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C-N超硬材料的爆炸冲击压缩合成研究

陈翠翠  
【摘要】: 作为理论预测的新材料,氮化碳可能具有优异的力学、电学和光学性能,其合成和性能的研究引起了各国研究人员的广泛关注,已合成了具有独特性能的氮化碳。其高硬度、低摩擦系数、良好的耐磨性、较好的光学性质等对氮化碳在广阔领域里的应用提供了坚实的基础。本文概述了十年来碳氮化合物在理论预测和实验研究方面的进展。本论文采用爆炸冲击压缩处理方法,探索了碳氮化合物的合成途径;借助X射线能谱、X射线衍射、扫描电镜和红外光谱等手段,对所获得的碳氮粉末进行了成分、晶体结构、价键结构等性质的分析。 为了合成理论预测存在的高密度氮化碳相,本论文在自行设计加工制造的爆炸装置中,以晶态的双氰胺、富氮的5-氨基四氮唑和不含氢的材料作为三组前体,以黑索今作为爆炸实验的能量基元,在6~18 GPa的冲击压力范围内进行了一系列爆炸冲击回收实验。回收产物的红外吸收图谱表明,本论文实验的三组目标产物中均含有C-N键,没有发现C≡N键和C=N键;产物的X射线衍射数据分析表明,产物主要为α-、β-C3N4,并可能含有极少量的CNx和石墨相C3N4。产物的扫描电镜照片和能谱分析可知,产物中存在类似六棱棒状的晶体颗粒,与资料报道β-C3N4晶体形貌类似;能谱分析表明,本试验目标产物的组成元素中含有C、N元素,但其余杂质偏多。根据实验结果可以认为,氮化碳复合相的形成是前体有机分子在瞬态的冲击波化学反应后,经历了极高速的冲击淬火过程(约109 K/ s) ,作为一种高压亚稳相而被保存下来。 炸药爆炸冲击压缩富氮的有机物前体,是合成氮化碳相的一种新方法。


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