第三章高压条件下的合成案例.ppt

第三章 高压条件下的材料合成 ;第三章 高压条件下的材料合成 ;第三章 高压条件下的材料合成 ;第三章 高压条件下的材料合成 ;Bridgeman P W 以毕生精力发展了高压技术，开创了高压下物质的相变和物理性质的研究领域； 1946年， Bridgeman 获得诺贝尔奖，引起人们对高压合成新物质、新材料的关注； 1955年，Bundy F P 等人首次利用高压手段人工合成出只有地球内部条件下才能形成的具有重大应用价值的金刚石后，新物质的高压合成工作出现研究热潮； Wentorf 利用高压方法合成出自然界未发现的与碳具有等电子结构的、硬度仅次于金刚石的立方氮化硼，使高压合成引起人们的格外重视;第三章 高压条件下的材料合成 ;第三章 高压条件下的材料合成 ;第三章 高压条件下的材料合成 ;第三章 高压条件下的材料合成 ; 高压作为一种典型的极端物理条件能够有效地改变物质的原子间距和原子壳层状态，作为一种特殊的研究手段，在物理、化学及材料合成方面有特殊的重要性 利用高压手段不仅可以帮助人们从更深的层次去了解常压条件下的物理现象和性质，而且可以发现常规条件下难以产生，而只有高压环境才能出现的新现象、新规律、新物质、新性能、新材料等，几乎渗透到绝大多数前沿课题的研究中;第三章 高压条件下的材料合成 ;高压合成适用领域;1. 金刚石的合成 2. 柯石英和斯石英的合成 3. 复合双稀土氧化物的合成 4. 高价态和低价态氧化物的合成 5. 高Tc稀土氧化物超导体的合成 6. 翡翠宝石的合成 7. 高硼氧化物B7O的合成 8. 准晶等中间介稳相的高压熔态淬火截获 9. FeMoSiB的高压晶化合成 10. 若干材料的冷压合成 11. 新材料的超高压超高温合成 ; 利用外加的高压力，使物质产生相变或发生不同物质间的化合，而得到新相、新化合物或新材料 高压合成通常采用高压和高温两种条件交加的高温高压合成法施加在物质上的高压卸掉后，大多数物质的结构和行为产生可逆的变化，失去高压状态的结构和性质；寻求卸压降温后，产物能够在常压常温下保持其高压高温状态的特殊结构和性能的新材料;第三章 高压条件下的材料合成 ; 静高压 利用外界机械加载方式，通过缓慢逐渐施加负荷挤压所研究的物体或试样，当其体积缩小时，就在物体或试样内部产生高压强。由于外界施加载荷的速度缓慢（通常不会伴随物体升温），所产生的高压力称为静态高压 ;六面顶高压装置（高压构件有六个顶锤组成） 利用油压机作动力，推动高压装置中的高压构件，挤压试样，产生高压 金刚石对顶高压装置（DAC） 利用天然金刚石作顶锤，可产生几十GPa到三百多GPa的高压；与同步辐射光源、XRD、Raman散射等设备联用，对高压条件下物质相变、高压合成原位测试腔体小（约10-3mm3），难以作以合成材料为目的的研究;3.1 高压的产生、高压对物质基本形态的影响; 动高压 利用爆炸（核爆炸，火药爆炸等）、强放电等产生的冲击波，在 ?s ~ ps的瞬间以很高的速度作用到物体上，可使物体内部压力达到几十GPa以上，甚至上千GPa，同时伴随着骤然升温。这种高压力称为动态高压可用来开展新材料的合成研究，但因受条件的限制，动态高压材料合成的研究工作，开展得不多 ;3.1 高压的产生、高压对物质基本形态的影响;高温的产生;3.2 金刚石超硬材料单晶的合成原理;3.2 金刚石超硬材料单晶的合成原理;3.2 金刚石超硬材料单晶的合成原理;3.2 金刚石超硬材料单晶的合成原理;3.2 金刚石超硬材料单晶的合成原理;3.2 金刚石超硬材料单晶的合成原理;3.3 金刚石超硬材料的合成设备及合成工艺 ;金刚石的合成 1962年，人们将具有六角晶体结构的质地柔软的层状石 墨作起始材料，的高压高温条件下，使石墨直接转变成 具有立方结构的金刚石。金刚石是至今自然界已知的最 硬的材料。由于石墨和金刚石都是由碳元素构成的，高 压高温作用使它发生了同素异型相转变，金刚石是石墨 的高压高温新相物质。;静高压高温直接转变合成法： 在合成中，起始材料在高温高压作用下直接转变或化合成新物质 如：1962年，在12.5GPa，3000K的高压高温下，使具有六角晶体结构的质地柔软的层状石墨直接转变成具有立方结构的金刚石 静高压高温催化剂合成法： 在起始材料中加入催化剂，由于催化剂的作用，大大降低合成的压力、温度和缩短合成时间。如：在起始石墨材料添加金属催化剂，则在较低的压力（5～6GPa）和温度（1300～2000K）下，实现由石墨到金刚石的转变;如果起始石墨材料添加金属催化剂，则在较低的压 力(5～6)G