就爆轟合成超細(xì)金剛石的機(jī)理進(jìn)行探討:1)傳統(tǒng)的碳相圖已不能作為爆轟合成過程的依據(jù);2)由于存在等離子體——晶體的直接相變,整個(gè)過程可能有幾種相變作用共存;3)爆炸容器中的介質(zhì)對(duì)產(chǎn)物有重要的影響。最后,提出了對(duì)整個(gè)問題進(jìn)行研究所應(yīng)遵循的規(guī)律。
爆轟合成金剛石是利用炸藥爆炸產(chǎn)生的高溫,高壓條件使碳原子重新排列成金剛石相的技術(shù)。它又分為摻石墨或其它含碳物質(zhì)和直接利用炸藥本身的碳元素兩種技術(shù)途徑。摻碳法獲得金剛石粉粒徑為0.01—10μm,粒度分布廣;而利用炸藥本身的碳合成金剛石粉是利用炸藥負(fù)氧平衡反應(yīng)中未及氧化的碳原子重新聚集,排列形成金剛石的,這樣獲得的產(chǎn)物粒度分布集中(5—8nm),可作為合成納米材料的原料,我們所指的爆轟合成超細(xì)金剛石就是這種反應(yīng)。爆轟合成UDD技術(shù)從60年代開始發(fā)展至今仍處在研究階段,其制備過程大致是這樣的:混合炸藥在充以保護(hù)性氣體的密閉容器中爆炸,充保護(hù)氣的目的是防止剛生成的類金剛石物質(zhì)被氧化并減弱其石墨化;爆炸后收集的致密相回收物先過篩除去雜物,然后用高氯酸和硝酸的混合物進(jìn)行凈化,除去石墨和碳黑;傾去酸液,如需要除去硅雜質(zhì)還要經(jīng)堿或氫氟酸處理;再經(jīng)多次反復(fù)洗滌,最后通過離心機(jī)分離,烘干得到純度可達(dá)80%的金剛石粉體,整個(gè)過程按炸藥重量計(jì)算的得率可達(dá)8%。盡管爆炸合成UDD已有一定的技術(shù)積累,但在原理的認(rèn)識(shí)上仍然比較模糊。目前,主要的理論有兩種,一種認(rèn)為,爆轟合成UDD要經(jīng)歷以下的轉(zhuǎn)變過程,炸藥分子在爆轟反應(yīng)區(qū)首先分解成各種原子,然后多余的碳原子彼此結(jié)合成金剛石相原子團(tuán),再轉(zhuǎn)變成高溫,高壓下熱力學(xué)穩(wěn)定的金剛石微粒,爆轟產(chǎn)物中的石墨則是由于部分金剛石在臺(tái)勞稀疏區(qū)的石墨化造成的。另一種認(rèn)為,金剛石相的生成是由爆轟反應(yīng)區(qū)中最初的類氣態(tài)自由碳的高溫,高壓下由于過飽和而凝聚成碳液滴,碳液滴再結(jié)晶成金剛石晶體。