兵工学报 ›› 2023, Vol. 44 ›› Issue (7): 1993-2001.doi: 10.12382/bgxb.2022.0268
收稿日期:
2022-04-15
上线日期:
2023-07-30
通讯作者:
基金资助:
SHANG Shiyuan, TONG Yi, WANG Zhichao, HUANG Fenglei*()
Received:
2022-04-15
Online:
2023-07-30
摘要:
为研究碳纳米管在爆轰过程中的变化机理,采用直接爆轰法,以碳纳米管为外加碳源进行合成实验,对爆轰产物进行化学提纯后得到提纯产物,通过X射线衍射技术对提纯产物进行表征,发现提纯产物为金刚石。借助透射电子显微镜和扫描电子显微镜对提纯产物形貌进行表征,通过深入分析,发现爆轰过程中碳纳米管以固-固原位相变的形式相变为金刚石,且同一个碳纳米管上会形成多个晶核同时生长形成晶体,相邻的晶体接触后形成晶界,停止生长并形成聚晶体。根据形成的金刚石晶体的周向、径向、轴向尺寸的不同,以及形成聚晶体中晶体的数量与位置的不同,可以得到管状、片状、块状等形状各异的聚晶金刚石颗粒。
商士远, 仝毅, 王志超, 黄风雷. 以碳纳米管为外加碳源爆轰合成聚晶金刚石[J]. 兵工学报, 2023, 44(7): 1993-2001.
SHANG Shiyuan, TONG Yi, WANG Zhichao, HUANG Fenglei. Synthesis of Polycrystalline Diamond from Carbon Nanotubes Using Direct Detonation Method[J]. Acta Armamentarii, 2023, 44(7): 1993-2001.
编号 | 外加碳源 (16%) | 药柱直 径/mm | 药柱密度/ (g·cm-3) | 碳源 质量/g | RDX 质量/g |
---|---|---|---|---|---|
1 | 碳纳米管1 | 30 | 1.12 | 21.89 | 114.91 |
2 | 碳纳米管2 | 30 | 1.15 | 21.89 | 114.91 |
表1 爆轰合成实验方案
Table1 Detonation synthesis experiment scheme
编号 | 外加碳源 (16%) | 药柱直 径/mm | 药柱密度/ (g·cm-3) | 碳源 质量/g | RDX 质量/g |
---|---|---|---|---|---|
1 | 碳纳米管1 | 30 | 1.12 | 21.89 | 114.91 |
2 | 碳纳米管2 | 30 | 1.15 | 21.89 | 114.91 |
编号 | 爆轰 灰质 量/g | 爆轰灰与 碳源质量 之比/% | 爆轰灰 提纯得 率/% | 提纯产物与 药柱质量 之比/% | 提纯产物与 碳源质量 之比/% |
---|---|---|---|---|---|
1 | 31.69 | 144.77 | 1.52 | 0.35 | 2.20 |
2 | 22.91 | 104.66 | 2.31 | 0.39 | 2.41 |
表2 爆轰合成实验结果
Table 2 Results of the detonation synthesis experiment
编号 | 爆轰 灰质 量/g | 爆轰灰与 碳源质量 之比/% | 爆轰灰 提纯得 率/% | 提纯产物与 药柱质量 之比/% | 提纯产物与 碳源质量 之比/% |
---|---|---|---|---|---|
1 | 31.69 | 144.77 | 1.52 | 0.35 | 2.20 |
2 | 22.91 | 104.66 | 2.31 | 0.39 | 2.41 |
编号 | 外加碳源 (16%) | 药柱 直径/mm | 药柱密度/ (g·cm-3) | 碳源 质量/g | 钝感RDX 质量/g |
---|---|---|---|---|---|
3 | 无 | 50 | 1.5 | 0 | 706.86 |
4 | 石墨 | 50 | 1.48 | 74.72 | 392.26 |
表3 对照组实验方案
Table 3 Experimental scheme of control groups
编号 | 外加碳源 (16%) | 药柱 直径/mm | 药柱密度/ (g·cm-3) | 碳源 质量/g | 钝感RDX 质量/g |
---|---|---|---|---|---|
3 | 无 | 50 | 1.5 | 0 | 706.86 |
4 | 石墨 | 50 | 1.48 | 74.72 | 392.26 |
编号 | 爆轰灰 质量/g | 爆轰灰与 碳源质量 之比/% | 爆轰灰 提纯得 率/% | 提纯产物与 药柱质量 之比/% | 提纯产物与 碳源质量 之比/% |
---|---|---|---|---|---|
3 | 67.97 | 8.61 | 0.83 | ||
4 | 110.10 | 147.36 | 10.57 | 2.49 | 15.57 |
表4 对照组实验结果
Table 4 Experimental results of control groups
编号 | 爆轰灰 质量/g | 爆轰灰与 碳源质量 之比/% | 爆轰灰 提纯得 率/% | 提纯产物与 药柱质量 之比/% | 提纯产物与 碳源质量 之比/% |
---|---|---|---|---|---|
3 | 67.97 | 8.61 | 0.83 | ||
4 | 110.10 | 147.36 | 10.57 | 2.49 | 15.57 |
图13 碳纳米管部分转变为金刚石的示意图(阴影部分表示金刚石结构)
Fig.13 Schematic diagram of partial transformation of carbon nanotube into diamond (shaded parts indicate the diamond structure)
图14 碳纳米管转变为管状金刚石的示意图(阴影部分表示金刚石结构)
Fig.14 Schematic diagram of carbon nanotubes transform into tubular diamonds (shaded parts indicate the diamond structure)
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