐标表示衍射线的强度。图2中共有7条主要衍射线。其中最强的衍射线是金刚石晶(111)晶面的衍射线，表明x射线已经穿透镀钛层，入射到金刚石晶体表面，又反射回来，形成很强的衍射峰。
图2 镀钛金刚石晶体表面的X射线衍射测量结果
nextpage 除了最强衍射峰(衍射角度2Theta)是金刚石晶体(111)晶面衍射线之外，还有六条衍射峰，其衍射角度分别是(d数值是面间距，单位是A)：21．529(d=4. 110)、36．171(d=2．480)、41．904(d=2．154)、60．958(d=1．518)、72．844(d=1．298)、76．736(d=1．241)，其中后面五条衍射线与一种TiC晶体的衍射结果十分相近，详见参考文献[1]，文献[1]给出的是具有面心立方结构，晶格常数为4．327A，空问群为Fm3m的TiC晶体的衍射线的数据，该数据与本文测量得到的5条衍射线数据基本一致。
另外，对这5条衍射峰的位置“大致”的归类，还可以认定这些衍射峰也不是金属钛的衍射峰。金属钛有两种晶体结构：一种是六方结构，一种是立方结构。六方结构金属钛的三个主要衍射峰的位置(面间距的单位是A)分别为构，一种是立方结构。六方结构金属钛的三个主要衍射峰的位置(面间距的单位是A)分别为2．555(111)、2．341(002)、2.243(101)，空间群是P6，，晶格常数是a=2．950、c=4．628 E2]。立方结构金属钛的衍射峰位置(面间距的单位是A)分别为2．337(“0)、1．653(200)、1．349(211)，空间群是Im3m，晶格常数是a=3.306¨1。这里需要强调的是”大致”的归类，因为没有对所有的衍射峰进行拟合，拟合以后可能出现一些新的衍射峰，需要重新认定。而这需要更多的细致的工作，本文暂不做讨论。
衍射角度为～21.5290°的衍射峰附近需要仔细考察，因为，在测量得到的数据中，不同的样品得到的衍射峰位置的数据稍微有差别，见图3。图3中有三条衍射线，是三个不同镀钛金刚石晶体样品在同一个衍射角范围(18°－27°)记录的数据，衍射峰角度大致在同一个位置，但精细的测量还是有明显差别。
图 3 三个不同鹱钛金刚石晶体样品在衍射角腰
18°－27°测量的不同结果比如，l号样品在这个位置范围就有明显的4个衍射峰，衍射角度(2Theta)分别是21．139(d=4．207)、21．865(d=4．055)、23．】81(d=3．831)、24．495(d=3．630)，其对应的面间距d在括号内的数值，单位是A。而样品2和3只有在衍射角度21．552(d=4．111)有明显的衍射峰。nextpage
与前面金属钛的x射线衍射的数据比较，可以肯定地认为在衍射角度为18。一27。范围内出现的镀钛金刚石晶体衍射峰，既不是六方结构的金属钛的衍射峰，也不是立方结构金属钛的衍射峰。是否是与金属化合物TiC晶体的衍射测量有关的衍射峰?TiC晶体共有三种不同类型的结构，分别是六方结构、立方结构、菱方结构，这三种金属化合物的X射线衍射数据详细见下表，见参考文献[4、5、6]。
表 TiC晶体的三种结构的三个主要X射线衍射峰位置数据
由表l可见，在衍射角度范围18°－27°内的衍射峰不是TiC晶体的衍射峰。这里的结沦是：对镀钛金刚石晶体的x射线衍射测量，在衍射角度18°－27°的范围内既不是金属钛的衍射线，也不是7ric晶体的衍射线。而又因为在镀钛金刚石晶体表面没有测量出其他的物质，是否可以认定，这些衍射线是金刚石晶体表面与金属钛结合, 生成TiC晶体的同时，金刚石晶体表面层有发生一些变异结构导致的衍射结果?这个现象似乎需要进一步的深入研究。
从x射线对金刚石晶体的入射深度公式，可以初步估计镀钛层的厚度。x射线在晶体内部的入射深度，可以这样计算。X射线的强度在入射晶体中的衰减有下面的公式表示：
i=ioe¯tµ
公式中：t表示x射线的穿透深度，单位是cm；i表示x射线入射晶体后反射回来，测量得到的射线的强度；i。表示X射线的初始强度；µ表示x射线的线吸收系数，单位是cm。经过简单的变化，得到X射线在晶体内部入射深度的表达式：
t=Lg(i／io)/µ
这里需要引入一个新的物理量，即µm，称为质量吸收系数，单位是crn2／克。µ与µ的关系是：µ=µmp，其中P是被测量晶体的密度，单位是克／cm3。对于经常使用的Cu靶而言，晶体Ti的µm=208cm2／克。从这些数据可以估计出镀钛金属层的厚度，当然，由于存在碳化钛晶体成分，这种估计会有比较大的误差。
结论
1、镀钛金刚石晶体表面主要的成分是金属化合物类似TiC晶体，这表明镀钛工艺是成熟的，可以起到将金刚石晶体表面增强的作用。
2、镀钛金刚石晶体表面的金属化合物似乎是一种立方TiC晶体结构。
3、x射线衍射结果表明，金刚石晶体表面经过镀钛工艺处理之后，有新的结构出现，这是需要认真研究的。
