高温高压下无定形碳向金刚石结构转变的研究

碳素材料是合成金刚石的原料。人们对熔媒参与下,石墨向金刚石转变研究得最多,并对这一转变过程提出了不同的解释。本文以无定形碳为碳源,来探讨其向金刚石的转变过程。通常使用石墨而不用无定形碳作碳源来合成金刚石,其原因在于无定形碳不具备直接转变成金刚石所必须的结构。实验表明:无定形碳向金刚石转变必须经过石墨化。无定形碳的石墨化过程是:构成三维排列的石墨晶体结构和石墨晶粒的长大。     

特种石墨尾料用作锂离子电池负极的研究

特种石墨尾料具有低灰分、较高的石墨化度和较大的碳微晶尺寸等特点,有望用于锂离子电池的负极材料。通过XRD、SEM和比表面分析仪对特种石墨尾料石墨化处理前后样品的微观结构进行了分析对比,评价了其电化学性能,探讨了特种石墨尾料用于锂离子电池负极材料的可行性及对其进行石墨化处理的必要性。结果表明,特种石墨尾料可以直接用作低端负极材料的生产原料;经过高温石墨化处理后,负极材料的循环性能、首次库仑效率和可逆容量均得到不同程度提升,应用范围进一步扩大。     

聚晶用石墨发热体的煅烧温度对聚晶相对耐磨性的影响

本文通过对聚晶金刚石用石墨发热体煅烧后吸附及压缩性能的观测,对比了以煅烧和未煅烧石墨发热体合成聚晶金刚石的相对耐磨性,结果表明以煅烧后石墨发热体合成的聚晶金刚石的相对耐磨性比未煅烧者高几倍,最高相对磨耗比达10万以上,改善了聚晶金刚石的性能,同时也从一个侧面为制造合成聚晶金刚石专用石墨提供了依据。     

石墨化在金刚石多晶高压烧结中的作用

用镍钛合金作助烧结剂,在7.7G P_(?)压力和1300—1700℃温度下进行了金刚石的多晶烧结.对所得烧结体作了显微组织观察、相结构和相成分分析、致密度测量以及耐磨性和抗压强度的测试.结果表明,金刚石的石墨化是烧结过程的中心环节,它对金刚石晶粒间通过合金结合剂的粘结以及金刚石晶粒间直接键合具有重要的意义.     

高温高压下石墨变金刚石的晶粒对应关系和提高合成金刚石粒度与强度的一个途径

石墨直接转化为金刚石的微观机理认为,石墨晶体并不需要拆散成单个原子,就可以整体地转化成金刚石晶体。在一般磨料级生产的工艺中,石墨转化成金刚石的主要方式是直接转变。因此,选用石墨化程度高、晶粒大、晶形较完整缺陷少的石墨,将有可能合成晶粒较大、晶形较好、强度较高的金刚石。本文从实验上证实了这种对应关系,并由此提出提高粒度和强度的一个途径。     

电镀晶种法合成金刚石单晶实验研究

目的寻求一种合成金刚石大单晶的有效方法。方法采用在金刚石单晶上面电镀一层金属镍膜作为触媒,镀有镍膜的金刚石晶种被规则地放在石墨片上预先刻好的洞中,每两个洞之间保持相等的间距,然后与其他石墨片交替组装在高温高压下进行实验合成。结果实验结果表明,在合成压力、温度和时间分别~5.8 GPa、~1 460℃和14 min的条件下,合成后的单晶尺寸约是原晶种的3倍。与传统的合成工艺相比较,合成后的金刚石单晶具有较好的形貌与质量。结论采用电镀晶种法合成对高品级金刚石大单晶的合成具有一定参考意义。     

量子化学从头计算法计算石墨微晶中碳原子的净电荷

采用从头计算法在RHF/STO-3G水平上对石墨微晶中不同位置碳原子的净电荷进行量化计算;研究碳原子的净电荷与炭材料的微观结构变化规律;根据石墨的结构与成键特征,将石墨表面的碳原子分为边缘碳原子与基平面碳原子.研究结果表明：在单碳层及含多层碳的石墨微晶中,不同位置碳原子的净电荷数差别较大;基平面碳原子的电子云密度较小,均带部分正电荷;部分边缘碳原子的电子云密度较大,净电荷为负.随着平行于碳层的微晶尺寸La及垂直于碳层的微晶尺寸Lc的增大,边缘碳原子中电子云密度最大的碳原子所带的负电荷增加.     

基于金刚石热历史的超硬磨具激光增材制造工艺与组织性能优化

超硬磨具激光增材制造过程中,金刚石极易受到激光直接辐照和高温熔池的影响,出现石墨化等热损伤现象.选取典型的金刚石磨具用金属结合剂CuSn10粉末,采用粉末床熔融（Powder Bed Fusion-laser Beam,PBF-LB）技术制备CuSn10-金刚石复合材料;围绕高能激光束和高温熔池两个影响增材制造过程中金刚石颗粒性能的关键因素,以单颗金刚石颗粒为研究对象,通过有限元模拟分析构建金刚石颗粒的温度场模型,反映了金刚石颗粒在PBF-LB中的热演化过程;阐明了PBF-LB过程金刚石的热损伤机制,发现金刚石发生石墨化转变并不是由激光的直接辐照造成的,而是由高温熔池的热影响导致,CuSn10-金刚石复合材料在PBF-LB过程中石墨化的临界温度为1 491.6 ℃. 建立了PBF-LB工艺-金刚石颗粒温度-石墨化程度-摩擦磨损性能的定量关系,发现随着金刚石颗粒温度的增加,其石墨化程度增加,严重损害了复合材料的摩擦磨损性能.     

锂离子电池碳负极中边缘碳及表面碳原子含量的理论计算

通过理论分析与计算得到边缘碳及表面碳原子含量的表达式。分析了石墨微晶结构与成键特征,研究了石墨微晶中边缘碳原子与基平面碳原子的电化学特性。结果表明:边缘碳原子比基平面碳原子更易于与其他原子或基团形成较为稳固的联接,电化学反应活性较高;在首次充电过程中,边缘碳原子附近电解质的分解与SEI膜成膜反应速度较快,有利于形成联接较为紧密的SEI膜;建立了紧密堆砌的正六棱柱颗粒模型,推导出理想石墨中边缘碳原子及表面碳原子含量与微晶参数、颗粒尺寸之间的关系式。通过引入适当因子,修正了实际石墨颗粒与理想石墨在结构、形貌、孔隙率等方面的差别,得到的表达式可适用于石墨、无定形碳及改性碳等多种碳材料碳原子含量的计算。     

硒铟镓银多晶材料的合成研究

根据Ag2Se-Ga2Se3赝二元相图,对AgGa1-xInxSe2按同成分点配料,通过机械和温度振荡的方法合成出AgGa1-xInxSe2多晶材料.并对合成的多晶材料进行了XRD测试,与直接法合成的AgGa1-xInxSe多晶材料进行对比.结果表明,改进工艺后合成的AgGa1-xInxSe2多晶材料的图谱与标准PDF卡片相符,表明其是高纯单相的AgGa1-xInxSe2多晶材料.用新方法合成的AgGa1-xInxSe2多晶材料进行单晶生长,获得了完整的AgGa1-xInxSe2单晶体.实验结果表明,机械和温度振荡法是合成高质量AgGa1-xInxSe2多晶材料的一种有效方法.     

炸药爆轰合成超微金刚石的数值模拟

在相变模型基础上对炸药爆轰过程中超微金刚石的合成进行数值模拟，用简单反应速率函数估算炸药爆轰反应区的热力学参数，用动力学有限元程序DYNA2D模拟爆轰产物的膨胀过程，按均匀成核和长大两步模拟爆轰过程中游离碳相变成金刚石的过程，同时考虑金刚石在爆轰产物膨胀过程中的石墨化。计算了不同装药条件和保护条件下金刚石的成核率，长大线速度，石墨化率，金刚石得率及粒径分布等信息，对计算结果进行分析和讨论。     

复合金刚石薄膜的介电特性

利用热丝大面积金刚石薄膜气相合成（CVD）装备制备了复合金刚石薄膜，并对其表面和断面分别进行了扫描电镜（SEM），原子力显微镜（AFM）和Raman光谱表征，研究了该复合结构的介电性能，利用共振电路测量了高频下薄膜的介质损耗与频率的关系，结果表明，复合结构由普通多晶金刚石薄膜和纳米金刚石薄膜组成，薄膜的表层结构体现了纳 米金刚石的特征，复合金刚石薄膜不仅具有表面光滑的优点，介电性能也接近于常规的多晶金刚石薄膜，是一种较好的电子材料，可应用于金刚石薄膜半导体器件的制备。     

超级电容器用新型微晶炭的结构及其电容性能

以热处理后的煤沥青焦为原料,采用KOH活化法制备了具有较小比表面积(＜200m~2/g)的系列微晶炭.采用N_2吸附、X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)等手段表征了微晶炭的孔结构、微晶结构以及表面化学性质,研究了微晶炭作为超级电容器电极材料在1 mol/L的四乙基四氟化硼酸铵盐/碳酸丙烯酯电解液体系中的电容性能.结果表明:制得的微晶炭具有大量类石墨微晶和较高的石墨化度,d_(002)(晶面层间距)为0.356～0.666 nm,表面含碳量大于95%;活化6 h后,在4.0 V下微晶炭的质量比电容高达139 F/g.微晶炭的储电行为包括插层电容和双电层电容两部分,其中电活化所造成的插层电容是决定微晶炭最终比电容的主要因素,插层电容主要由电极材料的石墨化度决定.     

硼含量对合成金刚石的颜色和热稳定性的影响

研究了金刚石中硼含量对金刚石的颜色和耐热性能的影响。以石墨和触媒粉末作原料,用硼酸作为添加剂,在高温高压下合成出含硼金刚石。用原子发射光谱定量分析法检测金刚石中硼原子的含量;采用动态空气流条件下的热重和差示扫描量热方法对金刚石进行了热稳定分析,用体视显微镜观察金刚石的颜色。结果表明:合成金刚石的初始氧化温度超过840℃,最高达到920℃;1200℃时,热失重率在58%~94%之间,放热峰值在990℃~1135℃之间;随着硼含量的增加,金刚石的颜色由黄变黑,热稳定性提高。当控制硼元素的含量低于30×10-6时,可以合成出热稳定性高的黄色透明金刚石。     

高温高压下石墨变金刚石的结构转化机理

本文从容观事物内部矛盾的斗争及其在特定条件下可以相互转化这一基本观点出发,从分析石墨、金刚石和触媒物质三者的结构和原子间的相互作用入手,提出了一个高温高压下石墨变金刚石的结构转化机理。 本文认为,在一定条件下,石墨中碳原子的sp~2π杂化状态可以转化为sp~3杂化状态,从而使石墨变成金刚石。这就是石墨具有在一定条件下可以转变成金刚石的内在矛盾性,也是结构转化机理的理论基础。由此出发,说明在一定条件下,石墨既可以通过溶解扩散过程,又可以通过直接转变过程转变成金刚石,并给出了在无触媒及有触媒作用的情况下,石墨转化为金刚石的微观机理图象。提出了如何选择触媒与石墨的指导原则。同时还提出了一个在目前生产金刚石常用的合成方法中,如何进一步提高晶粒度和强度的途径。     

磷锗锌多晶合成装置设计研究

研究设计了ZnGeP_2多晶的合成装置,包括合成安瓿,合成炉结构与温场分布。利用自行设计的合成装置,采用两温区气相输运法进行ZnGeP_2多晶合成实验,并对合成的多晶材料进行XRD,EDS和密度测试。结果表明,合成产物为高纯、单相的ZnGeP_2多晶材料,设计的多晶合成装置和两温区气相输运合成工艺适合ZnGeP_2多晶的合成,为高质量ZnGeP_2多晶材料的获得奠定了基础。     

镧对呋喃树脂炭的催化石墨化

报道了镧对呋喃树脂炭的催化石墨化.把氯化镧均匀分散在呋喃树脂中,然后在180℃左右固化,600℃炭化;最后将含有镧的呋喃树脂炭于不同温度下进行热处理.采用X射线衍射分析仪考察镧对呋喃树脂炭的催化石墨化效果,通过Scherrer和Bragg方程分别计算石墨表观微晶尺寸(Lc)和(002)面的层间距(d002);采用扫描电子显微镜观察炭材料的形貌变化.结果表明镧对呋喃树脂炭具有明显的催化石墨化作用;呋喃树脂炭的石墨化度随镧含量的增加而增加,并随热处理温度的升高有明显变化.在2 400℃时,石墨化效果最好,最小d002值为0.336 0nm,相应的石墨化度为93%.炭的催化石墨化机理遵循碳化物分解和碳的熔解析出机理.     

聚乳酸/羟基磷灰石复合材料的研究 Ⅰ.超细微羟基磷灰石的合成及表面处理

采用水热反应法合成了超细微羟基磷灰石（ＨＡ）,研究了晶化时间对ＨＡ微晶尺寸的影响．结果表明,反应时间增长,沿ｃ轴的微晶尺寸略有增大,沿ａ轴的微晶尺寸不变．ＦＴＩＲ分析表明,ＨＡ晶胞中不存在ＯＨ－之间的强烈氢键作用,但支持ＯＨ－与ＰＯ３－４存在弱的氢键的结论．用聚乳酸、棕榈酸、三甲基一氯硅烷分别对ＨＡ进行表面处理,显著改善了ＨＡ粒子在有机介质中的分散性,其中以聚乳酸改性的效果最好     

触媒静压法合成金刚石的机理问题

对太原市晋阳金刚石厂触媒静压法合成金刚石的专用石墨、触媒和合成产物进行了观测。看到有的金刚石生长在石墨中,也有的金刚石生长在触媒上。依照扫描电镜的形貌观察,我们认为,此种材料和工艺生产的金刚石,其形成机理是“直接转化说”、“溶剂说”二者都符合。文章的最后还提出了我们的工艺改进意见。     

聚乳酸／羟基磷灰石复合材料的研究：I.超细微羟基磷灰石？…

采用水热反应法合成了超细微羟基磷灰石（ＨＡ）,研究了晶化时间对ＨＡ微晶尺寸的影响。结果表明,反应时间增长,沿ｃ－轴的微晶尺寸略有增大,沿－α－轴的微晶尺寸不变。ＦＴＩＲ分析表明,ＨＡ晶胞中不存在ＯＨ＾－之间的强烈氢键作用,但支持ＯＨ＾－与ＰＯ４＾３－存在弱的氢键的结论。用聚乳聚、棕榈酸、三甲基一氯硅烷分别对ＨＡ进行表面处理,显著改善了ＨＡ粒子在有机介质中的分散性,其中以聚乳酸改性的效果最好。