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第18卷第4期1999年8月电 子 显 微 学 报Journa l of Ch i nese Electron M icroscopy Soc iety Vol -18,No 141999-08文章编号:100026281(1999)042043820442爆炸法合成纳米金刚石微粒的结构研究徐 洮1,2 赵家政1,2 徐 康1(1 中国科学院兰州化学物理研究所固体润滑开放实验室,兰州730000)(2 中国科学院北京电子显微镜实验室,北京100080)摘 要:利用负氧炸药爆炸法合成的纳米金刚石是一种较新的具有实用前景的纳米材料。
本文应用T E M 、HR E M 及XRD 研究了TN T RDX 炸药在密闭容器中爆炸后得到的固体产物,得到的结果可明确表明:在爆炸产生的高压和高温下,炸药分子的一部分碳可转化为尺寸为3～10nm 左右的球状纳米金刚石微粒,同时有弯曲的片状石墨和非晶态碳小球生成。
并对纳米金刚石微粒的生成机理进行了初步探讨。
关键词:炸药爆炸;合成金刚石;T E M ;HR E M分类号:O 38;TQ 16418;O 766 文献标识码:A 收稿日期:1997207221;修订日期:1997209210利用炸药的爆炸能实现物质的转化或相变,是近年来逐渐受到重视的一个领域。
利用负氧炸药爆炸法合成的纳米金刚石是一种较新的、具有实用前景的纳米材料[1～3]。
这种金刚石微粒是在高速度和远离平衡状态条件下生成的,使其具有一系列特殊的物化性质,可形成高度缺陷的金刚石结构[4～6]。
由于炸药爆炸的化学反应过程是速度极快而且相当复杂的,要对爆炸中炸药分子分解和反应过程进行在线分析十分困难[2],因此,本文应用T E M 、HR E M 及XRD 对TN T RDX 炸药爆炸后的固体产物进行了研究,并对纳米金刚石微粒的生成机理进行了初步探讨。
实 验纳米金刚石微粒是通过炸药在密闭容器中爆炸合成的,所用炸药为注装TN T RDX 5050,药量为80～90g ,在一个约80L 的高压容器中进行爆炸。
炸药爆轰纳米金刚石的制备和应用1 引言文章综述了利用负氧平衡含碳炸药制备纳米金刚石粉的研究和开发工作进展情况。
此方法是80年代未发展起来的人工合成金刚石的新方法［1，2］，其产物(纳米金刚石)是合成金刚石的一个新品种，用这种方法制备的纳米金刚石粉主要性质［3，4］如下：(1)X-射线衍射(XRD)谱上只有立方晶系金刚石的三个特性谱线，没有出现其他杂质谱线；因此，金刚石相的纯度在95%以上。
(2)透射电子显微镜照片(图1)表明，其基本颗粒为直径5nm～15nm的微球，聚集成微米尺寸的聚集体。
图1 纳米金刚石粉及其团聚体的实用文档透射电子显微镜照片(放大倍数40万倍)（a）纳米金刚石粉；（b）团聚体(3)密度为3．26g.cm－3～3．43g.cm－3；比表面积240m2.g－1～450m2.g－1。
(4)红外光谱图表明这种金刚石表面有多种含氧功能团，所占面积可达颗粒表面的10％～20％，因此这种产物属于类金刚石。
(5)元素组成见表1。
表1 类金刚石元素组成元素C H N O 含量×10084～900．5～0．61．5～2．0其余图2 TNT／RDX、TNT／HMX、TNT／PETN混合物中TNT含量对金刚石收率的影响实用文档图3 TNT／RDX混合物中RDX含量对黑粉中金刚石含量和金刚石颗粒平均直径（d cp）的影响图4 装药形状和冷却水厚度对黑粉中金刚石含量的影响图5 装药质量和冷却介质对黑粉中金刚石含量的影响实用文档图6 混合装药结构(2)炸药用量Q（单位kg）与爆炸容器体积V（单位m3）的关系以Q＝0．5V 为宜。
(3)冷却介质对在爆轰区内生成的含金刚石固体爆轰产物起着“淬火”作用。
较好的冷却介质有气体二氧化碳和液态水两种，其结果见图5和表2［8］、表3［8］。
2 制备方法及其影响因素这种纳米金刚石粉的制备方法较简单，主要工艺流程：将TNT／RDX混合炸药放在充有惰性介质(例如水或CO2）的密闭爆炸容器中进行爆炸，即可收集到黑色的固体爆轰产物(黑粉)，经过纯化，除去其中的杂质和非金刚石碳，即可得到浅灰色的纳米金刚石粉。
文章编号:1001-9731(2000)01-0056-02爆轰合成纳米超微金刚石的提纯方法研究Ξ陈鹏万,恽寿榕,黄风雷,陈 权,仝 毅(北京理工大学机电工程系,北京100081)摘 要: 用炸药爆轰的方法制备了纳米超微金刚石,分别用HCI O4、H2SO4+K2Cr2O7以及H2SO4+K MnO4等多种方法对纳米超微金刚石进行了提纯研究。
用X射线衍射、差热和热失重对不同提纯方法得到的超微金刚石进行了分析。
结果表明, H2SO4+K MnO4提纯是一种高效、经济、安全、污染小、投资少的提纯新方法。
关键词: 爆轰;超微金刚石;提纯中图分类号: T N304.180.521 引 言纳米超微金刚石(Ultrafine Diamond,简称UFD)的爆轰合成是近十几年发展起来的新技术。
它是利用炸药爆轰产生的瞬间高温(2000～3000K)、高压(20～30GPa)使炸药中的碳转变成纳米金刚石。
UFD平均粒径4～8nm,是目前所有方法中得到的最细的金刚石超微粉。
UFD兼具金刚石和纳米颗粒的双重特性,在电镀、润滑和精抛光等领域具有广阔的应用前景,对它的合成机理、性质表征和应用的研究正在深入。
在UFD的制备中,提纯工艺最为复杂,提纯费用通常占总成本的60%以上,这也是制约UFD大规模生成和应用的一个主要因素。
目前UFD的提纯是通用的酸洗氧化去除石墨和无定形碳等杂质分离出金刚石的方法,氧化过程采用高强酸(HClO4、H2SO4、H NO3等)[1,2]。
文献[3]报道了用H2O2+少量H NO3高温(150℃～260℃)、高压(3MPa～10MPa)的提纯方法。
比较先进的是俄罗斯圣彼得堡工学院采用的稀H NO3高压(8MPa～12Mpa)提纯的方法,这种方法已经在工业化生产中得到了成功的应用。
用浓的高强酸提纯得严重缺陷是提纯过程中产生的废酸和NO、NO2、Cl2等有毒气体对环境的污染严重,而且一部分高腐蚀性物质(如HClO4)还有爆炸危险,提纯过程中存在不安全因素。
2014年第2期甘肃石油和化工2014年6月爆轰法制备纳米超微金刚石的最新进展刘世杰（甘肃兰金民用爆炸高新技术公司，甘肃兰州730020）摘要：近年来，纳米金刚石性质的研究和功能开发利用已经成为热门，但由于我国在该领域的研发起步晚、条件差等客观因素的存在，虽取得了一些成绩，但是与其它国家相比，依然整体处于落后水平。
本文主要综述了爆轰法合成纳米超微金刚石的发展历程、制备方法、工艺条件、发展趋势并对存在的一些问题提出了建议。
关键词：炸药；爆轰；纳米金刚石；石墨；发展前景1前言纳米超微金刚石（Ultrafine Diamond，缩写为UFD）是一种颗粒尺寸和形状特异的工业金刚石，这类金刚石的颗粒尺寸在0.5-10.0nm之间，平均尺寸为4-5nm，大部分颗粒尺寸在2-8nm之间［1］。
UFD既有金刚石的特性，又具有纳米材料的特性，因此它的应用领域极其广泛。
目前，人们对纳米材料的研究已经渗透到许多研究领域。
纳米结构材料的研究已成为跨世纪材料学的研究热点，这种材料被誉为“21世纪最有前途的功能材料”。
通过结合应用需求进行金刚石颗粒与形貌的再加工、表面官能化，实现颗粒在应用介质中的均匀与稳定分散，是金刚石纳米晶的应用基础。
在这个基础上开展研究，有利于发挥金刚石粉体的优良性能，并推动这种粉体材料在高端技术领域的应用。
纳米金刚石在高强、耐磨纳米复合材料，高精密研磨抛光，纳米流体，纳米润滑和生物医药等领域都有较好的表现。
它的制备技术有石墨高压相变法、等离子体化学气相沉积法［2］、冲击波压缩技术、催化热解法、静态高压高温合成法、动态超高压高温合成法、低压气象沉淀法以及20世纪80年代新出现的炸药爆炸法。
2爆轰法制备纳米超微金刚石2.1爆轰法制备纳米超微金刚石爆轰合成纳米金刚石通常采用梯恩梯（ＴＮＴ）和黑索金（ＲＤＸ）炸药为原料，并在１个充有惰性介质的密闭容器中进行爆轰反应，使未被氧化的自由碳原子在瞬时超高温高压作用下转变为纳米金刚石。
人造金刚石的生产、市场、趋势及新生产工艺扈楠021131021由于有些矿物在自然界产出较少，不能满足工业生产的需要，从19世纪四十年代开始了人造矿物的研究。
许多人造矿物的性能已接近或超过相应的天然矿物，有些人造矿物可以代替某些天然矿物，成本比开采天然矿物的成本还低，并且可以控制矿物的质量和大小。
所以人造矿物的研究和生产发展很快。
金刚石以其最大的硬度、半导体性质以及光彩夺目的光泽，分别应用于钻头切割、电子工业和宝石工业上。
故人造金刚石的意义显得尤为重大。
人造金刚石是用超高压高温或其他人工方法，使非金刚石结构的碳发生相变转化而成的金刚石。
与天然金刚石相比，它具有生产成本低，应用效果好的优点。
由于非金属材料和其他硬脆材料，如大理石、花岗石、耐火材料、玻璃、陶瓷、混凝土等加工工业的发展，对锯片、钻头用金刚石质量的要求越来越高，需求量越来越大，目前世界上工业用金刚石的８５％以上已由人造金刚石代替。
１生产状况目前世界上生产人造金刚石的国家主要有：美国、南非、爱尔兰、瑞典、英国、德国、俄罗斯、乌克兰、亚美尼亚、日本、中国、罗马尼亚、波兰、捷克、朝鲜、希腊、印度等近２０个国家。
世界人造金刚石的产量为７～１０亿克拉，其中年产量在１亿克拉以上的国家有美国、英国、俄罗斯等。
我国人造金刚石年产量２亿克拉以上，居世界第一位。
世界人造金刚石产量年增长率为８％～１５％。
美国的ＧＥ公司、英国的ＤｅＢｅｅｒｓ公司和德国的Ｗｉｎｔｅｒ公司是目前世界上生产人造金刚石的三大集团，垄断着世界人造金刚石的生产技术和消费市场，代表着世界人造金刚石的发展方向。
ＧＥ公司１９５５年首先宣布人工合成金刚石的工业方法，且曾一度在单晶工艺方面处于领先地位，目前与其他两家公司相比，该公司的聚晶技术更为先进，年产量达１．６５亿克拉，所采用的压机吨位一般在３８～１００ＭＮ之间。
ＤｅＢｅｅｒｓ公司１９８７年合成出世界上最大的宝石级单晶体（１１．１４克拉）和工业级单晶体（重１４．２０克拉），１９９２年又创造了合成重量３９．４０克拉的工业级单晶金刚石的世界纪录。
