Portal de Periódicos da CAPES

Optical and mechanical properties of zinc sulphide diamond composites

1990; Elsevier BV; Volume: 38; Issue: 9 Linguagem: Inglês

10.1016/0956-7151(90)90016-a

1873-2879

Liang Xue, D.S. Farquhar, T. W. Noh, A. J. Sievers, Rishi Raj,

Diamond and Carbon-based Materials Research

Pure ZnS, an infrared transparent but mechanically weak material, was toughened with diamond particles. The optical properties of the pure material were preserved in the composite when the diamond particles were uniformly dispersed. Careful control of the hot pressing parameters was required in order to: (a) limit the phase transformation to a non-cubic phase of ZnS at high temperatures, and (b) maintain a small grain size. Measurement of the reflectivity of this composite in the region of the lattice vibration spectrum was used to compare the measured electrodynamic properties with those predicted by two differential theoretical models that assume different microstructural morphology. Good agreement was found with the Bruggemann model that assumes both components in the composite have the same type of interconnectedness. The mechanical properties of the 10% diamond composite showed a two fold increase in toughness without a change in the hardness with respect to pure ZnS. The bulk modulus and the shear modulus of the composite were measured and were found in agreement with a composite sphere model that assumes a good interfacial bonding between ZnS and diamond. The increase in toughness was explained in terms of the lowering of the local stress intensity factor (relative to the applied value) in the presence of diamond particles. ZnS pur, un matériau transparent aux infrarouges, mais de qualités mécaniques médiocres, a été à l'aide de particules de diamant. Les propriétés optiques due matériau pur sont maintenues dans le composite lorsque les particules de diamant sont dispersées de façon uniforme. Il est nécessaire de contrôler soigneusement les paramètres de la compression à chaud afin de: (a) limiter la transformation de phase vers une phase non cubique de ZnS à haute température, et (b) maintenir une taille de grains petite. On a utilisé la mesure de la réflectivité de ce composite, dans le domaine du spectre des vibrations du réseau, pour comparer les propriétés électrodynamiques mesurées et celles que prévoient deux modéles théoriques différents qui supposent des morphologies microstructurales différentes. Il y a bon accord pour le modèle de Bruggemann qui suppose que les deux composantes du composite ont le même type d'interconnection. Les propriétés mécaniques du composite à 10% de diamant présente un accroissement en deux étapes de la consolidation sans modification de la dureté par rapport à ZnS pur. Le module de compression et le module de cisaillement du composite ont été mesurés et trouvés en bon accord avec un modèle de sphères pour le composite, modèle qui suppose une bonne liaison interfaciale entre ZnS et le diamant. L'accroissement de la consolidation est expliqué à partir de l'abaissement du facteur d'intensité de contrainte local (par rapport à la valeur appliquée) en présence de particules de diamant. Reines ZnS, ein für Infrarot transparentes, jedoch mechanisch weiches Material, wurde mit Diamantteilchen gehärtet. Die optischen Eigenschaften des reinen Materials bleiben hierbei erhalten, wenn die Diamantteilchen gleichförming verteilt sind. Die Parameter der Herstellung muβten genau eingehalten werden, damit (a) die Phasenumwandlung in eine nichtkubische Phase des Zns bei hoher Temperatur begrenzt wurde und (b) kleine Körner beibehalten wurden. Mittels Messungen der Reflektivität dieser Materialien wurden die gemessenen elektrodynamischen Eigenschaften mit denen verglichen, die von zwei verschiedenen, auf unterschiedlichen Mikrostrukturen basierenden theoretischen Modellen vorausgesagt werden. Das Bruggemann-Modell, welches für beide Komponenten der Matrix gleiche Art der Verbindung untereinander annimmt, stimmt mit den Experimenten gut überein. Die mechanischen Eigenschaften des Materials mit 10% Diamantteilchen wiesen eine zweifache Zähgkeitserhöhung ohne Änderung der Härte (verglichen mit reinem ZnS) auf. Elastizitäts- und Schermodul wurden gemessen; sie stimmten mit einem Kugelverbundmodell überein, bei dem zwischen ZnS und Diamant gute Verbindung über der Grenzfläche angenommen wird. Die Erhöhung der Zähigkeit wird damit erklärt, daβ der lokale Spannungsintensitätsfaktor (relativ zum angelegten Wert) durch die anwesenden Diamantteilchen erniedrigt wird.