高压合成

高压合成，就是利用外加的高压力，使物质产生多形相转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。众所周知，由于施加在物质上的高压卸掉以后，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。因此，通常的高压合成都采用高压和高温两种条件交加的高压高温合成法，目的是寻求经卸压降温以后的高压高温合成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。

需要高压手段进行合成的几种情况

（1）在大气压（0.1MPa）条件下不能生长出满意的晶体；

（2）要求有特殊的晶型结构；

（3）晶体生长需要有高的蒸气压；

（4）生长或合成的物质在大气压下或在熔点以下会发生分解；（5）在常压条件下不能发生化学反应而只有在高压条件下才能发生化学反应；

（6）要求有某些高压条件下才能出现的高价态（或低价态）以及其他的特殊的电子态；

（7）要求某些高压条件下才能出现的特殊性能等情况。

针对不同的情况可以来用不同的压力范围进行合成。目前通常所采用的高压固态反应合成范围一般从1~10MPa的低压力合成到及时GPa（1GPa=1万大气压）的高压力合成。

动高压合成技术

超硬材料一般指金刚石和立方氮化硼。由于其性能独特,应用越

来越广泛。但是,立方氮化硼在自然界并不存在,金刚石在自然界也十分稀少。人们经过一个多世纪的探索，1954年美国通用电气公司采用静高压技术，在实验室里首次成功地合成了人造金刚石。这推动了人工合成立方氮化硼的问世，英国G.E公司于1957年首次在8.6GPa、1900℃条件下合成具有立方结构的闪锌矿型氮化硼（CBN）之后，产生了用炸药爆炸产生瞬态高温高压冲击石墨合成金刚石的技术。1961年直接用炸药爆炸冲击石墨合成微米尺度的金刚石多晶微粉。1972年日本东京工业大学泽冈昭利用爆炸冲击波使金属板加速到2Km/S的高速冲击石墨合成金刚石成功。1982年采用石墨或石墨相氮化硼与炸药混合后爆炸,直接获得纳米尺度的超细金刚石或立方氮化硼的问世。上述技术统称为动高压合成技术。

动高压合成技术的基本原理和分类

当炸药爆炸时会产生冲击波。所谓冲击波，就是一种以超音速在物体中传播的波，冲击波的中心处于强烈的压缩状态，这种压缩状态称之为“冲击压缩”。当炸药爆炸时伴有化学反应的冲击波，则称之为“爆轰波”。“冲击压缩”是冲击波到达的瞬间产生的，不会使热传导出去，因此它是一种绝热现象。当固体物质受冲击波扫过时，就会急剧地向冲击波方向压缩，当这种压缩超过某一压力极限时，组成固体的粒子（原子群）就象流体一样飞舞起来。若此时用X光观察“冲击压缩”中的原子排列，则会发现结晶是一种分成几百纳米以下的微结晶，且呈镶嵌状排列。当固体粉末受到冲击波冲击压缩时，伴随粉末粒子间的移动摩擦以及粉末间气体压缩产生的超高温使粉末表面

得到加热并在其内部瞬间产生局部的高温分布，此现象在多孔质物体中亦会发生。通常把这种“冲击压缩”产生的瞬态高温高压用于人工合成超硬材料或用于固化粉状物的技术,均称为动高压合成技术。

动高压合成技术可分成两大类

第一类为爆轰产物法。它是在瞬时的高温高压下伴随化学反应生成与物料不同的另一种物质。第二类为冲击波瞬态高压高温法。它是利用冲击压力产生新的结晶结构。