文档介绍：ö
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第18卷第1期爆炸与冲击 V o l. 18, N o. 1
1998年1月 EXPLO S ION AND SHOCK WAV ES Jan. , 1998
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液碳的三个物理参数的计算
及其结晶区域探析
周刚a 文潮a 恽寿榕b 黄风雷b 浣石c 刘晓新a
(a. 西北核技术研究所西安 710024)
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(b. 北京理工大学力学工程系北京 100081)
(c. 长沙德雅路182号远望公司长沙 410073)
摘要计算了液碳的表面张力系数、液碳的界面自由能及其与石墨或金刚石的摩尔自由能差。
初步分析了利用炸药中的碳在爆轰合成超分散金刚石的过程中, 碳液滴在 T aylor 稀疏区结晶成金
刚石的可能性。
关键词爆轰液碳结晶超分散金刚石
中图法分类号 O 792 O 389
1 引言
石墨和金刚石几乎是最难熔的固体, 在目前实验条件下还不能使碳呈液体存在。通过对高
分辨率透射电镜(HR T EM ) 拍摄的由混合装药(石墨黑索金) 爆轰合成的类金刚石和金刚石
颗粒的形貌和微结构图的研究, 有学者认为[1 ] 类金刚石相的生成经历了一个从气态→液滴→
固体的转变过程, 即爆轰反应区内最初的气态自由碳在高压、高温下凝聚成碳液滴, 液滴在
[2 ]
T aylor 稀疏区结晶成类金刚石颗粒。还有的学者研究了用高温炸药BT F (C 6N 6O 6) 来爆轰生
成金刚石, 其粒子的电镜图清楚地显示了其从液态生成的特征。我们利用液态金属理论和分子
动力学模拟的结果, 较详尽地计算了液碳的表面张力系数、液碳的界面自由能及其与固相碳的
摩尔自由能差, 利用这些计算结果初步分析了碳液滴在 T aylor 稀疏区结晶成超分散金刚石
(U ltradisperse D iamonds) 的可能性, 为合理解释实验结果[1~ 2 ] 提供了理论依据。
2 液碳的三个物理参数的计算
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本节的算例选用B 炸药装药, 其初始密度为 0= 1. 713g cm , 爆压(p H )、爆温(T H ) 分别为
27. 4GPa、3500K。
把实验得到的石墨熔点的温度(T )、压力(p ) 和熔化潜热(L SL ) 数据代入 C laperon 方程
dp dT = L SL T (v S - vL ) (1)
式中: v S, vL 分别为固体和液体的摩尔比容。由此可以得到石墨熔解导致体积膨胀的百分数, 其
[3 ] 3 3
值在15%~ 30% 的范围。选取液碳的密度为2. 0g cm , 即 vL = 6cm mo l, 按石墨理论密度为
1. 116g cm 3计算, 则对应的液碳体积膨胀为11. 3% , 基本在文献值的范围, 表明这个密度值的
周刚: 男, 1962年生, 工学博士, 副研究员。
1997 01 07收到原稿, 1997 06 18收到修改稿。
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第1期周刚等: 液碳的三个物理参数的计算及其结晶区域探析 58
选取是合理的。
2. 1 液碳的表面张力系数
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