爆炸法超细金刚石的制备和应用进展
爆轰产物法合成纳米金刚石研究现状

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卷 第 3期
20 0 2年 9月
矿 冶 工 程
M I NG NI AND ETALLURGI M CAL ENG咖 ERI NG S p e fe 0 2 e tn  ̄r2 0
爆 轰 产 物 法 合 成 纳 米 金 刚 石 研 究 现 状
sx e o a in wa e iwe n t i a e .I s p i e u h tt e k yf co s ifu n i ec s d c mme c a p lc to i’ d tn to s r ve d i h sp p r ti ont o tta e a t r n l e cng t o ta o e d h h n r ila p i ai n
Ab ta t h u rn tt fme h im, rp rt na d p et so e u rf eda n ( F sr c :T ec re t aeo c a s pe aai mp ri f h h a n imo d U D)snh szd b h x l— s n o n e t i y te ie ytee po
W ANG ic n, Ba — hu ZH U n - i CHEN —a g,XU a g y g, Yo g we , Lifn Xi — a n n SHEN a g q a Xi — i n n
( h n sa R s r ntueo nn n tl ry, h n sa 4 0 1 , n n, hn C a gh e ac Istt fMii a dMe l g C a gh 10 2 Hua C i e h i g au a)
的 关 键 在 于 爆 轰 产 物 的 纯 化 和 分 散 。强 调 改 变 工 艺 条 件 和 对 金 刚 石 表 面 改 性 可 得 到 不 同 需 要 的 纳 米 金 刚 石 产 品 。 关 键 词 : 米 金 刚 石 ;爆 轰 ;合 成 纳
爆轰法制备纳米超微金刚石的最新进展

炸药爆 炸 法是 新兴 的纳米 金 刚石合 成 方法 。目前 , 金 刚 石纳 米颗 粒 粉体 工业 化规 模 合成 的方 法 有: 静 压 合成 金 刚石 单 晶粉 碎 、 动 压 冲击 合成 金 刚石 聚 晶 和爆 轰法 合 成 纳米 金 刚石 团簇 。爆 轰法 合
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 ( T N T ) 和黑 索 金 ( R D X) 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 。陈 鹏万 等 【 3 ] 采用 注 装 T N T / R D X( 5 0 / 5 0 )  ̄ 合 装药 , 爆 炸前 在 爆 炸容 器 中 充惰 性保 护 气 体或 者 在 药 柱外 包 裹 有 保 压 和 吸热 作 用 的 水 、 冰 或 热 分解 盐 类 , 收 集 爆 炸 后 得 到 的黑 粉 , 用 强 氧 化剂 除去 其 中的石 墨 、 无定 型碳 等 非金 刚石相 杂 质 , 清洗 、 烘 干后 便 可得 到 浅灰 色 纳米 金 刚石 粉末 ( U F D) 。利
2 0 1 4 年 第2 期
甘 肃 石 油 和 化 工
2 0 1 4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 7 3 0 0 2 0 )
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
爆轰技术在纳米碳材料制备中的应用进展

关键词 : 爆轰技术 ;新型纳米 材料;纳米碳材料制备 ; 综合述评
中 图 分 类 号 : D 3 . ; B 8 T 254T 33
文 献标 识 码 : A
THE I US NG RoCES P S OF DETONATI oN TECHNI QUE
I PREPAR AT I N oN oF NA N o— CA RBO N A TERI LS M A
Com pr he i e iw e nsve r v e
1 引 言
近二 十多年 来 , 由于材 料表 征能 力 的提高 , 使人 们 可 以直接 观察 到 纳米 材 料 的结 构 与形 貌 特 征 , 这 为纳 米 材 料 的 兴 起 与 蓬 勃 发 展 奠 定 了 基 础 。如 18 9 5年美 国赖 斯 大 学 教 授 S l y与 同 事 C r 以 mal e ul
炸 药在爆 轰 时没有 被 氧化 的碳原 子 , 经过 聚集 、 品化
等 一 系 列 物 理 化 学 过 程 , 成 纳 米 尺 度 的 碳 颗 粒 集 形
团 , 中包括 金刚 石相 、 墨相 和无 定形 碳 。用 氧化 其 石
剂 除 去 非 金 刚 石 的 碳 相 , 得 到 纳 米 金 刚 石 。 这 种 就 方 法 制 备 的 纳 米 金 刚 石 具 有 金 刚 石 和 纳 米 材 料 的 双
3 爆 轰技 术在纳 米碳 材料 中的应 用领域
3 1 爆 轰 制 备 纳 米 金 刚 石 .
质 的密闭 容器 中进 行 爆 轰反 应 , 未被 氧 化 的 自由 使
碳 原 子 在 瞬 时 超 高 温 高 压 作 用 下 转 变 为 纳 米 金 刚
石 。陈鹏 万等 采用 注装 T NT/ X( 0 5 ) 合 RD 5 / 0 混 装药 , 爆炸 前在爆 炸容 器 中充惰 性 保 护 气 体 或 者 在 药柱外 包裹 有保 压 和 吸 热作 用 的水 、 或 热 分 解 盐 冰
炸药爆轰法制备纳米金刚石

关键词 : 金刚石 ; 制备 ; 炸药爆轰 ; 应用
中图分类号 : TQ 560. 71
文献标识码 : A
1 引 言
利用负氧平衡含碳炸药 ,或其它含碳添加物的炸 药 ,使其在一个充有惰性介质封闭爆炸容器内爆炸 ,以 生成纳米尺寸的金刚石颗粒 。这种方法无论在原理上 还是在制备工艺上 ,都不同于由石墨相变生成金刚石 的爆炸冲击法 。前者是化学反应过程 ,而后者是相变 过程 。这是 80 年代后期出现的制备金刚石的新方法 , 其产品 ———纳米金刚石是合成金刚石的一个新品种 。
制备产物的主要参数有 : 相对于炸药用量 ( me) 的 黑粉 收 率 m1 ( mc/ me ×100 % , mc 为 得 到 黑 粉 的 质 量) ,金刚石的收率 m2 ( md/ me ×100 % , md 为得到金 刚石的质量) ,以及金刚石在黑粉中的含量 m3 ( md/ mc ×100 %) 。
Hale Waihona Puke 表 1 TNT 与 RD X、HMX 的混合物组成对金刚石收率和粒度的影响 Table 1 Effect of the composition of TNT with RD X or HMX on the particle size and yield of diamond
炸药组成
TNT
90/ 10
常用的冷却介质有二氧化碳和水 。二氧化碳气体 填充到较高压力时得到的结果较好 ,但装药重量大于 0. 1kg 时最好不要采用 。当使用水为冷却介质时 ,有 三种作法 : 水套法[11 ] 、水下法[4 ] 、注水法[12 ] 。用水作 冷却介质的制备方法已用于试生产[8] 。 2. 3 爆炸室
炸药爆炸应在含有冷却介质的密封爆炸室内进 行 ,以便收集含有纳米金刚石的固体爆轰产物 。常用 的爆炸室是容积 ( V) 为 0. 2~3m3 的钢制厚壁罐体 ,进 行爆炸的炸药所占体积不超过 0. 5 V [13] 。
爆炸法合成纳米金刚石微粒的结构研究

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

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。
爆轰合成纳米超微金刚石的提纯方法研究

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。
爆轰法制备纳米超微金刚石

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。
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滑油添加 剂 、 发射材 料 、 物载 体等 , 而 越 场 药 从
来 越 受 到 人 们 的关 注 。
图 1 动 高 压 法 合 成 金 刚石 流 程 示 意 图
每次用药 4 7吨 , . 但金 刚石得 率 比较低 。颗粒 度 1 21 ~ 0x m的产 品售价 高达 1 0美元/ 克拉 , 产 品品牌 为 Myoe ,19 plx 9 9年杜 邦公 司的金 刚石
Ab t a t Th a e r s n s a v r iw n t e man tc n q e fp e a i g s p ri e d a sr c e p p rp e e t n o e ve o h i e h i u s o r p rn u efn i—
的初级产 品是 金 刚石 和大 量 杂质 形成 的混合
2 0
・
超 硬材料 合 成现 状 、 艺及技 术 ・ 工
《 工
业
金
刚 石 》
第 1— 2期
要用于制 备复合 材料 、 抛光 材料 、 复合 涂层 、 润
动压法相对于静压法 的热力学条件 主要 区 别在于压力 , 前者压力在 3 6 P , 0~ 0G a 而后者仅
第 1 2期 —
・
超 硬材料 合成现 状、 工艺炸 法超 细金 刚石 的制备 和应 用进展
21 0 0年 6月
爆 炸 法超 细 金 刚石 的制 备和 应 用进 展
仝 毅 黄 风 雷
爆 炸科 学与技 术 国家重 点 实验 室 北 京理 工 大 学 10 8 00 1
以又统称爆炸法 。是利用炸药爆炸产生 的瞬态 高温高压热力 学条件 , 以一定 方式组 成 的碳 使 源发生相变生成金刚石 , 或使用负氧平衡炸药 , 在爆轰条件下产生 的游离碳 经过 聚结 、 变和 相
晶化 过 程生 成 金 刚石 。经 过爆 炸过 程 之后 得 到
超微金刚石 ( F U D—ut f eda o d ,超分散 la n i n ) ri m 金刚石( D u rdaesdda od , U D— hai r i n ) 聚晶金 p e m
业 务 被 瑞 士 收购 , 品牌 成 为 Myoim n 。 E本 pda od t
住友公 司也采用杜邦 的专利生 产。颗 粒形貌呈 砾石状 , 经过浑 圆化处理后成为市售 产 品, 图 如 1 示 。通 过 电镜 观 察 可 见 其 典 型 的聚 晶结 所 构, 每个金 刚石颗 粒是 由纳 米尺 度 的类 球 形小
ec n e,a p iai n sau n o e r u d f rv ro s s n h tzn t o s p lc to tt s a d fr g o n o a i u y t e ii g meh d .
Ke r s d a n y wo d imo d e p o in x lso s p ri e p e a ai n u efn r p r t o
物 , 中的主要杂质是 石墨 、 定形碳 、 管导 其 无 雷
1 引 言
线碎 片、 包装材料碎屑 , 时还有保护介质残余 有
物等 ; 再经过化学提纯 , 最后得到 比较纯净 的金 刚石产品 , 其主要工艺过程如图 1 所示④ 。爆炸 法合成 的金刚石的一次颗粒度通常为微米和纳
人工合成 金刚石 的方法 主要有静 高压 法 、 动高压法 、 气相沉 积法 和化学反应 法 。动高压
颗 粒 聚结 而 成 , 图 3 见 。
mo d,i cu i g i a t wa e n n l d n mp c v meh d, b a t wa e to l s v meh d, si p n ls v t o n to l i g b a t wa e me h d a d p
ec a d a ay e n r s e t h rn i l p o u t f au e , a a lb e p rfc to c - t ., n n lz s a d p o p cs t e p i cp e, r d c s e t r s v ia l u i a in s i i
摘要 简要综述了爆炸法制备超 细金 刚石 的主要技术 , 括冲击波法 、 包 爆轰 波法 、 滑移爆
轰法和爆轰产物法等 , 对各合成方法 的原 理和产品特点 、 适用 提纯技术 、 应用现状 和前景
进行 了分析和展望 。 关键词 金刚石 爆炸 超细 制备
Pr p r t n a d Ap l a i n P o r s fS p r n e a ai n p i t r g eso u e f e o c o i Di m o d M a u a t r d wih Ex l so eh d a n n f cu e t po in M t o
刚石 ( C P D~pl rs l ed m n ) 爆 轰 聚 晶 o c t i i od , y y an a
金 刚 石 ( P — dtn i oyrsaie da DD eo ̄o p l yoln i n c l —
mod 等。这类金 刚石 的突 出特点是 同时具有 n) 纳微米材料 和天然 金 刚石 的一 些优异 性质 , 主
法包括冲击波法 、 爆轰 波法 、 爆轰产物法和滑移
爆轰法等 , 这些方法 的共 同特点是 制备过程 中
米 量级 , 所以也叫金刚石微粉 , 文献 中称为爆轰
纳米 金 刚 石 ( N —d tnt n nn da n ) D D e ai a o i o o mo d ,
都要用到炸药 , 都包含爆炸或冲击作用 过程 , 所