白云石内衬材料在合成金刚石传压密封介质中的作用

 通过合成金刚石实验以及对经历高温高压作用前后传压密封材料中白云石内衬的薄片显微镜观测、X射线粉末衍射和化学分析等研究,发现白云石在合成金刚石的高温高压下基本稳定,但透入性劈理发育。说明高温高压下白云石易发生破碎而变形,其等静压流变特性是以透入性劈理形式表现出来的。其中的杂质SiO₂等形成科石英、普通辉石,有无定形碳质产生,没有游离CaO、MgO物相形成。依据研究结果提出白云石内衬材料在金刚石合成中起多种作用,能够提高传压密封介质材料的综合性能。     

利用国产30MN两面顶压机开发高品级金刚石的研究

在25MN合成工艺的基础上成功开发出30MN金刚石合成工艺。30MN合成工艺的成功将有助于提高金刚石质量，开发附加值更高的超硬材料产品。30MN两面顶压机合成工艺研究包含片状触媒合成工艺研究和粉末触媒合成工艺研究两个方面。片状触媒合成工艺研究进行了传压密封介质研究和优化腔体结构的研究，为了提高密封压力，在密封碗里增加内摩擦系数大的材料，解决了合成的可靠性，使30MN片状触媒合成工艺水平实现了单产80～90克拉，高品级金刚石的所占比率达到40％，其性能见表1。     

高压低温条件下固态氩和4∶1甲醇-乙醇混合物传压介质的传压特性

 在高压低温（77 K）条件下，利用红宝石荧光测压方法，系统地研究了金刚石对顶砧装置中固态氩和4∶1甲醇-乙醇混合物的传压特性。通过测量不同位置上红宝石荧光R₁线的频移，确定了样品室内的压力分布。实验结果表明：在0~16 GPa的压力范围内，固态氩介质中反映介质非均匀性程度的|Δp/p|<3%、σ_p/p<2%，均在室温静水压条件下所允许的范围之内。红宝石荧光R线除随压力变宽外，与常压的很相似，表明固态氩在高压低温条件下是良好的传压介质。与之相比，4∶1甲醇-乙醇介质在77 K低温下的传压特性明显差于固态氩，已不适合作传压介质。     

碳酸铅在不同传压介质下的高压拉曼研究

为研究PbCO₃在高压下的稳定性,利用金刚石对顶砧技术,采用NaCl固体、甲醇-乙醇-水混合液体(16∶3∶1)和甲醇-乙醇混合液体(4∶1)做传压介质,开展了PbCO₃的高压拉曼实验,最高压强分别达到24.5、25.0和67.0 GPa。研究发现,PbCO₃在10、15和30 GPa左右发生相变,在静水压强条件下CO^2-₃基团的ν^2-外弯曲振动模出现了软化现象。通过对比得到不同传压介质中PbCO₃的Grüneisen参数γ,发现相变机制略有不同,并且压强对晶格振动的影响CO^2-₃基团的影响大,这是由Pb²⁺―O键的键长较大造成的。在所研究的压强范围内,PbCO₃没有发生分解或非晶化,30.0 GPa以上出现的PbCO₃-Ⅳ相直至67.0 GPa都很稳定。     

立方大腔体静高压装置中叶腊石的传压及密封性能研究

本文基于高压研究及超硬材料生产所用的静高压立方大腔体(六面顶)压机的需要,制备了源于南非叶腊石矿的两种(A和B)叶腊石粉压块,并与同工艺国产(北京门头沟)黄色叶腊石粉压块进行比较,以此建立评估叶腊石传压及密封性能的实验方法与物理判据.采用Bi,Tl,Ba等标压物质原位标定了以上3种叶腊石压腔中心位置及密封边处的压力;同时,采用银熔点法分别获得了3种叶腊石作传压密封材料时高温下腔体压力与系统加载的对应关系.结果表明,在相同加载油压下南非叶腊石B粉压块和国内叶腊石粉压块中心位置的压力差值不超过0.1 GPa,在升压和降压过程中叶腊石块中心位置与密封边位置的压力差值也更为相近.相比于南非叶蜡石A粉压块,B粉压块在高温传压和密封性能上更接近国产叶腊石粉压块.     

固相反应法制备钴掺杂氧化镁传压介质北大核心CSCD

以氧化镁(MgO)和氧化钴(CoO)为初始材料,利用固相反应方法,经8h的混料、200MPa的预压以及在空气氛围下1 200℃的烧结等步骤,成功制备出钴的摩尔分数为9%的氧化镁传压介质(MgO+9%CoO)。采用X射线粉末衍射仪、扫描电子显微镜以及热重分析仪对样品进行表征,结果表明:在烧结过程中混合粉料之间发生了反应,金属离子相互交换,钴离子取代MgO晶格中的部分镁离子,从而形成MgO-CoO固溶体。与目前国产MgO传压介质(MgO+10%Na4SiO4(质量分数))相比,实验制备的钴掺杂MgO传压介质不含杂质,高温高压下更稳定,并且温度发生效率更高。     

采用光谱技术研究[C4mim][BF4]的传压和测压性能

金刚石压腔是一种在实验室被频繁使用的高压产生装置,它在高压领域占据着重要地位。当金刚石压腔内传压介质只能提供非静水压环境时,利用传统的红宝石荧光光谱测压方法将很难准确测量样品压强,这也是目前超高压实验面临的普遍困难。若有一种兼具“传压”和“测压”双重功能的物质,根据“相邻位置、相近压强”原则,将能够解决在非静水压环境中测不准样品压强问题。显然,探寻兼具“传压”和“测压”双重功能的物质是一项非常重要的工作。本文将红宝石微粒与离子液体[C₄mim][BF₄]装入金刚石压腔,然后利用金刚石压腔压缩[C₄mim][BF₄]使其提供高压环境,同时采集红宝石的荧光光谱及其附近[C₄mim][BF₄]的拉曼光谱。通过分析红宝石特征荧光峰R₁的峰位,得到了[C₄mim][BF₄]在加压过程中提供的一系列高压环境的压强值。通过分析红宝石特征荧光峰R₁的峰宽,发现[C₄mim][BF₄]在0~6.26和6.26~21.43 GPa两个压强范围内可分别提供静水压环境和准静水压环境,表明[C₄mim][BF₄]在0~21.43 GPa范围内可以作为传压介质使用。此外,还发现[C₄mim][BF₄]在0~2.28,2.28~6.26,6.26~14.39和14.39~21.43 GPa四个压强范围内分别为“液相Ⅰ”、“液相Ⅱ”、“非晶相Ⅰ”和“非晶相Ⅱ”。通过分析[C₄mim][BF₄]中特征拉曼峰ν_(B-F)和ν_(ring)的峰位,发现在[C₄mim][BF₄]四个相态内ν_(B-F)和ν_(ring)的峰位随压强增加均满足线性变化关系,并给出了相应的压强与峰位关系函数,这些函数是[C₄mim][BF₄]用作压标物质的重要依据。综上所述,[C₄mim][BF₄]不仅具有“传压”功能,同时还具有“测压”功能,可同时用作“传压介质”和“压标物质”。研究结果为在非静水压环境中准确测量样品压强提供了重要依据,也为超高压条件下样品压强测量不准确问题提供了新的解决思路。     

传压介质对晶格振动和相变压力的影响——α-Bi2O3的高压拉曼光谱研究

 本文分别使用4∶1的甲醇-乙醇混合溶液和固态氩做传压介质测量α-Bi₂O₃的高压拉曼光谱。实验结果表明，传压介质对样品的谱线频移速率及相变压力有明显的影响。通过对拉曼光谱的分析认定，α-Bi₂O₃在高压下可能经历了一次结构相变，在准静水压和非静水压条件下的相变压力分别为23.1 GPa和20.4 GPa。