Indexed by:期刊论文

Date of Publication:2016-07-08

Journal:机械工程学报

Included Journals:EI、PKU、ISTIC、CSCD、Scopus

Volume:52

Issue:20

Page Number:23-29

ISSN No.:0577-6686

Key Words:金刚石石墨化;第一性原理;未配对电子;对准原则

Abstract:从电子和原子角度解释了过渡金属对金刚石石墨化催化作用的机理，即过渡金属具有空d轨道，并且在某一面上与金刚石(111)面原子符合对准原则。为了验证此结论，基于第一性原理建立铬、铁、钴、钛、铂、铝、铜原子与金刚石原子的作用模型，进行仿真计算，得到不同过渡金属对金刚石石墨化的影响规律。仿真结果表明：Cr、Fe、Co、Ti、Pt作用下的金刚石结构出现不同程度的石墨化现象，而Al、Cu作用下的金刚石无石墨化现象。不同金属作用下金刚石原子结构的平面度由小到大依次为铁、铬、钴、钛、铂、铝、铜；碳原子间方差由小到大依次为铁、铬、钴、铂、钛、铝、铜；系统能量变化由大到小的顺序依次为铁、铬、钴、铂、钛。通过比较，铁、铬、钴原子对金刚石石墨化具有明显的催化作用，铂、钛原子有一定的催化作用，而铝、铜原子则无催化作用。当金属具有空d轨道且与金刚石在一定面上符合对准原则，未配对电子越多，金属对金刚石石墨化的催化作用越强；反之，当金属价电子层无d轨道或d轨道电子是充满状态时，金属对金刚石石墨化无催化作用。该研究为利用金刚石石墨化机理刃磨金刚石刀具提供了理论基础。