Экспериментальное исследование фазовых переходов в наноуглеродных материалах при высоких давлениях и температурах

• Автор: Шахов, Федор Михайлович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 146 с. : ил.

Оглавление
Введение
1. Обзор литературы
1.1. Синтез алмазов
1.1.1. Фазовая диаграмма графит - алмаз
1.1.2. Прямой переход графит - алмаз
1.1.3. Переход углерод - алмаз с металлами катализаторами
1.1.3.1. Модели взаимодействия металлов с графитом
1.1.3.2. Синтез алмаза из различных сортов графита и углерода
1.1.3.3. Кинетика процесса синтеза алмазов
1.1.3.4. Градиентный метод выращивания алмазов
1.1.4. Переход графит - алмаз с неметаллами катализаторами
1.1.5. Синтез алмазов из ароматических углеводородов без металла
1.1.6. Синтез алмазов из фуллеренов
1.1.7. Дефекты в алмазах
1.1.8. Заключение к главе
1.2. Алмазные композиты, полученные спеканием при высоком давлении
1.2.1. Микрокристаллический алмаз
1.2.2. Микрокристаллический алмаз с металлической связкой
1.2.3. Микрокристаллический алмаз с неметаллической связкой
1.2.4. Детонационный наноалмаз
1.2.5. Заключение к главе
1.3. Композиты, полученные инфильтрацией расплавленной меди в алмаз
2. Экспериментальные методики
2.1. Изготовление и снаряжение контейнеров высокого давления
2.2. Градуировка давления в камере высокого давления
2.3. Градуировка температуры в камере высокого давления
2.4. Измерение прочности кристаллов алмаза
2.5. Измерение прочности композитов
2.6. Измерение теплопроводности композитов
3. Синтез алмазов
3.1. Общие закономерности
3.2. Алмазы, синтезированные из шихты, модифицированной
фуллеренами и алмазным микропорошком

3.2.1. Распределение по размерам алмазов, полученных из модифицированной фуллеренами шихты и шихты
с добавлением алмазного микропорошка
3.2.2. Анализ зависимостей тока нагрева шихты от времени синтеза и
состава шихты
3.2.3. Анализ прочности кристаллов алмаза
3.2.4. Определение энергии активации фазового перехода графит - алмаз
и графит, модифицированный фуллеренами, - алмаз
3.2.5. Дифракция рентгеновских лучей в алмазах
3.2.6. Комбинационное рассеяние света в алмазах
3.2.7. Синтез алмазов в условиях промышленного производства
3.3. Алмазы, синтезированные из шихты с добавлением
детонационных наноалмазов
3.3.1. Распределение по размерам алмазов, полученных из шихты, содержащей детонационные наноалмазы
3.3.3. Анализ прочности полученных кристаллов алмаза
3.4. Качественная модель влияния фуллеренов на фазовый переход
графит - алмаз при высоком давлении и температуре
3.5. Выводы
4. Алмазные композиты
4.1. Композиты, полученные спеканием при высоком давлении
4.1.1. Спекание смесей алмазных микропорошков
с детонационными наноалмазами
4.1.2. Спекание микронорошков природного алмаза
4.1.3. Электропроводность образцов, полученных спеканием микропорошка природного алмаза
4.1.4. Прочность образцов, полученных спеканием
микропорошка природного алмаза
4.1.5. Поверхность образцов, полученных спеканием
микропорошка природного алмаза
4.1.6. Особенности спекания детонационных наноалмазов
4.1.7. Спекание детонационных наноалмазов,
модифицированных фуллеренами
4.1.8. Дифракция рентгеновских лучей в композитах на основе детонационных наноалмазов

4.1.9. Определение тепловой проводимости границы
между детонационными наноалмазами
4.1.10. Выводы
4.2. Композиты, полученные инфильтрацией расплавленной меди в алмаз
4.2.1. Экспериментальное исследование теплопроводности композитов
4.2.2. Модельный расчет теплопроводности алмаза-наполнителя
4.2.3. Модельный расчет влияния толщины металлического
покрытия алмаза на теплопроводность композита
4.2.4. Выводы
Заключение
Литература
Список статей, опубликованных по теме диссертации

поверхностью, таким образом, на поверхности (100) алмаз растет не послойно а из кластеров, в то время как на поверхности (111) рост послойный. Поэтому скорость роста плоскости (100) в несколько раз выше, чем (111).
Синтез алмаза проводился при 5,5 ГПа и 1300 °С из смеси полиграфита 99,9% и сплава Fe65Ni35 в течение 15 мин [103]. Алмазы 600 мкм, покрытые металлической пленкой 1-100 мкм, исследовались с помощью просвечивающего электронного микроскопа. Найдено соответствие между качеством металлической пленки, покрывающей алмаз во время роста и напоразмерными включениями в алмазе.
В работе [104] показано, что на поверхности кристалла алмаза присутствует ячеистая структура. Она возникает, как думают авторы, в результате того, что алмаз растет из раствора и на границе алмаз - раствор есть узкая область, температура которой значительно ниже окружающей среды.
Фотолюминесценция является одним из способов идентификации комплексов никель-азот в синтетическом алмазе и их трансформации при отжиге [105, 106]. Синтез алмаза проводился при температуре ~ 1500 °С и давлении 6 ГПа из смеси никеля с графитом. После синтеза проводился отжиг алмазов при температуре 1600 °С и давлении 6 ГПа. С помощью фотолюминесценции исследовалось взаимодействие никеля с азотом в алмазе при температуре 10-300 К и одноосевом напряжении 0-2 ГПа. Обнаружено, что линия 1,660 эВ не зависит от энергии возбуждения и линейно зависит от приложенного механического напряжения в различных кристаллографических направлениях.
Основным недостатком методов исследования дефектов является их локальность и, следовательно, необходимость трудоемких многократных повторений для серии кристаллов.
1.1.8. Заключение к главе 1.1.
С научной точки зрения представляется интересным объяснить механизм фазовых переходов различных наноуглеродных и углеродсодержащих материалов в алмаз. Очевидно, что современные технологии позволяют получать наноуглеродные материалы с различной гибридизацией от sp до sp3, наноматериалы различного размера (это относится как к углеродным, так и, например, металлическим частицам), свойства которых могут существенно влиять на параметры фазового перехода этих материалов в алмаз. Конечной практической целыо данного исследования может быть оптимизация промышленного синтеза алмазов при высоком давлении и высокой температуре за счет модификации исходной шихты, состоящей из графита и металла-катализатора, различными наноуглеродными материалами.