叶蜡石高温高压物理力学特性及塑性流动规律研究

通过高温高压"淬火"方法截获不同温度压力下叶蜡石高温高压相，利用现代分析手段获取其高温高压结构演变信息。采用XRD分析点阵常数计算叶蜡石相对体积收缩率V/V0，并通过HRTEM观察其晶格层错滑移，研究叶蜡石高温高压可压缩性与传压效率。采用XRD、IR、Raman光谱等研究叶蜡石Al-O（OH）八面体脱羟基演变和相变特征，采用电子顺磁共振（EPR）研究置换Fe2+→Fe3+离子结构转变过程。通过弹性模量、导电率和导热率原位测量，研究其结构变化对传压、导电、传热性的影响规律。通过测试叶蜡石腔体不同区域密度及变化，了解其高温高压塑性流动规律。通过对叶蜡石密封边承受压力、剪切力及与压砧摩擦力的分析，探讨叶蜡石传压密封机制。在此基础上建立叶蜡石传热、传压本构模型，采用ANSYS分析软件模拟计算叶蜡石腔体温度、压力分布，实现叶蜡石腔体计算机辅助优化设计，为开发新型叶蜡石传压密封材料提供理论依据。

本项目以北京门头沟叶蜡石为研究对象，对比分析了与南非叶蜡石矿物学组成之差异以及其焙烧前后的失重情况，得出SiO2含量相对较高的叶蜡石通过合理控制预焙烧叶蜡石的水含量，可满足六面顶合成设备对叶蜡石传压与密封的使用要求。.测试了高温高压作用后叶蜡石合成块不同区域密度，分析了其密度空间分布及高压塑性流动规律；采用XRD技术分析了不同区域叶蜡石的相变情况，发现高压高温后叶蜡石晶格不被压缩反而膨胀现象；半定量计算了各区域物相的含量，并通过拉曼光谱分析结果探讨了其压致相变和高温相变机制；测试了高压合成前后叶蜡石的热导率，发现高压合成前后叶蜡石热导率相差1倍多，利用固体声子热导理论解释了其产生原因，并计算出金刚石合成温度压力下叶蜡石热导率为10.12 W/(m•K以及相变后叶蜡石块不同区域的热导率。.采用高压同步辐射XRD衍射技术对叶蜡石升压和卸压过程中晶格压缩情况进行了原位测试分析，证实了叶蜡石在升压过程中晶格被压缩，在卸压过程中发生回弹；发现叶蜡石升压至10GPa后(002)峰消失，推断出叶蜡石作为传压介质的极限压力≦10GPa；利用所测叶蜡石升压和卸压过程中晶格压缩率推导计算了高压下叶蜡石形变力、剪切力τ、纵向弹模CL、剪切模量CS、体弹性模量B、杨氏模量E、泊松比ν以及传压效率η等高压物性参数。.采用SEM观察了叶蜡石高压密封边的微观形貌，发现叶蜡石层间滑移和弯曲形变现象；通过密度、XRD及HRTEM电子衍射分析结果表明正常密封边叶蜡石晶格膨胀，“放炮”泄漏密封边叶蜡石晶格压缩，据此提出了高压密封原理；热重-差热分析结果表明，“放炮”密封边叶蜡石比正常使用的叶蜡石含水量明显增加，因而提出叶蜡石水含量过高是引发“放炮”的内在因素，卸压时密封边叶蜡石弹性不足是导致高压密封失效的导火线。.理论推导了金刚石合成叶蜡石腔体温度场、压力场的数学模型，确定了其边界条件和合理的高压物性参数，运用有限元分析软件ANSYS对叶蜡石腔体温度场、压力场进行了数值模拟对比分析，证实了采用本项目研究得出的高压物性参数模拟计算结果更接近于实际的金刚石过程中温度压力分布，其研究结果为六面顶高压设备合成腔体结构优化设计及温度压力可视化控制提供了新的技术手段。.本项目已发表论文3篇，其中国内会议特邀报告1篇，待发表论文5篇。获得省部级科技进步二等奖1项，获省部科技厅成果鉴定2项。