高温高压下多环有机物合成亚微米金刚石

亚微米尺寸的金刚石粉末对超精细研磨抛光而言是非常理想的磨料,但高品质亚微米尺寸金刚石粉末的合成与制备到目前为止仍面临着许多的困难和挑战。在避免使用金属触媒的情况下,以萘为前驱体在11 GPa压强、1 700℃的温度条件下成功合成了高品质亚微米尺寸的金刚石粉末。所合成的金刚石粉末具有比较高的相纯度,金刚石晶粒普遍都是晶体形态发育良好且相互独立彼此分散的自形晶。晶粒粒度的频率分布属于正偏态分布,相应的平均值、中数及众数分别为158. 1,221. 5,262. 5 nm。对数正态分布拟合中,晶粒粒度的期望值和标准偏差分别为(243. 3±4. 2) nm和(122. 3±5. 4) nm。将近96%的晶粒都分布在亚微米尺寸范围内。本工作将为高品质亚微米尺寸金刚石粉末的合成与制备提供有效途径。     

聚晶金刚石复合片超高压烧结过程的实验研究

 采用X射线衍射（XRD）分析、扫描电子显微镜（SEM）和能谱分析（EDX）等方法,对在压力5.6 GPa、温度1 460 ℃条件下,加热时间分别为2、3、4、6、8、10 min的聚晶金刚石复合片（PDC）样品进行了分析。结果表明：PDC的烧结经历了金刚石的石墨化过程,而且在烧结过程中金刚石层表面的XRD图谱出现了WC衍射峰,强度由弱到强,再由强到弱,直至消失;进一步的研究发现,PDC中助烧结剂Co的晶格常数因C和W原子的固溶会变大,并随PDC加热时间的延长出现一个峰值;从硬质合金基体扩散到金刚石层的Co由于扩散通道各异、所受阻力不同,使得其分布不均匀。     

烧结压力对碳化钽陶瓷维氏硬度的影响

为了探究烧结压力对不同晶粒尺寸碳化钽(TaC)力学性能的影响,通过高温高压技术对纳米、微米尺寸TaC粉末进行高温高压烧结,制备不同烧结条件下的块状TaC陶瓷。利用X射线衍射等表征方法对烧结样品的物相、元素分布、压痕形态进行表征,结果表明:TaC在烧结过程中物相稳定,且无杂质渗入。利用维氏硬度计对不同烧结压力(3.0、4.0和5.5 GPa)条件下的3种陶瓷样品进行维氏硬度测试,并进行微观结构分析,结果表明:随着烧结压力由3.0 GPa提升到5.5 GPa,微米尺寸TaC的维氏硬度(21.0 GPa)优于3.0、4.0 GPa下的纳米尺寸TaC维氏硬度(17.5、19.2 GPa)。此外,研究发现,测试维氏硬度时,3.0 kg应用载荷对测试TaC维氏硬度更加精确。研究结果对结构陶瓷烧结和超高温陶瓷硬度研究具有指导意义。     

正交试验法优化金刚石复合片合成工艺

 通过正交试验法,以磨耗比、电阻、完整性、硬度为指标,设计了金刚石复合片的合成工艺。正交试验可以减少合成工艺试验次数,优化合成工艺。试验结果表明,较合理的烧结工艺为：合成压力5.5 GPa,升温速度为200 ℃/min,保温时间16 min,冷却时间14 min,烧结温度1 350 ℃。从压力、温度和时间等因素的影响方面讨论了金刚石复合片的性能。认为：适当地提高温度有利于提高磨耗比及硬度;延长加热时间有利于性能均匀性的提高;延长冷却时间可减少残余热应力。     

C70纳米/亚微米棒的高压相变研究

通过溶剂挥发法获得了准一维C70纳米/亚微米棒状晶体,直径为～500nm, 长度为～10μm,呈六方密堆(hcp)结构. 利用金刚石对顶砧(DAC)高压装置,采用同步辐射能量色散X光能量色散衍射方法(EDXD)和高压拉曼光谱,研究了压力对C70纳米/亚微米棒结构的影响, 实验中最高压力为26.1GPa. 结果表明, 在准静水压条件下,在23.3—26.1GPa压力范围内, hcp结构的C70纳米/亚微米棒发生了由hcp结构向非晶化的相变,相变压力比体材料高约5GPa, 该相变是不可逆相变, 而且该相变是由于C70在高压下笼状结构被破坏所导致的.     

原位高压微米氧化锌电学性质的研究

利用集成有金属薄膜电极的金刚石对顶砧,对微米氧化锌样品进行了原位高压电导率测量.结果表明,在919 GPa时样品电导率达到最小值,在919—1122 GPa时样品电导率急剧增大,说明此时样品从纤锌矿结构向岩盐矿结构转变直至完全相变,1122　GPa为相变点.通过测量不同条件下高温退火处理的样品电导率,明显看到氧空位对电导率的影响. 关键词： 高压 微米氧化锌 电导率 金刚石对顶砧     

含纳米金刚石的立方氮化硼聚晶的制备

 采用在cBN表面进行镀钛、并在PcBN结合剂中加入纳米金刚石的方法,对静压法合成的PcBN的组织结构进行研究。通过对镀钛后的cBN和合成的PcBN样品进行XRD、SEM、显微硬度、致密度分析和热稳定性分析,并与结合剂中不含纳米金刚石的PcBN样品进行对比,研究纳米金刚石的添加对合成PcBN的组织结构和性能的影响。实验结果表明,在有镀钛cBN、Al和Si存在的环境中,采用先升压至5.5 GPa,然后升温至1 400 ℃,保温保压500 s的合成工艺,在PcBN中未发现纳米金刚石发生石墨化;作为碳源,与Si、Ti、Al等共同作用,在PcBN组织中形成多种耐热、高硬、稳定的化合物。适当过量地加入使得PcBN组织中残留部分未反应的纳米金刚石,不仅提高了PcBN的致密性,而且提高了PcBN的硬度,更为重要的是消除和减轻了“架桥”现象。在合成PcBN的过程中,Ti和纳米金刚石的反应活性最强。结合真空微蒸发镀钛技术,cBN表面镀钛和加入纳米金刚石使PcBN中的各组分之间充分反应形成的多种化合物过渡层,使得PcBN中各相之间有良好的相容性,PcBN的热稳定性得到提高。     

交联型聚酯聚氨酯透明度变化的结构研究

用半预聚体法合成了具有交联结构的聚氨酯耐磨材料。用红外光谱、紫外-可见光谱、透射电镜,X射线衍射等方法进行物理性能测试表明,不同铸模温度显著影响聚氨酯的外观透明度和耐磨性能,而发生这些变化的结构本质是加工条件和化学反应使组分不同的聚氨酯分子逐渐微相分离,形成亚微米级、微米级乃至十微米级的微区。这些微区彼此凝聚生成形状各异、结构复杂的颗粒。这些分散在透明聚氨酯介质中的组成不均匀颗粒数量增多、粒径增大是导致聚氨酯透明度变差的主要原因。     

B_6O/TiB_2复合材料的高温高压反应烧结

以B和TiO2为初始原料,依据压力可抑制原子长程扩散的动力学效应,通过高温高压(4~5GPa,1 200~1 500℃)一步反应烧结法制备B6O/TiB2复合材料。当B和TiO2物质的量之比为14.0∶0.8时,在5GPa、1 200℃、保温30min条件下得到的烧结样品性能较好,非晶硼(纯度93%~94%)过量混合粉末样品的硬度最高约为29GPa,高纯晶体硼(纯度99.99%)过量混合粉末样品的硬度最高约为32GPa,相对密度可高达99%。实验结果表明:高压抑制晶粒过度长大,同时又有利于B6O的合成,使其合成温度比常压下有所降低;在高压反应烧结过程中,合成的第二相TiB2晶粒和样品中的非晶相有效地消耗了残余应力,起到了增韧作用。     

类球状微米金刚石聚晶膜场发射的稳定性

在覆盖金属钛层的陶瓷上,利用微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)法制备出类球状微米金刚石聚晶膜。通过二极管结构测试了聚晶膜的场致电子发射特性,利用扫描电子显微镜、拉曼光谱、XRD分析了场发射前后薄膜的结构和表面形貌的变化。发现在高场、大电流密度的场发射中,对类球状微米金刚石聚晶薄膜中的金刚石聚晶颗粒影响很小,而对金刚石聚晶颗粒间的非晶碳层影响很大。对类球状微米金刚石聚晶变化机理进行了研究。     

多次冲击石墨合成聚晶金刚石的实验研究

 利用高能炸药爆轰产物驱动金属飞片，碰撞“硬”回收包套以输入平面冲击波，在24~37 GPa的压力范围内，对纯石墨进行1~4次的冲击压缩实验，合成出了纯度很高、形貌良好的立方型聚晶金刚石。随着冲击次数的增加，金刚石的转化率和粒度有增大的趋势。但是，当金刚石粒度较大时（约100 μm以上），如果冲击温度较低（约1 000 K以下），同时冲击压力又较高（约20 GPa以上），金刚石颗粒就容易被冲击波破碎。     

低钴粗晶硬质合金的高压融渗法制备

用含钴量为16%(质量分数)的硬质合金YG16作为基体提供钴源,对平均粒度为8μm的WC初始材料进行氢气还原脱氧处理,以减少合成样品中的杂质,通过高压融渗法烧结低钴粗晶硬质合金。重点研究了烧结压力、温度和烧结时间等条件对烧结体性能的影响,通过控制适当的工艺条件得到高硬度值的低钴粗晶合金,并对合成的硬质合金层进行X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)及硬度检测。实验结果表明,在4.5GPa、1 400℃、40min下合成样品的碳化钨晶粒形貌呈现球形或椭球形,其硬度值可达17.4GPa,表面钴含量为5.7%。     

掺硅类金刚石膜的制备与力学性能研究

用脉冲电弧离子镀技术,通过调整掺硅石墨靶和纯石墨靶的数量,制备了一系列不同硅含量的类金刚石薄膜样品.研究发现：当硅含量达6.7at.%时,类金刚石薄膜的应力从4.5GPa降低到3.1GPa,薄膜的硬度还保持在3600Hv,和没有掺杂的类金刚石薄膜的硬度相比,基本保持不变;当硅含量小于6.7at.％时薄膜的摩擦系数相对于未掺杂的类金刚石薄膜也保持不变,为0.15.当薄膜中硅含量继续增加时,薄膜中C—Si键的含量增多,导致薄膜硬度和应力都有较大幅度地减小、摩擦系数增大、磨损性能也变差了. 关键词： 类金刚石膜 掺硅 应力 硬度     

亚微米光栅零级衍射特性的数值研究

用耦合波理论分析了亚微米光栅对光波场的衍射作用,给出了在TE和TM偏振入射条件下矩阵形式的耦合波方程,研究了光栅在TE偏振入射条件下可见光波段内的反射和透射零级衍射特性。亚微米光栅零级衍射效率是波长、偏振和入射角的函数,在不同照明、观察和光栅参数条件下,光栅零级衍射具有非常复杂的光谱结构,经过适当的优化光栅参数,零级衍射具有许多独特的衍射特性,在许多应用领域具有广泛的应用前景。     

巨磁阻材料Sr2CrWO6高压下的结构稳定性和电学特性

 采用金刚石压砧高压装置，研究了双钙钛矿结构化合物Sr₂CrWO₆在室温下、34.5 GPa压力内的同步辐射X射线衍射谱，发现在9.6 GPa的压力点样品的结构有所变化。结合室温下20 GPa内电阻和电容随压力的变化，证明样品在9 GPa附近发生了晶体结构相变，而在2~5 GPa的压力范围内样品发生了电子结构相变。     

压致硼酸盐晶态物质的非晶化现象研究

 本文用X射线衍射、Eu²⁺的发射谱与激发谱、拉曼谱以及扫描电镜（SEM）颗粒形貌，研究了常压下合成的具有正交结构的SrB₂O₄:Eu²⁺晶体在3.0~7.0 GPa压力下的晶态非晶化现象。分析结果表明，压力导致晶粒细化和晶态非晶化。晶粒尺寸由常压下的微米量级细化为几十个纳米量级，随压力的变化为：2 μm（0.1 MPa），49.4 nm（3.0 GPa），29.7 nm（5.0 GPa），25.1 nm（7.0 GPa）。晶态与非晶态体积比随压力增加而减小，分别为：70/30（3.0 GPa），63/37（5.0 GPa），57/43（7.0 GPa）。在压力下Eu²⁺是处在晶态与非晶态两种不同的低对称的环境中。纳米级晶粒是以亚晶粒形式存在于微米级大晶粒中的，压致非晶态可能组成了纳米亚晶粒的界面区。     

MoO2微米空心球的水热合成及合成机理研究

在阳离子表面活性剂的作用下,以钼酸铵为钼源,乙醇作为还原剂合成了微米级MoO2空心球．采用X射线粉末衍射、热重-差热、扫描电子显微镜、透射电镜和X射线光电子能谱对合成的样品进行了表征,并对MoO2空心球可能的形成机理进行了讨论.在MoO2空心球的形成过程中,发现了样品从“大块-实心球-空心球”的形貌转化过程,空心球的形成机理可用微米尺度的Kirkendall效应解释．     

高硬度超导三元碳化物的高温高压合成

采用高温高压合成手段,以纯度均在99.8%以上的钼粉、钨粉和石墨粉作为合成原料,在压强5.0GPa、温度2 000K、保温时间60min的条件下成功制备出MoWC_2样品。利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、显微硬度仪、综合物性测量系统和热重-差热分析仪对合成样品进行了物性表征。结果表明:合成的MoWC_2晶体为六角结构,其空间群为P6-m2;晶粒大小为1~4μm,结晶质量良好;MoWC_2的收敛硬度值为15.3GPa;氧化温度为450℃;温度低于6.8K时体现超导电性。MoWC_2的轨道杂化很强,因而具有较高的硬度和抗氧化性。同时,MoWC_2费米面处态密度和德拜温度较高,使其成为一种超导材料。由此可知,MoWC_2是一种兼具超导性、耐热性和较高硬度的硬质超导多功能材料。     

亚微米光栅的制作和零级衍射效率滤波特性的验证

从亚微米光栅的特点出发,分析了应用于防伪技术领域的亚微米光栅的各项关键制作技术和特点,制作了具有零级衍射效率滤波特性和用于光变色防伪的亚微米光栅,光栅零级衍射效率滤波特性的测量结果与使用耦合波理论计算得到的结果是完全一致的。由此可以根据防伪技术所需要的滤波特性设计亚微米光栅的参数。     

AlNBN复相纳米陶瓷的高温高压合成与表征

利用直流电弧等离子体方法制备了氮化铝纳米粉,用行星式球磨机制备纳米级的氮化硼粉,将这两种纳米粉均匀混合,经过5 GPa、1500 ℃的高温高压处理,最终制备出AlN/BN纳米复相陶瓷,对合成的产物进行了X射线衍射（XRD）、透射电子显微镜(TEM)和扫描电子显微镜(SEM)的分析,得到样品的结构和形貌特征,结果表明合成产物为AlN/BN纳米复相陶瓷. 