爆炸納米多晶金剛石之爆炸力學(xué)的創(chuàng)新理論與技術(shù)

張凱,張路青

(中國(guó)大連凱峰超硬材料有限公司,遼寧大連116025)

爆炸納米多晶金剛石之爆炸力學(xué)的創(chuàng)新理論與技術(shù)

張凱,張路青

(中國(guó)大連凱峰超硬材料有限公司,遼寧大連116025)

敘述了在研究和生產(chǎn)爆炸納米多晶金剛石中必須要發(fā)展和應(yīng)用的爆炸力學(xué)中諸多的創(chuàng)新理論與技術(shù):藥柱在水中爆炸時(shí),軸對(duì)稱(chēng)一維的飛片飛行速度計(jì)算公式;新的擊波通過(guò)二相粉末時(shí)的壓力計(jì)算模型;擊波通過(guò)有空隙率的二相粉末時(shí)的空隙分配理論;粉體空隙內(nèi)殘存空氣在擊波作用下發(fā)生的絕熱壓縮理論;飛片下空氣在高速飛片飛行過(guò)程中不能向側(cè)向排出,最終產(chǎn)生絕熱壓縮的理論;擊波在粉體中的追趕理論;石墨通過(guò)爆炸相變?yōu)榻饎偸男陆Y(jié)構(gòu)位置轉(zhuǎn)變模型的諸問(wèn)題。

創(chuàng)新理論與技術(shù);壓力計(jì)算模型;空隙分配理論;絕熱壓縮理論;爆炸相變的新結(jié)構(gòu)位置轉(zhuǎn)變模型

1 引言

1961年美國(guó)的Decarli[1]在受沖擊后的石墨中發(fā)現(xiàn)有金剛石的證據(jù),Decarli的工作開(kāi)創(chuàng)了“爆炸納米多晶金剛石”的誕生,從1968年[2]至今的40多年中無(wú)論從實(shí)驗(yàn)和理論上都證實(shí)石墨轉(zhuǎn)變?yōu)榻饎偸霓D(zhuǎn)變壓力(動(dòng)態(tài))應(yīng)在40GPa,沖擊溫度也應(yīng)達(dá)到≥2000K[3]上下。如果采用將炸藥和粉末直接混在一起的爆炸方法,所用的這些炸藥密度約1.2g/cm3,爆速6000m/s上下,其爆轟壓力PH≈11GPa,是不能期望將石墨轉(zhuǎn)變?yōu)榻饎偸?。即使采用金屬盒如圓管,內(nèi)裝粉末,而在外部直接貼上密度≥1.6g/cm2,爆速上7500m/s臺(tái)階的高爆速炸藥直接爆炸的技術(shù),收效也甚微,通用的方式只能是采用高速飛片(或高速飛管)打擊粉末體的辦法。更有甚者,即使飛片速度達(dá)到3000m/s以上,但如被沖擊的粉末是純石墨,則其壓力也不可能達(dá)到≥40GPa,必須在粉末中加入某種高密度的金屬粉,如鈷、銅、鐵等粉末,當(dāng)擊波進(jìn)入混合粉體后,這些金屬粉起著“打擊板”的作用,才能提高沖擊壓力值,可是這樣一來(lái),被沖擊粉末成為二相粉末了,二相粉末中的沖擊波理論:包括二相粉末的狀態(tài)方程?如何求沖擊壓力和波速?二相粉末如何卸載?這些問(wèn)題又都成了難題。因此,“爆炸納米多晶金剛石”對(duì)爆炸加工力學(xué)的理論與技術(shù)提出了創(chuàng)新的要求。但本文暫不涉及為解決新理論技術(shù)而創(chuàng)立的新工藝技術(shù)。

2 爆炸納米多晶金剛石中的爆炸加工力學(xué)的創(chuàng)新理論與技術(shù)

2.1 創(chuàng)立藥柱在水中爆炸形成軸對(duì)稱(chēng)一維的飛片飛行的速度計(jì)算公式

以平面飛片打擊來(lái)說(shuō),必須解決如何去求出平面飛片飛行速度的理論方法,即選擇好炸藥后,測(cè)出其密度與爆速值,然后確定炸藥與飛片的質(zhì)量比R= ρoδo/ρδ,其中ρo、δo是炸藥的密度與藥柱高度,ρ、δ是飛片材料的密度與厚度,由于在水中爆炸,炸藥爆后產(chǎn)生的爆轟氣體流場(chǎng)實(shí)際上是二維軸對(duì)稱(chēng)流場(chǎng),應(yīng)用過(guò)去在爆炸加工中應(yīng)用過(guò)的Gurney與Aziz公式[4]去求飛片速度已經(jīng)不再符合實(shí)際,因此要?jiǎng)?chuàng)立一個(gè)新的計(jì)算公式,筆者實(shí)際上是把二維軸對(duì)稱(chēng)流場(chǎng)簡(jiǎn)化為軸對(duì)稱(chēng)一維后,把理想一維的Aziz公式經(jīng)過(guò)修正,并通過(guò)實(shí)測(cè)驗(yàn)證,提出張凱―Aziz公式,其理論計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)基本符合。

2.2 創(chuàng)立一個(gè)新的計(jì)算力學(xué)模型

可提出一個(gè)實(shí)際算例:對(duì)某一混合比例的銅/石墨粉,推出的均相分布理論下的莫乃漢狀態(tài)方程為

2.3 粉體內(nèi)空隙率的作用——提出空隙分配理論

實(shí)施爆炸技術(shù)的準(zhǔn)備工作中,先要制作出一個(gè)粉體來(lái),一般都由通用的壓力機(jī)來(lái)制作,粉體的密度應(yīng)該比其結(jié)晶密度低,所以粉體中都存在空隙,不抽真空時(shí),在空隙中存在空氣,事實(shí)上,壓好的粉體很難抽真空?？障堵实拇笮∈怯绊憶_擊溫度高低的重要因素,一般空隙率大,沖擊壓力就低,但沖擊溫度變高,在爆炸納米多晶金剛石研究中,空隙率從10%到30%都有。既然粉體中一定有空隙存在,則就產(chǎn)生了一個(gè)理論問(wèn)題:沖擊波通過(guò)粉體時(shí),實(shí)際上是制造出了一個(gè)流場(chǎng),即使是一維應(yīng)變的流場(chǎng),在這個(gè)流場(chǎng)內(nèi),金屬顆粒、石墨顆粒、還有空隙都隨時(shí)間(t)、位置(x)而變化,可以這樣來(lái)理解,金屬是帶有空隙的松裝金屬,石墨也是帶有空隙的松裝石墨,這二種物質(zhì)在流場(chǎng)內(nèi)不斷地發(fā)生碰撞、壓縮、剪切,最終產(chǎn)生擊波壓力和溫度,這個(gè)壓力、溫度又高底依賴(lài)于空隙率的大小,那末就要問(wèn),粉末中金屬粉和石墨粉各占多少空隙率呢?依據(jù)什么來(lái)判定空隙的分配率呢?這確實(shí)是一個(gè)很難回答的問(wèn)題,但不解決空隙率的分配,真正的壓力計(jì)算仍無(wú)法進(jìn)行下去。筆者在2012年提出了一個(gè)二相粉末在一維應(yīng)變流場(chǎng)中的空隙分配理論[6]:“帶空隙度的兩種不同粉末介質(zhì)的混合粉體,在產(chǎn)生一維應(yīng)變的擊波作用下,在擊波波陣面應(yīng)只有一個(gè)波速,為滿足此要求,此時(shí)不同粉末介質(zhì)會(huì)自動(dòng)調(diào)節(jié)占有空隙率的分配,使擊波通過(guò)具有不同空隙度的不同介質(zhì)粉體時(shí)的波速達(dá)到一致?！?筆者認(rèn)為鑒于此理論的重要性,應(yīng)命名為凱氏空隙分配理論。)

2.4 發(fā)現(xiàn)粉體空隙內(nèi)殘存空氣發(fā)生可怕的“絕熱壓縮”

1997年秋冬之交在吉林煙筒山石墨礦做金剛石爆炸試驗(yàn)[7]。粉盒裝置和炸藥裝置如圖1和圖2所示。

圖1 粉盒裝置圖Fig.1 The powder case device

圖2 炸藥裝置圖Fig 2 The blasting charge

粉盒中裝90/10=銅/石墨粉299.4克,初裝密度86.3%,飛片厚度5.5mm,藥柱沿軸向由上端引爆,側(cè)向有水泥套,藥柱由兩種炸藥組成,下部塑性炸藥716克,ρ0=1.6g/cm3,爆速Vd=7600m/s,上部自制85/15=RDX/環(huán)氧炸藥1210克,ρ0=1.328 g/ cm3,Vd=6898m/s。飛片速度Vp=2562m/s(計(jì)算值,未實(shí)測(cè))。

預(yù)拌混凝土由指定攪拌站負(fù)責(zé)，采用混凝土罐車(chē)運(yùn)輸，每車(chē)裝載量為7.5 m3。根據(jù)筏板基礎(chǔ)施工平面布置、攪拌站生產(chǎn)能力、施工進(jìn)度及人員等情況，在現(xiàn)場(chǎng)基坑兩側(cè)布置4臺(tái)汽車(chē)泵，每臺(tái)泵車(chē)配備5臺(tái)混凝土運(yùn)輸車(chē)。

爆炸后,粉盒外部絲毫未破,按理,應(yīng)100%回收,即應(yīng)回收29.9克石墨粉,可打開(kāi)一看,有一半多粉末完全燒焦,僅回收未燒焦石墨粉11.5克,只占總量的40%,燒焦粉全在粉盒底部,銅粉已完全達(dá)到融化狀態(tài),盒鐵底板表面亦呈現(xiàn)熔化表象,銅的燒焦程度異常,無(wú)法從鐵板上鏟下,與鐵完全熔化在一起了,銅在常壓下的熔點(diǎn)是1083℃?？摄~在高壓52萬(wàn)atm下,熔點(diǎn)將達(dá)到2880℃左右,這樣,銅的融化是在壓力卸載后常壓下熔化的嗎?還是在高壓下已經(jīng)開(kāi)始熔化了的呢?還不好早下定論,但據(jù)鐵板表面已熔化的跡象看,該處溫度至少在1600℃以上。

這個(gè)試驗(yàn)是1997年入冬時(shí)做的,一直到2006年,在筆者自己已創(chuàng)立計(jì)算壓力模型后,用自己的計(jì)算模型作了重新計(jì)算,計(jì)算結(jié)果是

按筆者現(xiàn)在對(duì)金剛石理論的洞悉知識(shí),可以明確地說(shuō),6.7155X104MPa的壓力是非常好的,但溫度太低,1469.8K的溫度是不會(huì)有任何金剛石產(chǎn)生的,在一定的壓力窗口下,至少大于peg=4.3118X104MPa下,產(chǎn)生金剛石的溫度窗口大致在1800～2200K,低于1800K,一般不會(huì)產(chǎn)生金剛石,但這次試驗(yàn)從爆炸回收的11.5克石墨中用Hclo4處理后,但未經(jīng)HF提純處理,有0.7克毛金剛石,毛轉(zhuǎn)化率有6.08%,可以肯定有金剛石產(chǎn)生了。這說(shuō)明,除了沖擊壓縮外,一定還有另外的附加溫度產(chǎn)生,這個(gè)附加溫度在裝粉裝置的上部有400℃還多,亦即這個(gè)試驗(yàn)中的粉盒上部由于附加溫度使壓縮的溫度上升到1800K多度,產(chǎn)生了金剛石。而在粉盒下部由于更大的附加溫度又可能使粉末的溫度達(dá)到≥2600K甚至更高(即T＞2300℃),從而使鋼板表面熔化,石墨帶著銅粉燒焦,這附加溫度的來(lái)源就是粉體原空隙中存在的空氣,實(shí)際上,粉末空隙中的空氣在1cm3體積中只有0.1368cm3。全部裝粉體積50.724cm3,所有空隙體積只有6.939cm3,空氣量只有6.939×0.001225= 0.008500327克。這些氣體雖然量很小,在沖擊波的驅(qū)趕下全部被趕到裝粉盒的底部,在沖擊壓力p= 6.67155×104MPa的壓縮下,產(chǎn)生絕熱壓縮。粉體空隙中的殘存空氣會(huì)產(chǎn)生可怕的絕熱壓縮,國(guó)際上在這一學(xué)術(shù)領(lǐng)域中,這一理論是筆者在1997年首先在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)的,整整過(guò)了9年,到2006年筆者才完全從理論上給予解決了,又過(guò)了8年,到2014年我才在成都召開(kāi)的中國(guó)材料大會(huì)粉末組公開(kāi)于世界,也就是說(shuō),這個(gè)問(wèn)題從發(fā)現(xiàn)到公布經(jīng)過(guò)17年,不容易呀!但重要的是要?jiǎng)?chuàng)造一種全新工藝技術(shù)去避免絕熱壓縮產(chǎn)生,我們做到了。

2.5 發(fā)現(xiàn)飛片下的氣體不能向側(cè)向排出,最終產(chǎn)生絕熱壓縮,形成巨大速度氣流刀[8]

在爆炸合成和爆炸壓實(shí)研究中,大多采用平面飛片打擊方法來(lái)進(jìn)行壓力加載,且大多數(shù)實(shí)驗(yàn)都在常壓空氣下進(jìn)行,即飛片飛行路程中是常壓下的空氣而不是真空的,迄今從事爆炸力學(xué)的學(xué)者大都認(rèn)定:平面飛片下的空氣隨著飛片向下飛行,空氣會(huì)向飛片四周自然排出,不會(huì)對(duì)飛片飛行構(gòu)成大的阻力,且一般飛片飛行距離很短,飛片下體積內(nèi)的常壓氣體量是個(gè)很小的量,怎么可能造成聚能效應(yīng)呢?

2006年在阜新礦務(wù)局12廠,在他們的一個(gè)直徑Ф1800×2000的壁厚為20mm的舊罐中試爆一次實(shí)驗(yàn),見(jiàn)圖3。飛片下的空間的空氣量(大氣狀態(tài)下)為0.8876克。藥柱上端的引爆藥柱中間有惰性塊,雷管引爆后,先將主裝藥柱的周邊上部引爆,這樣在主裝藥柱內(nèi)造成的爆轟波面在中心區(qū)域是一個(gè)匯聚的球面波,迫使爆轟波面呈圖3右側(cè)形狀,從而使得飛片的飛行姿態(tài)亦呈同樣形態(tài),當(dāng)飛片以這樣的形態(tài)打擊粉盒盒蓋時(shí),原飛片下的大部分氣體都集聚在CDA這個(gè)凹形區(qū)域內(nèi),而不從側(cè)向流出,當(dāng)飛片最終強(qiáng)行壓向粉盒表面時(shí),飛片下的向內(nèi)凹形總會(huì)逐漸消失,而被壓縮在凹形內(nèi)的氣體被絕熱壓縮到與飛片打擊粉盒鐵蓋時(shí)的壓力相等,凹坑內(nèi)氣體會(huì)被強(qiáng)迫從其四周側(cè)向沖開(kāi)一道細(xì)縫排出,速度會(huì)達(dá)到5萬(wàn)米/秒以上,高速氣體噴出正好遇上同步飛下的3mm塑料板,塑料板自然將噴來(lái)氣體擋住,由于飛片下沖出的氣流方向一定偏向上方一個(gè)角度,是絕不可能沿水平方向噴出,從而塑料板在鋒利的氣流沖刷下會(huì)瞬態(tài)地被彎曲成圖3下面那個(gè)圖的形狀,在塑料板還未被沖破以前,已將氣流折轉(zhuǎn)成近180°方向,向下沖去,氣流成為一個(gè)“氣刀”,將粉盒邊緣10mm厚的鐵邊緣切去,切口光滑,無(wú)絲毫凹凸粗糙不平的沖刷痕跡,猶如“快刀斷發(fā)”之利,足見(jiàn)“氣刀”能量之巨。

圖3 形成氣流刀的實(shí)驗(yàn)裝置Fig.3 Experimental facility for air knife

爆炸是在一個(gè)Ф1800×2000的由20mm厚鍋爐鋼板制作的埋在地下的舊罐中進(jìn)行的,口與地表平,離罐口周?chē)?m遠(yuǎn)處圍有網(wǎng)眼約30mm大小的鐵細(xì)網(wǎng),高約3m,圖3的爆炸裝置采用懸掛式掛在離罐口約0.8m的半空中,在罐底正中放一個(gè)高0.6m內(nèi)裝200mm高濕鋸末的半截子油桶,來(lái)承接回收任務(wù)。爆炸后,罐壁完好,無(wú)任何裂縫,罐底有一個(gè)裂縫,但沒(méi)有發(fā)現(xiàn)粉盒殘片,而在罐口地面發(fā)現(xiàn)2塊粉盒碎塊,每個(gè)碎塊大約是原盒圈的1/4左右。這兩碎塊定是粉盒高速砸向罐底,碎成4塊后,兩塊落在鐵絲網(wǎng)內(nèi),而另兩塊穿越網(wǎng)高飛到網(wǎng)外去了,碎塊飛越高度會(huì)超過(guò)5m。查看撿回來(lái)的兩個(gè)碎塊,看出粉盒外緣從Ф150mm到Ф184mm厚度10mm的邊緣部分完全被氣流切去,切口處氣流流動(dòng)痕跡非常清晰.取回那個(gè)裝有濕鋸末的半高油桶,雖已變形,但仍保持一個(gè)整體,并未破碎,粉盒內(nèi)的粉末大都還在,且都呈未被沖擊壓縮的情況,還是裝粉前狀態(tài);粉末未被飛片打擊壓實(shí),是因粉盒已具有了相當(dāng)大速度,甚至可能與飛片速度同一水平,從而飛片就達(dá)不到?jīng)_擊粉末的結(jié)果。

阜新的這次試驗(yàn),是一次非常重大的科學(xué)發(fā)現(xiàn):“飛片飛行達(dá)到一定速度后,飛片下的氣體大部分無(wú)法從飛片下排出,當(dāng)飛片打擊靶板時(shí),氣體會(huì)形成絕熱壓縮,產(chǎn)生極高速的氣流,形成氣流刀”,這件事足以讓搞這一學(xué)科的科學(xué)家們驚訝莫名!筆者把這個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果另一重要實(shí)驗(yàn)結(jié)果(未列入本文)寫(xiě)成一篇論文“論平面飛片下氣體絕熱壓縮后的聚能效應(yīng)”2010年3月24日投到爆炸與沖擊雜志。但一年之后,接到了稿件處理意見(jiàn):“退稿”;二位審稿者意見(jiàn)一致是:“從來(lái)沒(méi)有見(jiàn)到過(guò)飛片壓縮空氣會(huì)有如此巨大噴射這樣的現(xiàn)象”,后來(lái)經(jīng)過(guò)筆者嚴(yán)正的“科學(xué)爭(zhēng)鳴”,和多位科學(xué)家的爭(zhēng)論,論文終于在2011年發(fā)表了。這件事說(shuō)明筆者在實(shí)驗(yàn)中的新科學(xué)發(fā)現(xiàn),是國(guó)際上的首先發(fā)現(xiàn)者與解決者,只是目前難于被多數(shù)專(zhuān)家所理解而已。目前已創(chuàng)造了獨(dú)特工藝防止這種“超速氣流刀”對(duì)爆炸納米多晶金剛石合成和固接的影響。

2.6 新裝粉理論的形成和應(yīng)用

筆者從1991到2013年的22年研究歷程中,一直是恁直覺(jué)感性去確定裝粉量的,最后根據(jù)獲得的轉(zhuǎn)化率再確定裝粉量是否合理,這就是說(shuō),“裝粉技術(shù)”一直沒(méi)有上升到理論的水平,“裝粉技術(shù)”應(yīng)該是計(jì)算爆炸力學(xué)在爆炸納米多晶金剛石生產(chǎn)中一項(xiàng)極為重要的實(shí)際應(yīng)用,它關(guān)系金剛石的轉(zhuǎn)化率和生產(chǎn)成本的升降,也是企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)人,技術(shù)指揮者在生產(chǎn)中強(qiáng)大“自信”的表現(xiàn)。這項(xiàng)理論與擊波通過(guò)二相粉體時(shí)發(fā)生的“波的追趕”,即“稀疏波對(duì)擊波的追趕”有關(guān)。2013年筆者已順利的運(yùn)用計(jì)算爆炸力學(xué)方法推導(dǎo)出新裝粉理論,已應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)。

2.7 石墨通過(guò)爆炸相變?yōu)榻饎偸男陆Y(jié)構(gòu)位置轉(zhuǎn)變模型[10]

石墨粉層受到擊波高速?zèng)_擊后,在高溫高壓下,會(huì)以固相結(jié)構(gòu)方式轉(zhuǎn)變?yōu)榻饎偸?筆者因此創(chuàng)立了一個(gè)新的轉(zhuǎn)化模型,在文中簡(jiǎn)稱(chēng)為“凱”模型,包括:在ABCA型石墨的轉(zhuǎn)化理論中,找到了具體那18個(gè)碳原子向金剛石晶胞轉(zhuǎn)變的原子對(duì)應(yīng)點(diǎn)結(jié)構(gòu),使活化能的計(jì)算可接近最小值。在ABA型石墨轉(zhuǎn)化理論中,除石墨網(wǎng)格平面間的壓縮之外,必須考慮層間剪切錯(cuò)動(dòng)的作用,剪切變形與層間壓縮的概率都是同樣的多。標(biāo)志其特性錯(cuò)動(dòng)的距離是0.521h,h-層間壓縮距離,理論被實(shí)驗(yàn)所征實(shí)。圖4是金剛石立方晶胞的18個(gè)原子位量置,圖5是對(duì)應(yīng)的石墨各層上的18個(gè)原子位置。

圖4 晶胞在空間位置Fig.4 The location of unit cell in space

圖5 石墨轉(zhuǎn)變?yōu)榻饎偸瘯r(shí)的原子配置圖Fig.5 Atomic configuration diagram of graphite when transformed into diamond

[1] Decarli P.S,Jamieson J.C.1961.Formation of diamond by explosive shock[J].Science,133:1821-1822.

[2] Mc Queen R.G,Marsh S.P.1968.Behavior of dense media under dynamic pressures.New York:Gordon&Breach:207.

[3] Erskine D.J,Nellis W.J.Shock-induced martensitic phase transformation of oriented graphite to diamond[J].Nature,349:317-319.1991.

[4] 邵丙渣,張凱.爆炸焊接原理及其工程應(yīng)用[M].大連理工大學(xué)出版社,1987(10).

[5] 邵丙璜,汪全通.平面飛片作用下石墨相變?yōu)榻饎偸臒崃W(xué)參量計(jì)算.中科院力學(xué)所內(nèi)部資料,1977.

[6] 張凱,張路青.爆炸納米多晶金剛石的技術(shù)進(jìn)展,爆炸合成納米金剛石和巖石安全破碎關(guān)鍵科學(xué)與技木[C].第188場(chǎng)中國(guó)工程科技論壇論文集,江旭光主編,冶金工業(yè)出版社,2014.

[7] 張凱,張路青.爆炸壓實(shí)中存在于粉體中的氣體的絕熱壓縮現(xiàn)象[C].中國(guó)材科大會(huì)2014,四川成都,2014.07.

[8] 張凱.論平面飛片下氣體絕熱壓縮后的聚能效應(yīng)[J].爆炸與沖擊,2011,31(4):444-448.

[9] 張凱,張路青.石墨通過(guò)爆炸相變?yōu)榻饎偸男陆Y(jié)構(gòu)位置轉(zhuǎn)變模型[C].2011中國(guó)(鄭卅)國(guó)際磨料磨具磨削技術(shù)發(fā)展論壇論文, 2011.11;中國(guó)超硬材料學(xué)報(bào),2/2013,3/2013.

鋯石和鉆石區(qū)別

鋯石(英文名稱(chēng):zircon)是一種硅酸鹽礦物,它是提煉金屬鋯的主要礦石。鋯石廣泛存在于酸性火成巖,也產(chǎn)于變質(zhì)巖和其他沉積物中。鋯石的化學(xué)性質(zhì)很穩(wěn)定,所以在河流的砂礫中也可以見(jiàn)到寶石級(jí)的鋯石。鋯石有很多種,不同的鋯石會(huì)有不同的顏色,如黑、白、橙、褐、綠或無(wú)色透明,等等。經(jīng)過(guò)切割后的寶石級(jí)鋯石很像是鉆石。鉆石不用太多介紹,大家都知道一些相關(guān)知識(shí),鉆石是指經(jīng)過(guò)琢磨的金剛石,金剛石是一種天然礦物,是鉆石的原石。鉆石是一種標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品,它不分產(chǎn)地不分品牌,為壟斷商品,全球鉆石供應(yīng)商主要是南非商戴比爾斯公司,國(guó)內(nèi)品牌鉆石都是從這家公司分銷(xiāo)的。

無(wú)色透明的鋯石經(jīng)過(guò)細(xì)心琢磨后,是鉆石的良好代用品。鋯石的折光率近于2,色散也與鉆石相近。因此從外觀上看,鋯石也會(huì)閃爍著彩色光芒,與鉆石很相像。在各種人造鉆石出現(xiàn)之前,鋯石是最佳的鉆石代用品。目前,鋯石已成為中低檔寶石的佼佼者,但鋯石相比于鉆石,價(jià)格更低廉,消費(fèi)者有必要了解鋯石與鉆石的區(qū)別。

鋯石的主要鑒定特征有高折射率、強(qiáng)光澤、高雙折射率、高密度、高色散和典型的光譜特征等,鋯石的鑒別工具有鑷子,小鏟子,臺(tái)燈,卡尺和A4紙。

鉆石是已知最硬的物質(zhì),只有鉆石才能刻畫(huà)鉆石,其摩氏硬度是10;鋯石的摩氏硬度是8;剛玉(紅、藍(lán)寶石)是9;因此,鉆石可以刻畫(huà)剛玉;鋯石不可刻畫(huà)剛玉,剛玉不可刻畫(huà)鉆石;剛玉可以刻畫(huà)鋯石。

鋯石具有很強(qiáng)的雙折射,即它有兩個(gè)折光率,并且兩個(gè)折光率之間的差別較大。由此而產(chǎn)生了一種很特殊的光學(xué)現(xiàn)象,當(dāng)用放大鏡觀察琢磨好的鋯石成品時(shí),由其頂面可以看出底部的面和棱線有明顯的雙影。鉆石因?yàn)槭恰熬|(zhì)體”,絕不會(huì)有雙影現(xiàn)象,由此可以區(qū)別鋯石與真鉆石。

鋯石的比重為4.69,而鉆石的比重只是3.52,即鋯石是鉆石的1.33倍。也就是說(shuō)同樣體積的2個(gè)寶石,重的是鋯石,輕的是鉆石。不過(guò)比重不便觀察,只有用儀器測(cè)定后才能知道。 (搜狐網(wǎng))

Innovative Theory and Technology of Explosion Mechanics of Explosion Nano Polycrystalline Diamond

ZHANG Kai,ZHANG Lu-qing
(Dalian Kai-Feng Extra Hard Material Ltd.Co.Dalian,Liaoning,China 116025)

The following innovative theories and technologies of explosion mechanics which should be developed and adopted for the research and production of explosion nano polycrystalline diamond have been discussed in this article:computational formula of flying speed of the one-dimensional axisymmetric flyer when the grain explodes in the water; pressure computation model of the new shock waves when they pass through the twophase powders;space allocation theory when the shock waves pass through the two-phase powders with certain voidage;adiabatic compression theory formed by the effect of shock waves to the trapped air between the gap of powders;the air underneath the flyer can not be discharged from lateral during the high speed flying of flyer,hence adiabatic compression is ultimately formed;theories of catching-up development of the shock waves in powders;the new structural position change model of the phase change of graphite into diamond through explosion.

innovative theory and technology;pressure computation model;space allocation theory;adiabatic compression theory;new structural position change model of the phase change through explosion

TQ164

A

1673-1433(2015)05-0033-06

2015-08-13

張凱(1931-),男,DLUT教授,1995年退休,曾任第3、第4屆全國(guó)爆炸力學(xué)專(zhuān)業(yè)委員會(huì)委員,全國(guó)爆炸加工學(xué)組委員和高速氣體動(dòng)力學(xué)組委會(huì)委員,現(xiàn)任中國(guó)材料研究學(xué)會(huì)理事。E-mail:kzh5@163.com。

張凱,張路青.爆炸納米多晶金剛石之爆炸力學(xué)的創(chuàng)新理論與技術(shù)[J].超硬材料工程,2015,27(5):33-38.