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一种用直流电弧法制备纳米金刚石的方法

关键词 直流电弧法 , 纳米 , 金刚石|2014-01-14 09:07:37|行业专利|来源 中国超硬材料网
摘要 申请号:201310401410申请人:大连理工大学摘要:一种用直流电弧法制备纳米金刚石的方法,属于碳相关纳米材料制备技术领域。其特征是以直流电弧氢等离子体作为热源,石墨为碳原料、...

  申请号:201310401410

  申请人:大连理工大学

  摘要:一种用直流电弧法制备纳米金刚石的方法,属于碳相关纳米材料制备技术领域。其特征是以直流电弧氢等离子体作为热源,石墨为碳原料、镍为催化剂、硅作为形核物质合成金刚石纳米粒子的方法。高温氢等离子体用于蒸发块体复合靶材,形成原料组分的原子、离子状态,在冷凝过程中形成碳化硅团簇晶核并诱导碳原子形成金刚石相,过饱和镍-碳固溶体析出的碳原子成为金刚石相的生长物质,经过钝化获得纳米金刚石胚料。通过酸处理、高温氧化、漂洗等纯化工艺,去除金属、石墨、非晶碳、碳化硅等剩余杂质,获得高纯金刚石纳米粒子。本发明的效果和益处是制备工艺简单以及在常压条件下合成,实现金刚石纳米粒子的低成本、低能耗、规模化生产。

  独立权利要求:1.一种用直流电弧法制备纳米金刚石的方法,是使用直流电弧氢等离子体作为热源,以复合块体靶材为阳极和原料,在活性气体和惰性气体的混合气氛中蒸发块体原料,获得纳米金刚石胚料,然后经过纯化工艺获得高纯金刚石纳米粒子,其特征在于:

  a)复合块体靶材选用组成为微米级石墨粉、镍粉以及硅粉体混合物压制成块,C:Ni:Si的质量比例范围为3:18~38:1~2,其中微米级镍粉作为合成纳米金刚石的催化剂,微米级石墨粉作为合成纳米金刚石的碳原料和碳化硅晶核的碳原料,微米级硅粉作为碳化硅晶核的硅原料;

  b)活性气体选用氢气、甲烷、乙烷、乙炔、乙烯、丙烯、丙炔、丙烷、丁烷、丁烯的一种或其组合,惰性气体选用氩气、氦气、氖气的一种或其组合,活性气体和惰性气体比例范围为6~1:1;

  c)纯化工艺选用质量浓度百分比为5-20%的稀硝酸溶液溶解去除金刚石胚料中的金属杂质,选用200℃的质量浓度百分比为70%的浓硫酸,并滴入浓度为65%的浓硝酸,滴定速率约为60滴/分钟,去除金刚石胚料中的金属、石墨等杂质,高温氧化在纯氧条件中进行,温度范围为400-800℃,去除金刚石胚料中的剩余石墨、非晶碳、碳化硅等杂质,重复3-5次工艺最终获得高纯金刚石纳米粒子。

 

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