《爆轟法多晶金剛石生成機理研究》是依託北京理工大學，由仝毅擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：爆轟法多晶金剛石生成機理研究
- 依託單位：北京理工大學
- 項目負責人：仝毅
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
爆轟法多晶金剛石（DPD）生成機理研究的是炸藥中的碳和外加石墨碳在爆轟過程中的行為狀態和轉變為金剛石的細觀相變歷程，對揭示這一方法的理論實質，促進其完善與發展十分重要。主要研究內容包括：①外加碳源特性對炸藥爆轟性能的影響、能夠生成DPD的熱力學和動力學條件及與碳相圖的關聯；②炸藥中的碳和外加的石墨轉變為DPD的相變類型和關係；③在爆轟過程各階段來自炸藥的游離碳和外加碳的存在狀態；④DPD主要在爆轟過程的哪個階段生成；⑤DPD的特殊形貌及其顆粒度分布的成因；⑥對DPD生成中關鍵條件的最佳化。本項目擬採用實驗和模擬的手段，通過對爆轟原材料、爆轟產物和爆轟過程的測試分析，在現有成果的基礎上，借鑑爆轟法納米金剛石和衝擊波法金剛石合成機理的研究方法和經驗，提出合理的DPD相變模型和有說服力的生成機理描述。藉此促進爆轟理論發展，提升DPD製備技術水平，為加強我國 LED、LCD、光通信等新興產業做貢獻。
結題摘要
直接爆轟法合成金剛石的機理研究較少，對於技術進步和套用具有實際意義，採用實驗和模擬開展了研究。I．通過對不同晶態的碳源和爆轟合成的金剛石的結構和形貌分析發現：結晶完整的石墨生成的金剛石中同時存在立方和和六方兩種晶型，而無定型碳和微晶碳則生成單一立方晶型的金剛石，其晶粒度的與微晶的結晶完整程度相關。外加碳源的顆粒度和含量影響DPD的顆粒度分布、形貌和轉化率，而且粒度對DPD轉化率的影響要遠大於含量。在用炸藥RDX和HMX與石墨配合的實驗中得到了相應的DPD生成的溫度壓力條件。II． 從不同晶態的碳源合成得到的產物金剛石的結構特點可以判斷出，DPD中的碳是來自外加碳源，在沒有外加碳源純RDX爆轟條件下不能得到DPD。從石墨與DPD顆粒度的關聯結果可知，DPD的顆粒度分布主要取決於石墨的顆粒度，聚晶形貌在於大顆粒石墨的原位相變和小顆粒石墨的相變和聚結過程。RDX中少量的未被氧化的碳會以無定型碳的形式存在於爆轟產物中。III．根據傳統碳相圖和基於尺度效應的爆轟納米金剛石（DND）的碳相圖，外加碳源在炸藥爆轟的壓力和溫度條件下主要發生原位相變，其中小顆粒的石墨顆粒要經歷熔化聚結過程；非晶態的碳源則要經過游離和融聚過程，應以擴散相變為主，形成聚晶金剛石。IV．外加碳源完整晶態的以發生原位相變為主，無定型的碳源以擴散相變為主；由於在炸藥爆轟波作用下，外加碳源要經歷微細化過程，由於小尺寸效應導致熔點降低，在爆轟熱力學條件下融聚長大，相變形成無規則的聚晶金剛石形貌；寬顆粒度分布主要是在以石墨為碳源的前提下。V．在炸藥爆轟的反應區和膨脹區的起始段為外加碳源相變生成金剛石的階段，膨脹階段後期則是金剛石的石墨化區，最後得到DPD的量取決於兩個階段的相變的共同結果。VI．影響DPD合成的關鍵因素首先是炸藥爆壓和爆溫，從RDX何HMX炸藥與石墨體系的實驗得出，爆壓和爆溫的起始點分別在12Gpa和2000K，越高越好；外加碳源的結晶程度要儘量高，顆粒度要結合炸藥粒度考量；當然保護介質必不可少。
