Fast removal of surface damage layer from single crystal diamond by using chemical etching in molten KCl + KOH solution

Yao, Yongzhao; Ishikawa, Yukari; Sugawara, Yoshihiro; Yamada, Hideaki; Chayahara, Akiyoshi; Mokuno, Yoshiaki

doi:10.1016/j.diamond.2015.10.003

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“…Multiple reports on diamond machining using reactions with metals include examples of reactions with molten rare-earth metals and reactions with water vapor catalyzed by Ni deposited films; however, high reaction temperature was a problem. [2][3][4][5] On the other hand, reaction with Li begins around 600 • C, thus promising a new technology.…”

Section: Resultsmentioning

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“…This paper presents new calculation results concerning diamond etching with Li considered in the previous paper, 1 and reports on experimental results obtained by applying alkali metal salt solutions to discharge machining. As regards diamond etching through reactions with metals, there are studies on reactions with rare‐earth metals 2 and with water vapor under Ni catalytic action, 3 or at interfaces with KNO 3 catalyst 4 and KOH + KCl catalyst, 5 but the mentioned paper 1 was the first one exploring reactions with alkali metals.…”

Section: Introductionmentioning

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Interaction between diamond and alkali metals and its application to machining of diamond

Shimada

Takehana

Yamane

2023

Elect Comm in Japan

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Section: Resultsmentioning

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Section: Introductionmentioning

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Interaction between diamond and alkali metals and its application to machining of diamond

Shimada

Takehana

Yamane

2023

Elect Comm in Japan

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“…We examined the temperature using the following procedure: The Nb tube containing the Li-diamond mixture was The etching of a diamond surface has been studied regarding the catalytic oxidation with a Ni film [36], at the melt interfaces with KNO 3 [40] or in an aqueous solution (KCl + KOH) [48] but no reports are found about the reducing conditions. We noted that the etching reaction by Li occurs at a much lower temperature compared to that by oxidation or by dissolution in lanthanoid metals [49].…”

Section: Chemical Reactivity Of Diamond and Alkali Metalsmentioning

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Interaction between alkali metals and diamond: Etching and charge states of NV centers

Takehana

Yamane

Yanase

et al. 2021

Carbon

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“…Im Vergleich zu Reduktionsprozessen ist Oxidation bei niedrigeren Temperaturen möglich [111]. Oxidation von Diamant wurden für verschiedenen Ätzverfahren beobachtet, darunter Gasphasenätzen mit Sauerstoff, Wasserstoff und Wasserdampf, Plasmaätzen mit Sauerstoff und Nassätzen [112][113][114][115][116], wobei Nassätzen mit flüssigem KNO 3 bei Temperaturen oberhalb von 798 K eine gängige Methode zum Ätzen von Diamant ist [111].…”

Section: äTzvehalten Von Diamantunclassified

“…Yao et al [116] haben Ätzversuche an Diamant {100} Flächen mit flüssigem KCL + KOH für 5 Stunden bei 1373 K durchgeführt und die Rate der Materialabtragung an der Oberfläche bestimmt. Die Probendicke war nach dem Ätzen um 10 % verringert, woraus eine Ätzrate von 2 ➭m h −1 für die {100} Flächen errechnet wurde.…”

Section: äTzvehalten Von Diamantunclassified

Strahlungsinduzierte Schädigung von Diamant und Zirconiumdioxid

Bunk¹

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Diamant hat besondere physikalische und optische Eigenschaften sowie eine starke Resistenz gegenüber Strahlenschädigung. Diese Eigenschaften ermöglichen eine vielfältige Anwendung von Diamant in Wissenschaft und Technik, wie zum Beispiel als Sensormaterial in Strahlungsdetektoren. Kubisches Zirconiumdioxid (ZrO2) wird aufgrund seiner mechanisch und optisch ähnlichen Eigenschaften unter anderem an Stelle von Diamant eingesetzt. Es ist ebenfalls ein geeignetes Material für viele technische Anwendungen und wird durch seine Strahlenresistenz in Strahlungsumgebungen verwendet. Da beide Materialien in diesem Anwendungsbereich hoher energetischer Strahlung ausgesetzt sind, sind Reaktionen auf die Bestrahlung wie etwa strukturelle Veränderungen oder die Änderungen von Materialeigenschaften von großem Interesse. In der vorliegenden Arbeit wurde die Morphologie, Struktur und physikalischen Eigenschaften von Diamant und Yttriumoxid-stabilisiertem kubischem ZrO2 nach der Bestrahlung mit 14 MeV Au-Ionen und 1.6 GeV Au-Ionen untersucht. Die durch die Bestrahlung verursachten Veränderungen der Oberflächen und der bestrahlten Volumina wurden mit diversen komplementären analytischen Methoden charakterisiert, bewertet und für die verschiedenen Materialien und Ionenenergien verglichen. Mittels Röntgenfluoreszenzmessungen wurde die Verteilung und Menge an implantiertem Au semi-quantitativ ermittelt. Die Oberflächen der Proben wurden mit optischer Mikroskopie, Rasterkraftmikroskopie, Rasterelektronenmikroskopie, Röntgenreflektometrie und Elektronenrückstreubeugung untersucht. Strukturelle Veränderungen wurden mit Raman-Spektroskopie analysiert. Der elektrische Widerstand, die Dichte, die Härte sowie das Ätzverhalten der bestrahlten Proben wurden ermittelt und geben Auskunft über die Änderung physikalischer Eigenschaften der Materialien. Diamant und kubisches ZrO2 reagieren sehr unterschiedlich auf die Bestrahlung mit Au-Ionen gleicher Energien und Fluenzen. Die Diamantproben zeigen nach der Bestrahlung mit 14 MeV Au-Ionen deutliche Veränderungen und Schädigungen der Oberfläche sowie des bestrahlten Volumens. Es wird eine Änderung der Struktur, der Dichte, der Härte, des elektrischen Widerstands sowie des Ätzverhaltens der Proben beobachtet, was auf die Amorphisierung von Diamant zurückgeführt wird. Kubisches ZrO2 ist deutlich strahlungsresistenter gegenüber der Bestrahlung mit 14 MeV Au-Ionen. Es werden keine signifikanten strukturellen Änderungen im getesteten Fluenzbereich beobachtet. Die mit 1.6 GeV Au-Ionen bestrahlten Diamanten zeigen nur geringe Schädigungen und keine deutliche Änderung der Struktur oder der physikalischen Eigenschaften. Die kubischen ZrO2 Proben sind als Folge der Bestrahlung mit 1.6 GeV Au-Ionen zerbrochen, was auf hohe interne Spannung durch Defektbildung zurückgeführt wird.

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Fast removal of surface damage layer from single crystal diamond by using chemical etching in molten KCl + KOH solution

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