碳纳米葱(OLC)与微米金刚石(MD)烧结制备纳米聚晶金刚石复合材料(nPCD)的表征分析

在4~6GPa/1000~1400℃/5~30min条件下,用微米金刚石(MD)和碳纳米葱(OLC)混合物作为原材料制备了纳米聚晶金刚石(nPCD)复合材料。采用XRD、FESEM、HRTEM、Archimedes原理和Vickers硬度计表征了nPCD复合材料的组成、形貌、微观结构、密度和硬度。研究了MD和烧结参数对nPCD复合材料的组成、微观结构、性能。结果表明,MD在nPCD复合材料中分布均匀。MD作为晶核促进OLC向金刚石的转换。烧结压力的增加提高了nPCD复合材料的密度和硬度。当烧结压力从4GPa提高到6GPa时,nPCD复合材料的密度从2.72g/cm^(3)增加到3.02g/cm^(3),硬度从41.85GPa增加到56GPa。提高烧结温度和延长保持时间使nPCD复合材料的密度和硬度先升高后降低。在nPCD复合材料中nPCD区域具有孪晶结构。孪晶结构的存在提高了nPCD复合材料的硬度。

纳米聚晶金刚石的高压高温合成

利用自行研制的二级大腔体静高压装置,通过高温超高压下石墨向金刚石的直接转变,合成出了纳米聚晶金刚石块体材料。合成压力约为17GPa,温度约为2300℃。微区X射线衍射分析表明,石墨转变成了立方相的金刚石。扫描电子显微镜及X射线全谱拟合分析显示,合成出来的金刚石晶粒尺寸约16nm。压痕法测得的样品维氏硬度为100GPa以上。

纳米聚晶金刚石的研究进展

纳米聚晶金刚石(NPD)是由石墨在高温高压下直接转变而成的,具有良好的热稳定性、耐磨性、高于金刚石单晶的硬度,同时具有金刚石单晶所不具备的各向同性。NPD优良的力学性能及纳米尺度的微观结构又使其具有极高的加工精度和使用寿命,因而应用领域广泛。文章综述了NPD国内外最新的研究进展,重点论述了NPD的制备和结构性能,并在最后对NPD存在问题和发展方向进行了阐述和展望。

在多壁碳纳米管表面高压生长纳米聚晶金刚石纤维

在压力5.8 GPa、温度1500℃、烧结时间1 min条件下,以3%(质量分数)的碳纳米管作为添加剂,在金刚石-钴-碳纳米管烧结体系中发现了碳纳米管表面生长的由纳米颗粒形成的纤维.用酸碱将样品处理前后的SEM观察发现,该复合纤维的外层为纳米聚晶金刚石.EDS、XPS、XRD和拉曼光谱分析进一步证实,复合纤维的内层为多壁碳纳米管、外层为纳米聚晶金刚石.在此基础上提出,在高温高压下未转变的CNTs可能对外层再生长纳米金刚石起模板作用.

爆轰烧结氧化铝黏结型纳米聚晶金刚石微粉

爆轰烧结氧化铝黏结型纳米聚晶金刚石微粉,并用热重分析仪、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射仪分析其热稳定性、形貌、晶体结构等。发现:聚晶粉体在空气中热稳定性良好,没有明显金刚石氧化现象;且粉体分散性较好,分散粒度在0.5~0.7μm之间。聚晶金刚石粉体由粒径100~200 nm的大颗粒聚集而成,而大颗粒是由2~10 nm纳米金刚石颗粒经氧化铝紧密黏结而形成的聚集体。

高温高压下透明纳米聚晶金刚石的合成与微观形貌

透明陶瓷是一种具有广泛应用前景的新一代无机非金属材料,而透明纳米聚晶金刚石具有极高的硬度和良好的透光性,是透明陶瓷中极具代表的典型材料之一。本工作介绍了一种在高温高压条件下制备的超硬透明陶瓷—纳米聚晶金刚石,并对其性能进行了X射线衍射、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、Raman等测试分析。结果表明:高温高压法是一种制备高性能透明陶瓷的有效途径,石墨原材料可在15 GPa、2 600℃、保温1 min条件下转变为透明的纳米聚晶金刚石。同时,样品腔的温度梯度导致样品透明度不均匀,温度的升高有利于增加纳米聚晶金刚石的透明度。形貌测试分析结果表明样品存在马氏体相变的层状结构和扩散型相变的均匀颗粒结构,层厚和晶粒尺寸均约为100 nm。高压和应力导致样品内部出现部分位错,有助于提高样品的力学强度。纳米聚晶金刚石作为硬度最高的透明陶瓷,有望在极端条件下的特殊光学窗口等领域得到广泛应用。

氮气对MPCVD法金刚石薄膜性能的影响

在CH4和H2的混合气体中，加入N2，并不断改变其含量，用微波等离子体化学气相沉积（MPCVD）设备制备了金刚石薄膜。利用扫描电镜观察薄膜的表面形貌，用X-ray衍射方法进行物相鉴定，用Raman光谱分析薄膜的纯度。结果表明：氮气含量不同，薄膜的沉积情况也不同，由于氮气含量的变化，薄膜沉积过程中形成一种纳米聚晶金刚石薄膜，本文从氮离子轰击和晶粒生长的角度分析了氮的添加对所制备的金刚石薄膜性能的影响。