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爆轰合成超细金刚石机理探讨

关键词 爆轰合成 , 金刚石|2005-06-15 00:00:00|技术信息|来源 中国超硬材料网
摘要 就爆轰合成超细金刚石的机理进行探讨:1)传统的碳相图已不能作为爆轰合成过程的依据;2)由于存在等离子体——晶体的直接相变,整个过程可能有几种相变作用共存;3...

  就爆轰合成超细金刚石的机理进行探讨:1)传统的碳相图已不能作为爆轰合成过程的依据;2)由于存在等离子体——晶体的直接相变,整个过程可能有几种相变作用共存;3)爆炸容器中的介质对产物有重要的影响。最后,提出了对整个问题进行研究所应遵循的规律。
  爆轰合成金刚石是利用炸药爆炸产生的高温,高压条件使碳原子重新排列成金刚石相的技术。它又分为掺石墨或其它含碳物质和直接利用炸药本身的碳元素两种技术途径。掺碳法获得金刚石粉粒径为0.01—10μm,粒度分布广;而利用炸药本身的碳合成金刚石粉是利用炸药负氧平衡反应中未及氧化的碳原子重新聚集,排列形成金刚石的,这样获得的产物粒度分布集中(5—8nm),可作为合成纳米材料的原料,我们所指的爆轰合成超细金刚石就是这种反应。爆轰合成UDD技术从60年代开始发展至今仍处在研究阶段,其制备过程大致是这样的:混合炸药在充以保护性气体的密闭容器中爆炸,充保护气的目的是防止刚生成的类金刚石物质被氧化并减弱其石墨化;爆炸后收集的致密相回收物先过筛除去杂物,然后用高氯酸和硝酸的混合物进行净化,除去石墨和碳黑;倾去酸液,如需要除去硅杂质还要经碱或氢氟酸处理;再经多次反复洗涤,最后通过离心机分离,烘干得到纯度可达80%的金刚石粉体,整个过程按炸药重量计算的得率可达8%。尽管爆炸合成UDD已有一定的技术积累,但在原理的认识上仍然比较模糊。目前,主要的理论有两种,一种认为,爆轰合成UDD要经历以下的转变过程,炸药分子在爆轰反应区首先分解成各种原子,然后多余的碳原子彼此结合成金刚石相原子团,再转变成高温,高压下热力学稳定的金刚石微粒,爆轰产物中的石墨则是由于部分金刚石在台劳稀疏区的石墨化造成的。另一种认为,金刚石相的生成是由爆轰反应区中最初的类气态自由碳的高温,高压下由于过饱和而凝聚成碳液滴,碳液滴再结晶成金刚石晶体。 

 

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