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不同类型碳源爆轰合成聚晶金刚石特性研究

2021-01-12张世潇商士远黄风雷

兵器装备工程学报 2020年12期

张世潇,仝 毅,商士远,黄风雷

(北京理工大学 爆炸科学与技术国家重点实验室, 北京 100081)

金刚石具有超硬、耐磨、热敏等许多优异性能,广泛应用于工业生产。但天然金刚石数量有限,成本高昂,因此人们研究人工合成金刚石。自从20世纪50年代,人们首次合成了人造金刚石[1]以来,经过多年的发展,如今已经形成了以静态高温高压法[2-3],低压化学气相沉积法[4-5],激光诱导法[6],动态超高压高温合成法为代表的人造金刚石的研究和生产体系。其中动态高压高温法主要是利用炸药爆炸时产生的巨大能量或高温高压环境合成金刚石,包括飞片冲击法[7],爆轰产物法[8],直接爆轰法[9]等。1982年前苏联科学家Staver等[10]首次使用爆轰产物法,利用负氧平衡炸药爆轰合成了纳米金刚石。之后人们又发展了直接爆轰法,它将外加碳源与高能炸药混合,利用炸药爆炸瞬间产生的高温高压条件使外加碳源相变为聚晶金刚石,通过爆轰法得到的聚晶金刚石简称DPD(detonation polycrystalline diamond)。在爆炸产生的极端环境条件下,金刚石成核的临界直径很小,碳源会大量成核、聚结从而形成微米级的DPD。聚晶金刚石具有许多单晶金刚石所不具有的性能,如冲击韧性,可加工性,自锐性等,因此在许多领域中得到了广泛的应用。

目前多以石墨作为外加碳源,采用直接爆轰法对聚晶金刚石进行工业化生产,但对于其他类型外加碳源的研究较少,自然界中存在大量植物,利用干馏秸秆合成聚晶金刚石的研究还少……

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