第三章材料合成與制備中的主要環(huán)境參量

第三章材料合成與制備中的主要環(huán)境參量資料分解與制備是在一定環(huán)境中停止的。環(huán)境參量，如溫度、壓強(qiáng)、氣氛、重力等，關(guān)于資料分解與制備有著龐大的甚至是決議性的影響?？捶ㄟ@些影響，并且人為地調(diào)控各種環(huán)境參數(shù)，是資料分解與制備的重要環(huán)節(jié)，也是資料分解與制備迷信的主要研討對(duì)象之一。本篇針對(duì)一些主要環(huán)境參數(shù)及其調(diào)控作簡(jiǎn)明引見(jiàn)。3.1溫度溫度表征物體的冷熱水平。依據(jù)熱力學(xué)，關(guān)于理想氣體(1)其中：T為溫度，k為玻爾茲曼常數(shù)，為理想氣體分子的平均動(dòng)能。因此，溫度也是分子平均動(dòng)能的度量。從熔體制備晶體或玻璃的進(jìn)程中，溫度是最為關(guān)鍵的可調(diào)控參量。晶體熔化進(jìn)程中，從有序的晶格動(dòng)身，原子的移動(dòng)不只使晶格坐位上的原子發(fā)作重新陳列，而且招致了晶格的徹底瓦解。高溫下的晶體，雖然存在不規(guī)那么的熱運(yùn)動(dòng)，但原子仍停留在晶格的坐位左近。轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)，晶格曾經(jīng)不復(fù)存在，原子的位置散布是無(wú)規(guī)的，表達(dá)了位置無(wú)序性，而且原子并不定局域于某個(gè)特定的位置上。F.A.Lindemann提出了晶體熔化的判據(jù)：當(dāng)原子熱振動(dòng)的均方根位移與原子間距之比值超越一定限制后，晶體即發(fā)生熔化，即值因晶體結(jié)構(gòu)和資料類(lèi)型而有差異。關(guān)于體心立方金屬Li、Na、K等，0.11；關(guān)于面心立方金屬Cu、Ag、Au、A1等，，0.07。在固相到液相的相變進(jìn)程中，原子體積(也可以說(shuō)密度)有一騰躍式的變化，基本上不存在過(guò)熱形狀，但在降溫時(shí)，當(dāng)液體冷卻到熔點(diǎn)Tm時(shí)，并不會(huì)立刻凝結(jié)或結(jié)晶，而是先以過(guò)冷液體的方式存在于熔點(diǎn)之下。新的晶相構(gòu)成，首先要經(jīng)過(guò)成核階段，即在局部構(gòu)成小塊晶核。由于晶核尺寸很小，外表能將占很大的比例，因此將構(gòu)成能量的壁壘。因此，在熔點(diǎn)之上，成核是不能夠完成的。只要當(dāng)溫度下降至熔點(diǎn)以下，即存在一定的過(guò)冷度時(shí)，成核的幾率才大于零。晶核構(gòu)成后，晶核的長(zhǎng)大就主要依托原子的分散進(jìn)程。因此，結(jié)晶的速率既和成核的幾率有關(guān)，又和長(zhǎng)大的速率有關(guān)。前者取決于過(guò)冷度的大小，后者那么取決于溫度的上下。假設(shè)從液相冷卻上去的速率足夠快的話，過(guò)冷液相就將防止結(jié)晶而構(gòu)成玻璃態(tài)。結(jié)晶與構(gòu)成玻璃態(tài)，均取決于溫度和降溫速率。固相反響末尾溫度常遠(yuǎn)低于反響物的熔點(diǎn)或系統(tǒng)的低共熔點(diǎn)。這一溫度與反響物外部末尾清楚分散作用的溫度是相分歧的，常稱(chēng)為泰曼溫度或燒結(jié)溫度。不同物質(zhì)的泰曼溫度與其熔點(diǎn)Tm間存在一定的關(guān)系。例如關(guān)于金屬為0.3~0.5Tm；硅酸鹽類(lèi)的泰曼溫度那么區(qū)分為0.8~0.9Tm。無(wú)論是反響控制的固相反響還是分散控制的固相反響，反響速率常數(shù)、分散系數(shù)與溫度間均存在著阿倫紐斯方式的關(guān)系：(2)其中，K0為常數(shù)，G為活化能，R為氣體常數(shù)〔R=8.314JK1mol1〕。溫度關(guān)于資料中的相變、燒結(jié)等資料分解與制備中的關(guān)鍵進(jìn)程無(wú)論在熱力學(xué)還是動(dòng)力學(xué)上都發(fā)生劇烈的影響。因此，必需對(duì)溫度及溫度的調(diào)控有充沛的看法。3.1.1化學(xué)分解中常用的加熱方法當(dāng)化合物發(fā)作反響時(shí)，普通狀況下降高溫度那么反響速度加快。大體上溫度每降低l0C，反響速度就要添加一倍。因此，為了添加反響速度，往往需求在加熱下停止反響。此外，化學(xué)實(shí)驗(yàn)的許多化學(xué)實(shí)驗(yàn)室中常用的熱源有煤氣燈、酒精燈和電爐等。必需留意，玻璃儀器普通不能用火焰直接加熱。由于猛烈的溫度變化和加熱不平均會(huì)形成玻璃儀器的損壞。同時(shí)，由于局部過(guò)熱，還能夠惹起無(wú)機(jī)化合物的局部分解。為了防止直接加熱能夠帶來(lái)的效果，實(shí)驗(yàn)室中經(jīng)常依據(jù)詳細(xì)狀況運(yùn)用不同的直接加熱方式。最簡(jiǎn)便的是經(jīng)過(guò)石棉網(wǎng)停止加熱。但這種加熱仍很不平均，故在減壓蒸餾或回流低沸點(diǎn)易燃物等操作中就不能運(yùn)用。在化學(xué)實(shí)驗(yàn)室中，為了保證加熱平均，經(jīng)常選用以下熱浴來(lái)停止直接加熱(熱浴的液面高度皆應(yīng)略高于容器中的液面)。(1)水浴：當(dāng)需求的加熱溫度在80C以下時(shí)，可將容器浸入水浴中(留意：勿使容器觸及水浴底部)，小心加熱以堅(jiān)持所需的溫度。但是假定要長(zhǎng)時(shí)間加熱，水浴中的水總難免氣化外逸，在這種狀況下，可采用附加自動(dòng)添水裝置的水浴。假定需求加熱到100(2)油?。涸?00~250C范圍內(nèi)加熱，可以用油浴。油浴所能到達(dá)的最高溫度取決于所用油的種類(lèi)。假定在植物油中參與1%的對(duì)苯二酚，便可添加它們?cè)谑軣釙r(shí)的動(dòng)搖性。透明石蠟油可加熱到220C，溫渡過(guò)高并不分解，但易熄滅。甘油和鄰苯二甲酸二正丁酯適用于加熱到140~150C，溫渡過(guò)高那么易分解。硅油和真空泵油在250C左近仍較動(dòng)搖。應(yīng)當(dāng)指出，用油浴加熱時(shí)，油浴中應(yīng)放溫度計(jì)，以便及時(shí)調(diào)理燈焰，防止溫渡過(guò)高。此外，蠟或石蠟也可用作油浴的浴液，可以加熱到(3)砂浴：加熱溫度必需到達(dá)數(shù)百度以上時(shí)往往運(yùn)用砂浴。將清潔而又枯燥的細(xì)砂平鋪在鐵盤(pán)上，盛有液體的容器埋入砂中，在鐵盤(pán)下加熱，液體就間接受熱。由于砂對(duì)熱的傳導(dǎo)才干較差而散熱卻快，所以容器底部與砂浴接觸處的砂層要薄些，使易受熱；容器周?chē)c砂接觸的局部，可用較厚的砂層，使其不易散熱。但砂浴由于散熱太快，溫度上升較慢，且不易控制而運(yùn)用不廣。(4)空氣浴：沸點(diǎn)在80C以上的液體原那么上均可采用空氣浴加熱。最簡(jiǎn)便的空氣浴可用下法制造：取空的鐵罐一只，罐口邊緣剪光后，在罐的底層打數(shù)行小孔，另將圓形石棉片(直徑略小于罐的直徑，厚約2~3mm)放入罐中，使其蓋在小孔上，罐的周?chē)檬薏及?。另取直徑略大于罐口的石棉?厚約2~4mm)一塊，在其中挖一個(gè)洞(洞的直徑接近于蒸餾瓶或其他容器頸部的直徑)，然后對(duì)切為二，加熱時(shí)用以蓋住罐口。運(yùn)用時(shí)將此空氣浴放置在鐵三腳架上，用燈焰加熱即可。留意此外，當(dāng)物質(zhì)在高溫加熱時(shí)，也可以運(yùn)用熔融的鹽，如等重量的硝酸鈉和硝酸鉀混合物在218C熔化，在700C以下是動(dòng)搖的。含有40%亞硝酸鈉、7%硝酸鈉和53%硝酸鉀的混合物在142C熔化，運(yùn)用范圍150~500C。必需留意假定熔融的鹽觸及皮膚，會(huì)惹起3.1.2高溫的取得與測(cè)量方法普通稱(chēng)取得高溫的設(shè)備為高溫爐。高溫爐就用途不同可分為工業(yè)爐和實(shí)驗(yàn)用爐。工業(yè)爐又分為冶金用爐、硅酸鹽窯爐等。高溫爐的爐體是由各種耐火資料砌成，動(dòng)力可采用固體、氣體、液體、電，現(xiàn)工業(yè)消費(fèi)上多用火焰窯爐，但電爐與火焰爐相比有許多優(yōu)點(diǎn)，如清潔環(huán)保、熱效率高，爐溫調(diào)控準(zhǔn)確、便于實(shí)驗(yàn)工藝控制等，所以實(shí)驗(yàn)運(yùn)用的高溫爐基本上都是電爐。依據(jù)加熱方式的不同，電爐可大致分為以下幾類(lèi)。(1)電阻爐：當(dāng)電流流過(guò)導(dǎo)體時(shí)，由于導(dǎo)體存在電阻，于是發(fā)生焦耳熱，就成為電阻爐的熱源。普通供發(fā)熱用的導(dǎo)體的電阻值是比擬動(dòng)搖的，假設(shè)在動(dòng)搖電源作用下，并且具有動(dòng)搖的散熱條件，那么電阻爐的溫度是容易控制的。電阻爐設(shè)備復(fù)雜、易于制造、溫度功用好，故在實(shí)驗(yàn)室中用得最多。(2)感應(yīng)爐：在線圈中放一導(dǎo)體，當(dāng)線圈中通以交流電時(shí)，在導(dǎo)體中便被感應(yīng)出電流，借助于導(dǎo)體的電阻而發(fā)熱。假定試料為絕緣體時(shí)，那么必需經(jīng)過(guò)發(fā)熱體(導(dǎo)體)直接加熱。感應(yīng)加熱時(shí)無(wú)電極接觸，便于被加熱體系密封與氣氛控制，故實(shí)驗(yàn)室中也有較多運(yùn)用。感應(yīng)爐按其任務(wù)電源頻率的不同有中頻與高頻之分，前者多用于工業(yè)熔煉，實(shí)驗(yàn)室多用高頻爐，其電源頻率為10-100kHz。供高頻爐加熱用的感應(yīng)圈是中空銅控制成，管內(nèi)通水冷卻。(3)電弧爐和等離子爐：電弧爐是應(yīng)用電弧弧光為熱源加熱物體的，它普遍用于工業(yè)熔煉爐。在實(shí)驗(yàn)室中，為了熔化高熔點(diǎn)金屬，常運(yùn)用小型電弧爐。等離子爐是應(yīng)用氣體分子在電弧區(qū)高溫(5000K)作用下，離解為陽(yáng)離子和自在電子而到達(dá)極高的溫度(10000K)。(4)電子束爐：電子束在強(qiáng)電場(chǎng)作用下射朝陽(yáng)極，由于電子束沖擊的龐大能量，使陽(yáng)極發(fā)生很高的溫度。此種高溫爐多用來(lái)在真空中熔化難熔資料。在直流高壓下，電子沖擊會(huì)發(fā)生X光輻射，對(duì)人體有害，故普通不希望采用過(guò)高的電子減速電壓。常用的減速電壓為數(shù)千伏，電流為數(shù)百毫安。可經(jīng)過(guò)改動(dòng)燈絲電流而調(diào)整功率輸入，故電子束爐比電弧爐的溫度容易控制，但它僅適于局部加熱和在真空條件下運(yùn)用。(5)應(yīng)用熱輻射的加熱設(shè)備：普通的高溫爐，發(fā)熱體與試料間的熱傳導(dǎo)是經(jīng)過(guò)輻射和對(duì)流到達(dá)的。輻射加熱方式的特點(diǎn)是使發(fā)熱體與試料遠(yuǎn)離，便于在加熱進(jìn)程中對(duì)試料停止各種操作。由于熱輻射的速度很快，又無(wú)通常爐體的熱惰性，故輻射爐有利于試料的迅速加熱和冷卻。無(wú)機(jī)資料分解中運(yùn)用的高溫爐，應(yīng)當(dāng)具有以下特點(diǎn)：能到達(dá)足夠高的溫度，有適宜的溫度散布；爐溫易于測(cè)量與控制；爐體結(jié)構(gòu)復(fù)雜靈敏，便于制造；爐膛易于密封與氣氛調(diào)整。各種高溫爐及其能到達(dá)的溫度見(jiàn)表3.l。表3.1各種高溫爐及其能到達(dá)的溫度電熱體是電阻爐的發(fā)熱元件，合理選用電熱體是電阻爐設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容。(1)Ni-Cr和Fe-Cr-A1合金電熱體：是在1000~1300C高溫范圍內(nèi)，在空氣中運(yùn)用最多的發(fā)熱元件。這是由于，它們具有抗氧化、價(jià)錢(qián)廉價(jià)、易加工、電阻大和電阻溫度系數(shù)小等特點(diǎn)。Ni-Cr和Fe-Cr-Al合金有較好的抗氧化性，在高溫下由于空氣的氧化能生成CrO或NiCrO4致密的氧化膜，能阻止空氣對(duì)合金的進(jìn)一步氧化。為了不使維護(hù)膜破壞，此種發(fā)熱體不能在恢復(fù)氣氛中運(yùn)用，此外還應(yīng)盡量防止與碳、硫酸鹽、水玻璃、石棉以及有色金屬及其氧化物接觸。發(fā)熱體不應(yīng)急劇地升降溫，因它會(huì)使致密的氧化膜發(fā)生裂紋致使零落，起不到應(yīng)有的維護(hù)Ni-Cr合金常用牌號(hào)有Cr20Ni80和Cr15Ni60。經(jīng)高溫運(yùn)用后，只需沒(méi)有過(guò)燒，依然比擬柔軟。Ni-Cr合金具有較好的抗氮?dú)獠鸥?，常用于含氮?dú)夥盏碾娮锠t。Fe-Cr-Al合金絲經(jīng)高溫運(yùn)用后，因晶粒長(zhǎng)大而變脆。溫度越高、時(shí)間越長(zhǎng)，脆化越嚴(yán)重。因此，高溫用過(guò)的Fe-Cr-A1絲，不要拉伸和彎折，修繕時(shí)要細(xì)心，需求彎折時(shí)，可用噴燈加熱至暗白色后再停止操作。實(shí)驗(yàn)室用的Ni-Cr或Fe-Cr-A1發(fā)熱體，大局部制成直徑為0.5~3.0mm的絲狀。電熱絲普通繞在耐火爐管外側(cè)，有的繞在特制爐膛的溝槽中。(2)Pt和Pt-Rh電熱體：鉑的化學(xué)功用與電功用都很動(dòng)搖，且易于加工，運(yùn)用溫度高，故在某些特殊場(chǎng)所下被用作電熱體。鉑的熔點(diǎn)為1769C，高于1500C時(shí)硬化。鉑在低于熔點(diǎn)溫度的高溫下，與氧可構(gòu)成中間的鉑氧化物相，使鉑絲細(xì)化損失。因此，普通建議在空氣中鉑的最高運(yùn)用溫度為1500C，長(zhǎng)時(shí)間平安運(yùn)用溫度低于1400C，不能在≥在高溫下，鉑與一切的金屬和非金屬(P、S等)都能構(gòu)成合金或化合物，故應(yīng)防止接觸。當(dāng)有能被恢復(fù)的化合物與恢復(fù)性氣氛共同存在時(shí)，對(duì)鉑也是有害的。例如，SiO2與恢復(fù)氣氛共存時(shí)，在高溫下構(gòu)成氣相SiO2。所以，即使SiO2與Pt無(wú)直接接觸，也有能夠生成Pt-Si化合物而使Pt遭到破壞。，通常繞在爐管外側(cè)的Pt絲要用A12O3粉掩蓋。要求Al2O3粉不含Si和Fe的氧化物雜質(zhì)。Pt絲長(zhǎng)時(shí)間在高溫下運(yùn)用，會(huì)因晶粒長(zhǎng)大而脆斷，此外，Pt在高溫下切忌與含H或C的氣氛接觸，否那么會(huì)使其中毒而招致運(yùn)用壽命大為延長(zhǎng)。Pt-Rh合金與Pt比擬，具有更高的熔點(diǎn)與更高的運(yùn)用溫度(見(jiàn)表3.2)。隨著Rh含量添加，合金最高運(yùn)用溫度也增高。但與此同時(shí)，合金的加工功用急劇好轉(zhuǎn)。表3.2Pt-Rh合金電熱體功用Pt和Pt-Rh合金的電阻率隨溫度的變化較Ni-Cr、較Fe-Cr-A1合金更為清楚，Pt-Rh合金的運(yùn)用條件與Pt基本分歧，但在高溫下，晶粒長(zhǎng)大較Pt緩慢。Pt-Rh合金在高溫下長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)用，絲徑會(huì)因Rh的揮發(fā)而變細(xì)，揮發(fā)金屬附著于爐體較冷部位。Pt、Rh均為貴金屬，運(yùn)用后應(yīng)回收。(3)Mo、W、Ta電熱體：為了取得更高的溫度，在真空或適當(dāng)氣氛下。往往采用高熔點(diǎn)金屬(Mo、W、Ta等)為電熱體。鎢是金屬中熔點(diǎn)最高的，很早就用于電光源做發(fā)光燈絲資料。鎢的冷加工功用不太好，但還可制成細(xì)絲和薄片。鎢在常溫下很動(dòng)搖，但在空氣中加熱便氧化成WO3，它能與堿性氧化物生成鎢酸鹽，鎢能同鹵族元素直接化合。鎢和碳、硅、硼在高溫下共熱，可生成相應(yīng)的化合物。在空氣或氧化劑存在時(shí)，鎢溶解于熔堿中生成鎢酸鹽，并為熱的堿性水溶液腐蝕。鎢與酸起細(xì)微作用，但在氧氟酸和硝酸混合物中加熱溶解很快。為了取得2000C以上的高溫，常采用鎢絲或鎢棒為電熱元件，運(yùn)用與鎢比擬，鉬的密度小，價(jià)錢(qián)廉價(jià)，加工功用好，普遍用作取得1600-1700C高溫的電熱元件。鉬有較高的蒸氣壓，故在高溫下長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)用，會(huì)因基體揮發(fā)而延長(zhǎng)電熱元件的壽命。鉬在高溫下極易氧化生成MoO3而揮發(fā)。因此，氣氛中的氧應(yīng)盡量去除。對(duì)鉬絲爐普通采用經(jīng)除氧后的H2或H2+N2為維護(hù)氣氛，后者運(yùn)用較多，由于它比擬平安實(shí)驗(yàn)室中的鉬絲爐，是將鉬絲直接繞在剛玉(A12O3)爐管上的，由于，剛玉管高于1900C會(huì)硬化，故鉬絲爐所能到達(dá)的最高溫度受爐管限制。鉬絲爐普通要求有足夠緩慢的升降溫速度，這主要是為了鉭不能在氫氣中運(yùn)用，由于它能吸收氫而使功用變壞。鉭比鉬熔點(diǎn)高，比鎢加工功用好，在真空或惰性氣氛中動(dòng)搖。所以作為取得高溫的電熱體也失掉一定的運(yùn)用，但價(jià)錢(qián)較貴是其缺乏之處。(4)碳化硅(SiC)電熱體：是由SiC粉加黏結(jié)劑成形后燒結(jié)而成。質(zhì)量?jī)?yōu)秀的碳化硅電熱體在空氣中可運(yùn)用到1600C，普通運(yùn)用到1450C左右，它是一種比擬理想的高溫電熱硅碳棒有不同規(guī)格，它可以靈敏地布置在爐膛內(nèi)需求的位置上，它的兩個(gè)接線端露于爐外。運(yùn)用硅碳棒的缺陷是，爐內(nèi)溫度場(chǎng)不夠平均，并且各支硅碳棒電阻婚配困難。硅碳管是直接把SiC制成管狀發(fā)熱體，故溫度場(chǎng)比擬平均。目前國(guó)產(chǎn)硅碳管最大直徑為100mm。硅碳管有無(wú)螺紋、單螺紋和雙螺紋之分。為了增加SiC電熱體接線電阻，在接線端噴鍍一層金屬鋁，電極卡頭用鎳或不銹鋼片制成。在裝置SiC電熱體時(shí)，切忌使發(fā)熱部位與其他物體相接觸，以免高溫下相互作用。SiC電熱體有良好的耐急冷急熱功用。在800C左右，SiC電熱體電阻率出現(xiàn)最低點(diǎn)，說(shuō)明SiC在高溫區(qū)呈半導(dǎo)體特性，而在因此，高溫時(shí)爐溫控制不困難，由于隨爐溫降低而元件電阻增大，具有自動(dòng)限流作用。室溫時(shí)元件電阻很大，需求較高的啟動(dòng)電壓才行。但應(yīng)留意，啟動(dòng)通電后由于爐溫降低(800C前元件電阻下降)，電流有自動(dòng)添加的SiC電熱體在運(yùn)用進(jìn)程中，電阻率緩慢增大的現(xiàn)象叫〝老化〞。這種老化現(xiàn)象在高溫時(shí)尤為嚴(yán)重。SiC的老化是電熱體氧化的結(jié)果，在空氣中運(yùn)用溫渡過(guò)高，或空氣中水汽含量很多時(shí)，都可使SiC老化減速。但在CO氣氛中，SiC發(fā)熱體能運(yùn)用到1800C。SiC發(fā)熱體不能在真空下與氫氣氛中運(yùn)用。老化后的SiC發(fā)熱體仍可勉強(qiáng)運(yùn)用，但應(yīng)提升任務(wù)電壓并留意平安。普通以為，SiC發(fā)熱體有效壽命完畢在其常溫下電阻值為初始值兩倍的時(shí)分(5)碳質(zhì)電熱體：石墨或碳質(zhì)電熱體具有良好的耐急冷急熱性，至少在2500C以前，其機(jī)械強(qiáng)度隨溫度降低而增大。它的電阻率隨溫度變化不大，加工功用良好，運(yùn)用溫度極高。故常用作取得高溫的電熱資料，將石墨加工成筒形發(fā)熱體的高溫爐稱(chēng)為碳管爐。由于碳質(zhì)資料的電阻率很小(10-3·cm)，所以常在筒形發(fā)熱體上作螺旋或橫向切口以增大發(fā)熱體的電阻值。雖然如此，運(yùn)用以碳質(zhì)發(fā)熱體為熱源的高溫爐，最高運(yùn)用溫度可達(dá)3600C，常用溫度為1800C~2000C。碳在常溫下十分動(dòng)搖，當(dāng)加熱到高溫時(shí)，碳的化學(xué)活性迅速添加，此時(shí)它容易和氧化合，為了防止碳質(zhì)電熱體高溫氧化而燒毀，應(yīng)在真空、恢復(fù)性(6)二硅化鉬(MoSi2)電熱體：在高溫下使用具有良好的抗氧化性，這是由于在高溫下，發(fā)熱體外表熟成MoO3而揮發(fā)，于是構(gòu)成一層很致密的SiO2維護(hù)膜，阻止了MoSi2進(jìn)一步氧化。MoSi2發(fā)熱體在空氣中可平安運(yùn)用到1700C，但在氮和惰性氣體中，最高運(yùn)用溫度將要下降，它也不能在氫氣或真空中運(yùn)用。MoSi2電熱體不宜在高溫下(500-700C)的空氣中運(yùn)用，此時(shí)Mo被少量氧化而又不能構(gòu)成SiO2維護(hù)膜。故普通以為，MoSi2不宜在低于1000MoSi2在空氣中長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)用，其電阻率堅(jiān)持不變，無(wú)所謂發(fā)生〝老化〞現(xiàn)象，這是MoSi2所特有的優(yōu)點(diǎn)，為其他電熱體所不及。為了使SiO2維護(hù)膜不被破壞，應(yīng)防止電熱體與能夠生成硅酸鹽的資料相接觸。當(dāng)然，電熱體外表溫度不宜過(guò)高，以免SiO2膜熔融下流。MoSi2電阻率較SiC小，所以供電需配用大電流變壓器。MoSi2電熱體長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)用，其力學(xué)強(qiáng)度逐漸下降，致使最終破壞，但總的運(yùn)用壽命比SiC長(zhǎng)。MoSi2發(fā)熱體通常做成棒狀或U形兩種，大多在垂直形狀下運(yùn)用。由于MoSi2發(fā)熱體在高于1350C時(shí)會(huì)變軟，有延展性，假定水平運(yùn)用，必需用耐火資料支持發(fā)熱體，但最高運(yùn)用溫度不超越1500C。MoSi2在常溫下很脆，裝置(7)氧化物電熱體：ZrO2、ThO2等氧化物可以作為電熱體在空氣中運(yùn)用到1800C上。ZrO2、ThO2具有負(fù)的電阻溫度系數(shù)，屬半導(dǎo)體類(lèi)型資料。它們?cè)诔叵戮哂泻艽蟮碾娮柚担率篃o(wú)法直接通電加熱。實(shí)踐上，在氧化物發(fā)熱體通電之前，先采用其他電熱體如Pt-Rh、MoSi2、SiC等)把它加熱到1000C以上，使其電阻大為下降，此時(shí)才干對(duì)氧化物通電加熱升溫。因此，運(yùn)用氧化物電熱體的高溫爐需求配置兩套供電鉻酸鑭是以LaCrO3為主成分的可在氧化性氣氛中運(yùn)用的高溫電爐發(fā)熱體，是應(yīng)用LaCrO3的電子導(dǎo)電性的氧化物發(fā)熱體。其特點(diǎn)是：熱效率高，單位面積發(fā)熱量大；發(fā)熱體外表溫度可長(zhǎng)時(shí)間堅(jiān)持在1900C，爐內(nèi)有效溫度可達(dá)1850C；在大氣、氧化性氣氛中可以動(dòng)搖運(yùn)用；運(yùn)用方法復(fù)雜，電極平安牢靠；較容易失掉較寬的均熱帶，易于完成高精度的溫度控制。通常LaCrO3發(fā)熱體是棒狀的，適于制造管式爐。兩端的電極部和中間的發(fā)熱部結(jié)表3.3各種發(fā)熱體的最高任務(wù)溫度溫度是表征物體冷熱水平的物理量。它是物理化學(xué)進(jìn)程中運(yùn)用最普遍、最重要的工藝參數(shù)。多種工業(yè)產(chǎn)品的產(chǎn)量、質(zhì)量、能耗等都直接與溫度有關(guān)。因此，準(zhǔn)確地測(cè)量溫度具有十分重要的意義。只能借助于冷熱不同的物體之間的熱交流以及物體的某些物理性質(zhì)隨冷熱水平不同而變化的特性來(lái)加以直接的測(cè)量。希望用于測(cè)量物體的物理性質(zhì)，要延續(xù)單值地隨著溫度而變化，而且重復(fù)性要好，以便于準(zhǔn)確測(cè)量。但實(shí)踐上并沒(méi)有一種物體的物理性質(zhì)能完全契合上述要求。因此，物理性質(zhì)的選擇便是一種復(fù)雜而又困難的任務(wù)。目前比擬常用的物理性質(zhì)有熱收縮、電阻變化、熱電效應(yīng)、熱輻射等。隨著迷信技術(shù)的開(kāi)展，又運(yùn)用了一些新的測(cè)溫原理，如射流測(cè)溫、渦流測(cè)溫、激光測(cè)溫以及應(yīng)用衛(wèi)星測(cè)溫等。溫度的上下必需用數(shù)字來(lái)說(shuō)明，溫標(biāo)就是溫度的數(shù)值表示方法。各種溫度計(jì)的數(shù)值都是由溫標(biāo)決議的。為了一致國(guó)際間的溫度量值，目前各國(guó)采用的是(1990年國(guó)際溫標(biāo))。國(guó)際溫標(biāo)是以一些純物質(zhì)的相平衡點(diǎn)(即定義固定點(diǎn))為基礎(chǔ)樹(shù)立起來(lái)的。這些點(diǎn)的溫度數(shù)值是給定的。國(guó)際溫標(biāo)就是以這些固定點(diǎn)的溫度給定值以及在這些固定點(diǎn)上分渡過(guò)的規(guī)范儀器和插補(bǔ)公式來(lái)復(fù)現(xiàn)熱力學(xué)溫標(biāo)的。固定點(diǎn)間的溫度數(shù)值，是用插補(bǔ)公式確定的。到目前為止，還不能夠用一種溫度計(jì)復(fù)現(xiàn)整個(gè)溫標(biāo)。1990年國(guó)際溫標(biāo)(1TS一90)，仍以熱力學(xué)溫度作為基本溫度，為了區(qū)別以前的溫標(biāo)，用〝T90。〞代表新溫標(biāo)的熱力學(xué)溫度，單位為K。與此并用的攝氏溫度記為t90，單位為C，T90與t90的關(guān)系為ITS一90國(guó)際溫標(biāo)的固定點(diǎn)總數(shù)較1968年國(guó)際適用溫標(biāo)IPTS一68(75)添加4個(gè)，而且，其數(shù)值簡(jiǎn)直全改了，變得更準(zhǔn)確；取消了水沸點(diǎn)、氧沸點(diǎn)等，新添加氖、汞等三相點(diǎn)及鎵等熔點(diǎn)及凝結(jié)點(diǎn)；高溫下限延伸至0.65K；高溫范圍的鉑銠10-鉑熱電偶，作為溫標(biāo)的規(guī)范儀器已被取消，代之為鉑電阻溫度計(jì)。華氏〔Fahrenheit〕和攝氏〔Celsius〕溫標(biāo)之間，有如下關(guān)系：其中，下標(biāo)f,c區(qū)分相應(yīng)于華氏和攝氏溫度。比如，0C=32F，溫度測(cè)量方法通常分為接觸式與非接觸式兩種。接觸式測(cè)溫就是測(cè)溫元件要與被測(cè)物體有良好的熱接觸，使兩者處于相反溫度，由測(cè)溫元件感知被測(cè)物體溫度的方法。非接觸式與接觸式相反，測(cè)溫元件不與被測(cè)物體接觸，而是應(yīng)用物體的熱輻射或電磁性質(zhì)來(lái)測(cè)定物體的溫度。兩種測(cè)溫方式的特點(diǎn)見(jiàn)表3.5。表3.5接觸法和非接觸法的特點(diǎn)3.1.3高溫取得據(jù)統(tǒng)計(jì)，在各類(lèi)溫度傳感器中，高溫溫度傳感器約占5%。高溫范圍的特殊性以及相關(guān)技術(shù)的復(fù)雜性，添加了人們對(duì)高溫溫度的取得和準(zhǔn)確測(cè)量的難度。近年來(lái)，隨著近代物理學(xué)和電子技術(shù)的開(kāi)展，高溫溫度傳感器作為一門(mén)新興技術(shù)，不只失掉興旺國(guó)度的普遍注重，也不時(shí)是各開(kāi)展中國(guó)度競(jìng)相停止研討開(kāi)發(fā)的熱點(diǎn)，許多國(guó)度經(jīng)過(guò)研討各種物理效應(yīng)，探求新的高溫測(cè)量方法，采用近代技術(shù)開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品，擴(kuò)展測(cè)溫范圍，提高測(cè)量精度，占領(lǐng)世界市場(chǎng)，并取得了新停頓。通常取得高溫的途徑有相變制冷、熱電制冷、等焓與等熵絕熱收縮等，表3.6列出了一些主要的制冷方法。表3.6一些主要的制冷方法一些罕見(jiàn)的高溫源如下：(1)冰鹽共熔體系：將冰塊和鹽盡量弄細(xì)并充沛混合(通常用冰磨將其磨細(xì))可以到達(dá)比擬低的溫度，例如，下面一些冰鹽混合物可到達(dá)不同的溫度3份冰+1份NaCl(-2lC)；3份冰+3份CaCl2(-402份冰+1份濃HNO3(-56(2)干冰浴：這也是經(jīng)常用的一種高溫浴，它的升華溫度－78.(3)液氮：N2液化的溫度是-195.8C，它是在分解反響與物化功用實(shí)驗(yàn)中經(jīng)常用的一種高溫浴，當(dāng)用于冷浴時(shí)，運(yùn)用溫度最低可達(dá)-205(4)相變制冷?。哼@種高溫浴可以恒定溫度。如CS2可達(dá)-111.6C，這個(gè)溫度是規(guī)范氣壓下二硫化碳的固液平衡點(diǎn)。經(jīng)常表3.7一些常用高溫浴的相變冷浴溫度高溫的溫度測(cè)量有其特殊測(cè)量方法。不只所選用的溫度計(jì)與測(cè)量常溫時(shí)的有所不同，而且不同高溫溫區(qū)也有相對(duì)應(yīng)的測(cè)溫溫度計(jì)。這些高溫溫度計(jì)的測(cè)溫原理是依據(jù)物質(zhì)的物理參量與溫度之間存在的一定關(guān)系，經(jīng)過(guò)測(cè)定這些物質(zhì)的某些物理參量就可以失掉欲知的溫度值。常用的高溫溫度計(jì)如下。(1)高溫?zé)犭娕际怯脕?lái)測(cè)量高溫的常用傳感器，其結(jié)構(gòu)原那么沒(méi)有太大改動(dòng)。熱電偶的測(cè)溫范圍為2~300K。表3.8示出了各種熱電偶的測(cè)溫范圍。表3.8各種熱電偶的測(cè)溫范圍高溫?zé)犭娕寂c高溫?zé)犭娕汲嗽谶x材方面不相反外，在運(yùn)用時(shí)還應(yīng)思索選擇絲徑更細(xì)的線材，以滿足高溫下漏熱少的要求。另外熱電偶接點(diǎn)的焊接方法也不相反，這里要求焊接點(diǎn)能接受高溫而不易脫離。例如，銅-康銅熱電偶可采用電弧碰焊。國(guó)外主要變化是為順應(yīng)市場(chǎng)需求，開(kāi)展了少量的各種結(jié)構(gòu)的變型種類(lèi)。以美國(guó)為代表的一些興旺國(guó)度消費(fèi)的熱電偶有如下特點(diǎn)。(2)電阻溫度計(jì)：是應(yīng)用感溫元件的電阻與溫度之間存在一定的關(guān)系而制成的。制造電阻溫度計(jì)時(shí)，應(yīng)選用電阻比擬大、功用動(dòng)搖、物理及金屬?gòu)?fù)制功用好的資料，最好選用電阻與溫度間具有線性關(guān)系的資料。常用的有鉑電阻溫度計(jì)、鍺電阻溫度計(jì)、碳電阻溫度計(jì)、銠鐵電阻溫度計(jì)等。用高溫?zé)犭娕寂c電阻溫度計(jì)測(cè)量中的主要要求是精度、牢靠性、重復(fù)性和實(shí)踐溫度標(biāo)定。選擇溫度計(jì)時(shí)應(yīng)思索測(cè)溫范圍、要求精度、動(dòng)搖性、熱循環(huán)的重復(fù)性和對(duì)磁場(chǎng)的敏理性，同時(shí)還要思索到布線和讀出設(shè)備等的費(fèi)用，最好是用某種溫度計(jì)測(cè)量它自身的最正確適用溫度。由于簡(jiǎn)直一切的溫度計(jì)都必需提供一個(gè)恒定的電流，這就需求思索寄生熱負(fù)載的影響(如，沿著導(dǎo)線的熱傳遞和在讀出時(shí)期的焦耳熱)。充沛思索這些影響后選擇的溫度計(jì)，就應(yīng)是很好的高溫溫度計(jì)了。表3.9列出了一些高溫溫度計(jì)的特性。表3.9一些高溫溫度計(jì)的特性(3)紅外輻射溫度計(jì)：輻射式溫度計(jì)是依據(jù)物體輻射的能量來(lái)測(cè)量其溫度的傳感器。它屬于非接觸式，具有測(cè)溫范圍寬、反響迅速、熱惰性小等優(yōu)點(diǎn)。這種傳感器適用于腐蝕性場(chǎng)所、運(yùn)動(dòng)形狀物體的溫度測(cè)量。由于它的感溫局部不與測(cè)溫介質(zhì)直接接觸。因此，其測(cè)溫精度不如熱電偶溫度計(jì)高，測(cè)量誤差較大，由于高溫時(shí)輻射能量大大減小，而且是發(fā)射波長(zhǎng)較長(zhǎng)的紅外線。因此，在高溫場(chǎng)所用來(lái)測(cè)量的時(shí)機(jī)相對(duì)比擬少。隨著輻射檢測(cè)元件的停頓，美國(guó)正努力將檢測(cè)元件裝置在極高溫的全輻射溫度計(jì)上，將溫度延伸到高溫范圍并可望停止溫度的相對(duì)測(cè)定。(4)新型高溫溫度傳感器：俄羅斯應(yīng)用聲速在氣體中與溫度的關(guān)系，研制了電聲氣體溫度計(jì)，在2~273K溫度范圍內(nèi)測(cè)定熱力學(xué)溫度的誤差約為0.01~C，并可失掉0.00l一0.0005K的復(fù)現(xiàn)性，研制的石英晶體音叉溫度傳感器，測(cè)量范圍4.2K~+250C，分辨力0.0001K，精度0.02-0.2K；英國(guó)的高溫氣體溫度計(jì)在2~20K溫度范圍內(nèi)可達(dá)0.0005K的精度；澳大利亞定容氣體溫度計(jì)在2~16K溫度范圍內(nèi)準(zhǔn)確度達(dá)高溫控制有兩種，一是恒溫冷浴，二是高溫恒溫器。除了冰水浴外，其他泥浴(相變制冷浴)的制備都是在通風(fēng)櫥里漸漸地加液氮到杜瓦瓶里，杜瓦瓶?jī)?nèi)預(yù)先放上裝有調(diào)制泥浴的某種液體的容器并攪拌，當(dāng)泥浴液相成一種稠的牛奶狀時(shí)，就說(shuō)明已成了液-固平衡物了。留意不要加過(guò)量的液氮。干冰浴也是經(jīng)常運(yùn)用的恒溫冷浴。高溫恒溫器通常是指這樣的實(shí)驗(yàn)裝置，它應(yīng)用高溫流體或其他方法，使試樣處在恒定的或按所需方式變化的高溫溫度下，并能對(duì)試樣停止某種化學(xué)反響或某種物理量的測(cè)量。大少數(shù)高溫實(shí)驗(yàn)任務(wù)是在盛有高溫液體的實(shí)驗(yàn)杜瓦容器中停止的。高溫恒溫器是實(shí)驗(yàn)杜瓦容器和容器外部裝置的總稱(chēng)。高溫恒溫器大體可以分紅兩大類(lèi)，第一類(lèi)是所需溫度范圍可用浸泡試樣或使實(shí)驗(yàn)裝置在高溫液體中的方法來(lái)完成。改動(dòng)液體上方蒸氣的壓強(qiáng)即可以改動(dòng)溫度，如減壓降溫恒溫器。第二類(lèi)是所需溫度包括液體正常沸點(diǎn)以上的溫度范圍，例如，4.2~77K，77~300K等，普通稱(chēng)做中間溫度。可以用兩種方法取得中間溫度，一種是使試樣或裝置與液池完全絕熱或局部絕熱，然后用電加熱來(lái)降高溫度；另一種是用冷氣流、制冷機(jī)或其他制冷方法(例如，活性炭吸附等)控制供冷速率，以失掉所需的溫度。實(shí)驗(yàn)任務(wù)中，經(jīng)常要使試樣或?qū)嶒?yàn)裝置在所要求的溫度上動(dòng)搖一定的時(shí)間，停止任務(wù)后再改動(dòng)到另一溫度。在減壓降溫恒溫器中，要用恒壓的方法動(dòng)搖溫度；在延續(xù)流恒溫器中，那么要用調(diào)理冷劑的流量來(lái)動(dòng)搖溫度。最復(fù)雜的一種液體浴高溫恒溫器如圖3.1所示。它可以用于堅(jiān)持-70C以下的溫度。它制冷是經(jīng)過(guò)一根銅棒來(lái)停止的，銅棒作為冷源，它的一端同液氮接觸，可借銅棒浸入液氮的深度來(lái)調(diào)理溫度，目的是使冷浴溫度比我們所要求的溫度低5C左右，另外有一個(gè)控制加熱器的開(kāi)關(guān)，經(jīng)冷熱調(diào)理可使溫度堅(jiān)持恒定(0.1C)。由于少量氣態(tài)、揮發(fā)性或?qū)λ?、氧、熱等敏感的無(wú)機(jī)化合物(包括金屬無(wú)機(jī)化合物與配合物、簇合物等)的分解、分別與提純以及相關(guān)的3.1液體浴高溫恒溫器3.2高壓高壓作為一種特殊的研討手腕，在物理、化學(xué)及資料分解方面具有特殊的重要性。這是由于高壓作為一種典型的極端物理?xiàng)l件可以有效地改植物質(zhì)的原子間距和原子殼層形狀，因此經(jīng)常被用作一種原子間距調(diào)制、信息探針和其它特殊的運(yùn)用手腕，簡(jiǎn)直浸透到絕大少數(shù)的前沿課題的研討中。應(yīng)用高壓手腕不只可以協(xié)助人們從更深的層次去了解常壓條件下的物理現(xiàn)象和性質(zhì)，而且可以發(fā)現(xiàn)慣例條件下難以發(fā)生而只在高壓環(huán)境才干出現(xiàn)的新現(xiàn)象、新規(guī)律、新物質(zhì)、新功用、新資料。高壓分解，就是應(yīng)用外加的高壓力，使物質(zhì)發(fā)生多型相轉(zhuǎn)變或發(fā)作不同物質(zhì)間的化合，而失掉新相、新化合物或新資料。眾所周知，由于施加在物質(zhì)上的高壓卸掉以后，大少數(shù)物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和行為發(fā)生可逆的變化，失掉高壓形狀的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。因此，通常的高壓分解都采用高壓和高溫兩種條件交集的高壓高溫分解法，目的是尋求經(jīng)卸壓降溫以后的高壓高溫分解產(chǎn)物可以在常壓常溫下堅(jiān)持其高壓高溫形狀的特殊結(jié)構(gòu)和功用的新資料。BridgmanPW以一生的精神開(kāi)展了高壓技術(shù)，開(kāi)創(chuàng)了高壓下物質(zhì)的相變和物理性質(zhì)的研討范圍。1946年，當(dāng)他取得諾貝爾獎(jiǎng)以后，惹起了人們對(duì)高壓分解新物質(zhì)、新資料的關(guān)注。但是直到1955年，BundyFP等人初次應(yīng)用高壓手腕人工地分解出只要地球外部條件下才干構(gòu)成的、具有嚴(yán)重運(yùn)用價(jià)值的金剛石以后，新物質(zhì)的高壓分解任務(wù)才開(kāi)展成研討熱潮。接著，WentorfJrRH借助高壓方法又分解出自然界中不曾發(fā)現(xiàn)的、與碳具有等電子結(jié)構(gòu)的、硬度僅次于金剛石的立方氮化硼。高壓分解，從此惹起了人們的格外注重。通常，需求高壓手腕停止分解的有以下幾種狀況：①在大氣壓(0.1MPa)條件下不能生長(zhǎng)出滿意的晶體；②要求有特殊的晶型結(jié)構(gòu)；③晶體生長(zhǎng)需求有高的蒸氣壓；④生長(zhǎng)或分解的物質(zhì)在大氣壓下或在熔點(diǎn)以下會(huì)發(fā)作分解；⑤在常壓條件下不能發(fā)作，而只要在高壓條件下才干發(fā)作化學(xué)反響；⑥要求有某些高壓條件下才干出現(xiàn)的低價(jià)態(tài)(或低價(jià)態(tài))以及其它的特殊的電子態(tài)；⑦要求某些高壓條件下才干出現(xiàn)的特殊功用等狀況。針對(duì)不同的狀況可以采用不同的壓力范圍停止分解。目前通常所采用的高壓固態(tài)反響分解范圍普通從1-10MPa的高壓力分解到幾十個(gè)GPa(1GPa1萬(wàn)大氣壓)的高壓力分解。通常所指的高壓分解為1GPa以上的分解。3.2.1高壓的發(fā)生和測(cè)量應(yīng)用外界機(jī)械加載方式，經(jīng)過(guò)緩慢逐漸施加負(fù)荷擠壓所研討的物體或試樣，當(dāng)其體積增加時(shí)，就在物體或試樣外部發(fā)生高壓強(qiáng)。由于外界施加載荷的速度緩慢(通常不會(huì)隨同著物體的升溫)，所發(fā)生的高壓力稱(chēng)為靜態(tài)高壓。罕見(jiàn)的靜高壓發(fā)生裝置有兩類(lèi)。=1\*GB3①應(yīng)用油壓機(jī)作為動(dòng)力，推進(jìn)高壓裝置中的高壓構(gòu)件，擠壓試樣，發(fā)生高壓。這類(lèi)高壓裝置，最罕見(jiàn)的有六面頂(高壓構(gòu)件由六個(gè)頂錘組成)高壓裝置和年輪式兩面頂(高壓構(gòu)件由一對(duì)頂錘和一個(gè)壓缸組成)高壓裝置。年輪式兩面頂高壓構(gòu)件如圖4-1所示。=2\*GB3②應(yīng)用自然金剛石作頂錘(壓砧)，制成的微型金剛石對(duì)頂砧高壓裝置(diamondanvilcell，簡(jiǎn)稱(chēng)DAC)。這種裝置可以發(fā)生幾十GPa到三百多GPa的高壓，還可以與同步輻射光源、X射線衍射、Raman散射等測(cè)試設(shè)備聯(lián)用，展開(kāi)高壓條件下的物質(zhì)相變、高壓分解的原位測(cè)試。但是假定以分解資料作為研討目的，微型金剛石對(duì)頂砧的腔體太小(約10-3mm3)，難于取出試樣來(lái)停止產(chǎn)物的各種表征及作其它功用的測(cè)試。通常，以產(chǎn)物分解為研討目的的高壓裝置都采用具有大腔體(10-1cm3，甚至數(shù)百cm3)的大型高壓裝置(如兩面頂和六面頂壓機(jī)等)。其中還有一種壓腔較小(但比金剛石對(duì)頂砧大很多)的裝置，壓強(qiáng)可達(dá)30GPa，它也可以和同步輻射及其它測(cè)試裝置聯(lián)用，停止些原位測(cè)試。停止工業(yè)消費(fèi)運(yùn)用的工業(yè)裝置，壓腔普通比擬大，壓強(qiáng)可以到達(dá)8GPa。圖3.2兩面頂高壓構(gòu)件表示圖應(yīng)用爆炸(核爆炸，火藥爆炸等)、強(qiáng)放電等發(fā)生的沖擊波，在s~ps的瞬間以很高的速度作用到物體上，可使物體外部壓力到達(dá)幾十GPa以上，甚至上千GPa，同時(shí)隨同著驟然升溫。這種高壓力，就稱(chēng)為靜態(tài)高壓。它也可用來(lái)展開(kāi)新資料的分解研討，但因受條件的限制，動(dòng)高壓資料分解的研討任務(wù)，展開(kāi)得還不多。當(dāng)炸藥爆炸時(shí)所發(fā)生沖擊波，是一種以超音速在物體中傳達(dá)的波，沖擊波的中心處于劇烈的緊縮形狀。這種緊縮形狀稱(chēng)之為〝沖擊緊縮〞。當(dāng)炸藥爆炸時(shí)伴有化學(xué)反響的沖擊波，那么稱(chēng)之為〝爆轟波〞，〝沖擊緊縮〞是沖擊波抵達(dá)的瞬間發(fā)生的，不會(huì)使熱傳導(dǎo)出去，因此它是一種絕熱現(xiàn)象。當(dāng)固體物質(zhì)受沖擊波掃過(guò)時(shí)，就會(huì)急劇地向沖擊波方向緊縮，當(dāng)這種緊縮超越某一壓力極限時(shí)，組成固體的粒子(原子群)就像流體一樣飛舞起來(lái)。假定此時(shí)用X光觀察〝沖擊緊縮〞中的原子陳列，那么會(huì)發(fā)現(xiàn)結(jié)晶是一種分紅幾百納米以下的微結(jié)晶，且呈鑲嵌狀陳列。當(dāng)固體粉末遭到?jīng)_擊波沖擊緊縮時(shí)，隨同粉末粒子間的移動(dòng)摩擦，以及粉末間氣體緊縮發(fā)生的超高溫，使粉末外表失掉加熱，并在其外部瞬間發(fā)生局部的高溫散布，此現(xiàn)象在多孔質(zhì)物體中亦會(huì)發(fā)作。通常把這種〝沖擊緊縮〞發(fā)生的瞬態(tài)高溫高壓用于人工分解超硬資料，或用于固化粉狀物的技術(shù)，均稱(chēng)為動(dòng)高壓分解技術(shù)。高壓分解要測(cè)量的物理量首先是作用在試樣單位面積上的壓力，也就是壓強(qiáng)。在高壓研討的文獻(xiàn)中，普通都習(xí)氣地把壓強(qiáng)稱(chēng)為壓力，它不等于外加的負(fù)載。在實(shí)驗(yàn)室和工業(yè)消費(fèi)中，經(jīng)常采用物質(zhì)相變點(diǎn)定標(biāo)測(cè)壓法。應(yīng)用國(guó)際公認(rèn)的某些物質(zhì)的相變壓力作為定標(biāo)點(diǎn)，把一些定標(biāo)點(diǎn)和與之對(duì)應(yīng)的外加負(fù)荷聯(lián)絡(luò)起來(lái)，給出壓力定標(biāo)曲線，就可以對(duì)高壓腔內(nèi)試樣所遭到的壓力停止定標(biāo)。如今通用的是應(yīng)用純金屬Bi(=1\*ROMANI－Ⅱ)(2.5GPa)、T1(=1\*ROMANI－Ⅱ)(3.67GPa)、Cs(Ⅱ－Ⅲ)(4.2GPa)、Ba(=1\*ROMANI－Ⅱ)(5.3GPa)、Bi(Ⅲ－Ⅳ)(7.4GPa)等相變時(shí)電阻發(fā)作躍變的壓力值作為定標(biāo)點(diǎn)。有時(shí)也試用一維無(wú)機(jī)金屬絡(luò)合物Pt(DMG)2(6.9GPa)和聚苯胺；無(wú)機(jī)高分子PAn-H+(3.5GPa)資料的電阻-壓力極小值作為定標(biāo)，效果也不錯(cuò)。關(guān)于微型金剛石對(duì)頂砧高壓裝置，常采用紅寶石的熒光R線隨壓力紅移的效應(yīng)停止定標(biāo)測(cè)壓，也有應(yīng)用NaCl的晶格常數(shù)隨壓力變化來(lái)定標(biāo)的。3.2.2高壓分解方法從高壓高溫分解產(chǎn)物的形狀變化看，分解產(chǎn)物有兩類(lèi)。一是某種物質(zhì)經(jīng)過(guò)高壓高溫作用后其產(chǎn)物的組成(成分)堅(jiān)持不變，但發(fā)作了晶體結(jié)構(gòu)的多型相轉(zhuǎn)變，構(gòu)成新相物質(zhì)。二是某種物質(zhì)體系，經(jīng)過(guò)高壓高溫作用后，發(fā)作了元素間或不同物質(zhì)間的化合，構(gòu)成新化合物、新物質(zhì)。人們可以應(yīng)用多種高壓高溫分解方法來(lái)取得新相物質(zhì)、新化合物和新資料。高壓高溫分解，依據(jù)高壓高溫的不同發(fā)生方式和運(yùn)用的設(shè)備而劃分紅許多分解方法。一、靜態(tài)高壓分解法動(dòng)高壓分解技術(shù)可分紅兩大類(lèi)。第一類(lèi)為爆轟產(chǎn)物法，它是在瞬時(shí)的高溫高壓下隨同化學(xué)反響，生成物料不同的另一種物質(zhì)。第二類(lèi)為沖擊波瞬態(tài)高壓高溫法，它是應(yīng)用沖擊壓力發(fā)生新的結(jié)晶結(jié)構(gòu)。動(dòng)高壓分解技術(shù)的爆炸沖擊方法：為停止有效的沖擊緊縮，取得人工分解超硬資料所必要的高溫高壓戰(zhàn)爭(zhēng)面性良好的沖擊波，可采用炸藥透鏡來(lái)滿足這一要求。炸藥透鏡是如圖3.3所示的一個(gè)錐狀高爆速炸藥錐形罩，內(nèi)側(cè)裝有低爆速炸藥。當(dāng)外側(cè)的高爆速炸藥的爆速為V1，內(nèi)側(cè)低爆速炸藥的爆速為V2時(shí)，炸藥錐型罩的頂角滿足下式關(guān)系錐頂端裝有電雷管，起爆以后的爆轟波陣面呈平面狀，鏡還可以作為原子彈的起爆裝置。這種炸藥透鏡還可以作為原子彈的起爆裝置。運(yùn)用炸藥透鏡進(jìn)舉動(dòng)高壓分解的典型處置裝置是美國(guó)沙恩迪研討所研制的，如圖3.4所示。圖3.3炸藥透鏡表示圖圖3.4分解處置裝置表示圖銅質(zhì)密封盒內(nèi)以50%密度裝上沖擊緊縮物(粉末)，主爆藥為T(mén)NT/硝酸鋇，對(duì)粉末的最大壓力為11GPa。另一種方法是把沖擊緊縮物裝入圓筒狀的密封容器內(nèi)，容器周?chē)b上炸藥并使之爆炸沖擊，大局部固化金屬、固化陶瓷都采用這種方法。但由于達(dá)不到足夠的高壓，而需求在密封容器中心插一根芯棒，用來(lái)反射沖擊波而對(duì)入射波發(fā)生攪擾，使壓力增大。應(yīng)用爆炸等方法發(fā)生的沖擊波，在物質(zhì)中惹起瞬間的高壓高溫來(lái)分解新資料的靜態(tài)高壓分解法，也稱(chēng)為沖擊波分解法或爆炸分解法。至今，應(yīng)用這種方法，已分解出天然金剛石和閃鋅礦型氮化硼(c-BN)以及纖鋅礦型氮化硼(w-BN)微粉，還有一些其它的新相、新化合物。二、靜高壓高溫分解法1.超高壓激光加熱分解法應(yīng)用微型金剛石對(duì)頂砧高壓裝置，配合激光直接加熱方法，壓力可達(dá)100GPa以上，溫度可達(dá)(2~5)103K以上。分解溫度和壓力范圍很寬，加上DAC可同時(shí)與多種測(cè)試裝置聯(lián)用，停止原位測(cè)試，對(duì)新物質(zhì)分解的研討和探求，有重要的作用，值得注重。2.靜高壓高溫(大腔體)分解法實(shí)驗(yàn)室和工業(yè)消費(fèi)中常用的靜高壓高溫分解，是應(yīng)用具有較大尺寸的高壓腔體和試樣的兩面頂和六面頂高壓設(shè)備來(lái)停止的。依照分解路途和分解組裝的不同，這類(lèi)方法還可細(xì)分紅許多種。=1\*GB3①如靜高壓高溫直接轉(zhuǎn)變分解法，在分解中，除了所需的分解起始資料外，不加其它催化劑，而讓起始資料在高壓高溫作用下直接轉(zhuǎn)變(或化合)成新物質(zhì)。=2\*GB3②靜高壓高溫催化劑分解法，在起始資料中參與催化劑，這樣，由于催化劑的作用，可以大大降低分解的壓力、溫度和延長(zhǎng)分解時(shí)間。③非晶晶化分解法，以非晶資料為起始資料，在高壓高溫作用下，使之晶化成結(jié)晶良好的新資料。與此相反，也可將結(jié)晶良好的起始資料，經(jīng)高壓高溫作用，壓致轉(zhuǎn)變成為非晶資料。④前驅(qū)物高壓轉(zhuǎn)變分解法，對(duì)一些不易轉(zhuǎn)變或不適于轉(zhuǎn)變成所需的分解物質(zhì)，可以經(jīng)過(guò)其它方法，將起始資料預(yù)先制成前驅(qū)物，然后停止高壓高溫分解，這種方法，十分有效。⑤與此相似，經(jīng)?？吹?，將起始資料停止預(yù)處置，如常壓高溫處置，其它的極端條件處置，包括高壓條件，然后再停止高壓高溫分解的混合型分解法。⑥高壓熔態(tài)淬火方法，將起始資料施加高壓，然后加高溫，直至全部熔化，保溫保壓，最后在固定壓力下，實(shí)行淬火，迅速解凍高壓高溫形狀的結(jié)構(gòu)。這種方法，可以取得準(zhǔn)晶、非晶、納米晶，特別是可以截獲各種中間亞穩(wěn)相，是研討和獲取中間亞穩(wěn)相的行之有效的方法。為了實(shí)踐運(yùn)用，有時(shí)經(jīng)常需把粉末狀物質(zhì)壓制成具有一定機(jī)械強(qiáng)度和不同外形的大尺寸塊狀資料，這時(shí)也應(yīng)用高壓高溫手腕，停止粉末資料的高壓高溫成型制備。3.2.3高壓分解實(shí)例1、金剛石和立方氮化硼的分解1962年，人們將具有六角晶體結(jié)構(gòu)的質(zhì)地柔軟的層狀石墨作起始資料，不加催化劑，在約12.5GPa、3000K的高壓高溫條件下，使石墨直接轉(zhuǎn)變成具有立方結(jié)構(gòu)的金剛石。金剛石是至今自然界的最硬的資料。由于石墨和金剛石都是由碳元素構(gòu)成的，高壓高溫作用使它發(fā)作了同素異型相轉(zhuǎn)變，金剛石是石墨的高壓高溫新相物質(zhì)。分解時(shí)沒(méi)有外加催化劑的參與，這是一種靜高壓高溫直接分解法。假設(shè)起始石墨資料添加金屬催化劑，那么在較低的壓力(5~6)GPa和溫度1300~2000K條件下，就可以完成由石墨到金剛石的轉(zhuǎn)變。這是靜高壓高溫催化劑分解法成功的一個(gè)典型例子。1957年，WentorfJr等人將相似于石墨結(jié)構(gòu)的六角氮化硼作起始資料，添加金屬催化劑(Mg等)在6.2GPa和1650K的高壓高溫條件下，分解出與碳具有等電子結(jié)構(gòu)的立方氮化硼。它是一種由靜高壓高溫催化劑分解法分解出來(lái)的與金剛石有相反結(jié)構(gòu)的新相物質(zhì)。不用催化劑的直接轉(zhuǎn)變，需11.5GPa，2000K的條件。2、柯石英和斯石英的分解另一個(gè)典型的高壓高溫多型相轉(zhuǎn)變的例子，是1953年CoesL以-SiO2為原料,在礦化劑參與下，應(yīng)用3.5GPa和2050K，15h的高壓高溫條件，使它轉(zhuǎn)變成具有更高密度的柯石英(Coesite)。以后Stishov等人又使柯石英在16.0GPa和1500~1700K的條件下轉(zhuǎn)變成密度更高的斯石英(Stishovite)。3、復(fù)合雙稀土氧化物的分解以兩種倍半稀土氧化物混合料為起始資料，不加催化劑，高壓腔高壓組裝件如圖3.5所示在2.0~6.0GPa，1100-1750K溫壓條件下，可直接分解出高壓高溫復(fù)合雙稀土氧化物L(fēng)nLnO3(Ln=RE)新相物質(zhì)。圖3.5高壓腔高壓組裝件1、葉臘石柱；2、鉬片；3、石墨坩鍋；4、氮化硼坩鍋；5、試樣；6、葉臘石；7、鋼圈。關(guān)于La2O3+Er2O3系統(tǒng)，在常壓、1550K下保溫192h后，主要取得的仍是C－(La，Er)O1..5固溶體，只含有大批的LaErO3；而在2.9GPa，小于1550K條件下，僅用30min就可取得純的LaErO3。有的在常壓高溫(1950K)下經(jīng)上百小時(shí)加熱也不反響，但在高壓高溫條件下可迅速分解，如NdYbO3。關(guān)于La2O3+Lu2O3，在高壓高溫下，甚至只需5~10min即可分解。高壓高溫條件，可使常壓高溫條件難分解的雙稀土氧化物變成容易分解的氧化物。高壓高溫分解還發(fā)現(xiàn)和取得常壓高溫等慣例條件未能分解的、自然界尚未發(fā)現(xiàn)的新物質(zhì)，如EuTbO3，PrTbO3，PrTmO3等；還可以分解出LnEuO3(Ln=輕稀土)、EuLnO3(Ln=重稀土)的系列單相產(chǎn)物。4、低價(jià)態(tài)和低價(jià)態(tài)氧化物的分解高壓高溫分解中，在試樣室周?chē)纬筛哐鯄涵h(huán)境，那么可使產(chǎn)物變成低價(jià)態(tài)的化合物。CuO+La2O3在常壓高溫(1300K)先分解La2CuO4，然后再將它和CuO混協(xié)作起始資料，周?chē)胖醚趸瘎〤rO3，中間用氧化鋯片隔開(kāi)，全體裝入Cu鍋中，加壓加溫(1200K)，可形成約5.0一6.0GPa的高氧壓，分解后可得具有低價(jià)態(tài)Cu3+的LaCuO3化合物。異樣地，以La2-xSrxCuO4為起始資料，放置氧化劑，形成2.0~3.0GPa高氧壓和高溫(1100-1200K)環(huán)境中，可分解出具有局部低價(jià)態(tài)Cu3+的產(chǎn)物。應(yīng)用高氧壓(2.0GPa，1300K)取得了具有低價(jià)Fe4+和其它低價(jià)金屬M(fèi)4+的CaFe4+O3，BaM4＋O3〔M=Mn，Co，Ni)。從總的趨向看，高壓可使物質(zhì)(包括惰性氣體、絕緣體化合物，半導(dǎo)體化合物等)趨于金屬化，在極高壓力的作用下，物質(zhì)中的元素可處于高度離化態(tài)中。但是，世界的事物是復(fù)雜的。假設(shè)采用如圖3.5的高壓組裝，試樣周?chē)籬-BN所包圍，在高壓密封的狀況下，卻可使試樣處于恢復(fù)環(huán)境中，在一定的條件下，高壓可以具有恢復(fù)作用，從而可分解出低價(jià)態(tài)的稀土氧化物(分解進(jìn)程中無(wú)需添加恢復(fù)劑)。在C-Eu2O3十F-Tb4O7組成的體系中，Tb含有Tb4+和Tb3+，在2.6GPa和1590K左右的條件作用下，C-Eu2O3轉(zhuǎn)變成B-Eu2O3，而F-Tb407逐漸轉(zhuǎn)變成B-Tb2O3，中間B-Eu2O3+B-Tb2O3逐漸固溶分解B-EuTbO3，這些是由Tb4+逐漸轉(zhuǎn)變成Tb3+而完成的。高壓高溫分解進(jìn)程中，有Tb的變價(jià)(轉(zhuǎn)變成低價(jià)態(tài))最后招致新物質(zhì)的構(gòu)成。關(guān)于F-CeO2+F-Tb4O7體系，在高壓(0.5~4.0GPa)高溫(900~1300K)作用下，可分解出仍為螢石結(jié)構(gòu)的F-CeTbO3高壓高溫新相物質(zhì)，推測(cè)它是經(jīng)過(guò)Tb4+轉(zhuǎn)變?yōu)門(mén)b3+構(gòu)成的。在高壓高溫的恢復(fù)作用下，使Tb4+轉(zhuǎn)變成Tb3+，由此發(fā)生的氧缺位，促使原本比擬動(dòng)搖的Ce4+局部轉(zhuǎn)變成Ge3+，從而構(gòu)成由具有混合價(jià)態(tài)的Ce4,3+和Tb3+構(gòu)成的F-CeTbO3+在鈣鈦礦氧化物(Sr，Ba)1-xEuxTiO3中觀察到壓致稀土元素從Eu3+到Eu2+的變價(jià)和混合價(jià)的存在。關(guān)于較難變價(jià)的Ti，也在Sr1-xLaxTiO3和La1-xNaxTiO3化合物中發(fā)現(xiàn)了壓致過(guò)渡元素從Ti4+到Ti3+的變價(jià)。5、高Tc稀土氧化物超導(dǎo)體的分解有時(shí)所需的分解起始資料難于用慣例條件分解，這時(shí)，可以先采用高壓方法制備出所需求的起始原料，然后再用高壓方法，進(jìn)一步按設(shè)計(jì)方案停止二次高壓分解。通常要使214型互生層狀結(jié)構(gòu)的含銅氧化物變成超導(dǎo)體的關(guān)鍵，在于經(jīng)過(guò)A位元素的置換來(lái)調(diào)整Cu-O鍵長(zhǎng)和氧配位。但是在有限層結(jié)構(gòu)中可調(diào)范圍有限，如Ca0.86Sr0.14CuO2的晶格參數(shù)僅為0.3861nm，不允許參與電子(n-型)。如能添加母體SrCuO2的晶格參數(shù)(從而添加Cu-O鍵長(zhǎng))，那么有希望取得新超導(dǎo)體。應(yīng)用高壓高溫技術(shù)，先分解晶格參數(shù)大得多的SrCuO2(a=0.3925nm)作母體，然后摻Nd或Pr，實(shí)行硝化處置、分解后取得不具有有限層結(jié)構(gòu)的多相混合物，以此作起始資料，在高壓(2.5GPa)高溫(1300K，0.5h)下分解，可得近單相的Sr0.86Nd0.14CuO2和Sr0.86Pr0.14CuO2n-型超導(dǎo)樣品，其Tconset區(qū)分為40K和39K。用各種方法制備出所需的前驅(qū)物，應(yīng)用它的介穩(wěn)性或與所設(shè)計(jì)的產(chǎn)物的相似性等特點(diǎn)，和高壓高溫極端條件相結(jié)合，可以取得許多有意義的新化合物。6、翡翠寶石的分解以非晶物質(zhì)作為起始資料，經(jīng)高壓高溫作用，晶化成有用資料的高壓晶化法，也是常用的一種高壓分解法。以Na2CO3，Al2O3，SiO2按一定比例混合平均，在1650~1850K灼燒后淬火，失掉具有翡翠成分NaAlSi2O6的透明非晶玻璃，以此作起始資料，經(jīng)2.0~4.5GPa，1200~1750K下保溫30min以上，可完成由非晶態(tài)到晶態(tài)的轉(zhuǎn)變，最后取得具有良好編織結(jié)構(gòu)的、尺寸到達(dá)(63)~(125)mm的寶石級(jí)翡翠寶石。在非晶資料中摻人Eu2O3、Dy2O3和CeO2后，經(jīng)3.5~5.5GPa，1100~1600K晶化，初次取得可區(qū)分發(fā)射紅、黃、紫可見(jiàn)熒光的寶石級(jí)翡翠寶石。與非晶態(tài)的高壓晶化進(jìn)程相反，在常溫高壓作用下，許多物質(zhì)可以出現(xiàn)壓致非晶化現(xiàn)象，這是目前國(guó)際上十分關(guān)心的一個(gè)新效果。冰-I相，在1.0GPa，77K作用下；SiO2在25~35GPa下；發(fā)作壓致非晶化現(xiàn)象。至今已發(fā)現(xiàn)20多種物質(zhì)有此現(xiàn)象。對(duì)具有正交結(jié)構(gòu)SrB2O4：Eu2+晶體施加3.0~7.0GP高壓后，試樣可出現(xiàn)由m級(jí)晶粒尺寸變成10nm的壓致晶粒碎化和壓致非晶化兩種現(xiàn)象。壓致非晶化來(lái)自SrB2O4的長(zhǎng)順序的破壞，包括沿[001]的(BO2)無(wú)量鏈在壓力作用下遭到的破壞。7、高硼氧化物B7O的分解以ZnO作為氧化劑和純硼混協(xié)作起始資料，在3.0~3.5GPa，1500K下分解30min，產(chǎn)物用鹽酸除去金屬Zn和過(guò)量氧化鋅后可得單相性很好的B7O。初步表征，它是以由12個(gè)硼原子組成的正二十面體硼籠為基本結(jié)構(gòu)單元，靠O-B-O鍵相銜接構(gòu)成的。文獻(xiàn)[Nature，1998(391):376~378]從實(shí)驗(yàn)上在高壓分解B6O中觀察到以正20面體硼籠基本結(jié)構(gòu)單元為中心經(jīng)過(guò)許多單元的〝Mackaypacking"構(gòu)成一個(gè)外形為20面體的微觀(408、準(zhǔn)晶等中間介穩(wěn)相的高壓熔態(tài)淬火截獲獲取準(zhǔn)晶的最有代表性的方法，是將熔融樣品滴落到高速旋轉(zhuǎn)的飛輪上，樣品以106-8K/s的速度急冷，可取得準(zhǔn)晶，即所謂急冷甩帶法。1986年終，蘇文輝研討組首先樹(shù)立了一種靜高壓熔態(tài)淬火方法，在1.0~5.0GPa的高壓作用下，只需求102K/s的冷卻速度，(比甩帶法速度低104_6K/s)，就可以取得甩帶法發(fā)現(xiàn)的準(zhǔn)晶I相和T相。假設(shè)將壓力提高到7.0GPa，溫度提高到2000K，關(guān)于摻有稀土元素Tb的A170Co15Ni10Tb5等合金，經(jīng)高壓熔態(tài)淬火，發(fā)現(xiàn)了九種新的十次準(zhǔn)晶相關(guān)相。其中六種是其它合金系中不曾發(fā)現(xiàn)過(guò)的，其中兩種是目前已發(fā)現(xiàn)的相關(guān)相中具有最大晶胞參數(shù)的相關(guān)相。對(duì)其中的幾個(gè)，給出了二維點(diǎn)陣模型和原子結(jié)構(gòu)模型，提醒了十次準(zhǔn)晶與相關(guān)相之間的親密的結(jié)構(gòu)聯(lián)絡(luò)，討論了十次和五次準(zhǔn)晶的Penrosetiling模型的關(guān)系。此外，在其它合金中，也發(fā)現(xiàn)了十二次準(zhǔn)晶和其它介穩(wěn)相、非晶、納米晶等。應(yīng)用靜高壓熔態(tài)淬火方法的優(yōu)點(diǎn)，以全硅ZSM-5為起始資料，還可使原本只要在高于846K以上才干動(dòng)搖的-石英，在室溫下動(dòng)搖存在；使Coesite柯石英在4.0GPa和1600K，20min條件下即可分解(普通需3.5GPa，2050K，15h才干分解)。文獻(xiàn)[J.Mater..Res,1996(11):2685~2689]應(yīng)用高壓熔態(tài)淬火方法，取得了Cu-Ti納米晶合金，還取得了塊狀納米合金[NanostructuredMater,1993,40(3):323~328]。9、FeMoSiB的高壓晶化分解應(yīng)用非晶(Fe0.09Mo0.01)78Si9B13合金條帶作原料，在600~900K，1.0~7.0GPa溫度壓力范圍內(nèi)，研討了非晶晶化現(xiàn)象。結(jié)果說(shuō)明與高溫晶化相比，高壓沒(méi)有改動(dòng)晶化產(chǎn)物類(lèi)型和轉(zhuǎn)化形式，但是對(duì)非晶晶化溫度，F(xiàn)e3B的析出溫度及Fe3B到Fe2B的相轉(zhuǎn)變溫度有重要影響。給出不動(dòng)搖Fe3B向動(dòng)搖Fe2B轉(zhuǎn)變的p-T相圖。有Al參與界面分散反響的非晶FeMoSiB合金條帶的晶化壓力效應(yīng)。關(guān)于沒(méi)有Al參與反響的FeMoSiB，在壓力作用下，晶化產(chǎn)物為-Fe(Si)固溶體，F(xiàn)e3B或Fe2B。關(guān)于有A1參與分散反響的非晶晶化產(chǎn)物，在3~5GPa范圍，為-Fe(A1)固溶體，而在3~5GPa以外范圍為-Fe(Si)，F(xiàn)e3B或Fe2B。在4GPa，780~900K等溫退火30min，靠Al區(qū)域出現(xiàn)了一種晶格參數(shù)為0.432nm的A1Fe(Mo，Si，B)的以Fe-Al為基的玻璃合金新相。10、假定干資料的冷壓分解冷壓，即只加壓不加溫(室溫下)，也可停止資料的分解。如對(duì)He-N2系統(tǒng)，應(yīng)用DAC，于7.7GPa、室溫下，可分解出固態(tài)的具有化學(xué)整數(shù)比的vanderWaals化合物He(N2)11，但只要在高壓形狀下才干動(dòng)搖，壓力卸去后，是可逆的。另外，在一個(gè)具有比擬復(fù)雜的全硅分子篩ZSM-5的系統(tǒng)中，應(yīng)用大壓機(jī)，在4.0GPa、室溫下，可直接轉(zhuǎn)變成ZSM-11全硅分子篩，產(chǎn)物在常壓室溫下可動(dòng)搖存在。這里提供了一個(gè)具有不可逆的、冷壓完成固相直接轉(zhuǎn)變的典型例子。11、新資料的超高壓超高溫分解碳和氮化硼的高壓高溫多形體立方相，是的僅次于金剛石和立方氮化硼的最硬固體。KnittleE等人[Phys.Rev.B,1995-=2\*ROMANII(51):12149-12156]應(yīng)用Nd：YAG激光直接加熱放置于DAC樣品室中的Cx(BN)1-x，溫度達(dá)1500-2000K，壓力為30~50GPa，結(jié)果分解出立方閃鋅礦結(jié)構(gòu)的Cx(BN)1-x固溶體。當(dāng)x=0.33時(shí)，其體模量為335(±19)GPa。JeanlozR等人[Mater.Sci.Eng.A,1996(209):23~25]應(yīng)用DAC和激光加熱，于30(±5)GPa，2000-2500K下，分解出一種新C-N晶體相，結(jié)構(gòu)尚不清楚。值得留意的是不用超高壓超高溫分解法，而采用高能球磨石墨和h-BN的方法，可以制備出非晶粉末的BCN化合物[J.Appl.Phys,1998,84(3):1412~1415]。以非晶粉末BCN作原料，在真空(133.310－5Pa)、高溫(1470K)下燒結(jié)，可取得塊狀的非晶BCN化合物，在常壓和不同溫區(qū)范圍下具有半導(dǎo)體或半金屬性質(zhì)。在4.0GPa下，經(jīng)880K以上保溫退火1h，可取得一新相，對(duì)1170K退火的產(chǎn)物，晶格參數(shù)為d=1.685nm和c=0.537nm，具有半金屬性。令人感興味的是，在非晶BCN固體于常壓高溫(800~900K)下，等溫退火后，觀察到通常只要在30GPa，2000K極端條件才干失掉的立方納米固溶體C0.65(BN)0.35，其晶格參數(shù)為0.3587nm，納米粒子尺寸為10~50nm。12、塊狀納米固體的制備當(dāng)物質(zhì)顆粒尺寸減小到納米尺度時(shí)，其外表層原子數(shù)占總原子數(shù)的比例迅速添加，出現(xiàn)出粒子外部和外表層的龐大結(jié)構(gòu)差異，從而表現(xiàn)出許多奇特的物理化學(xué)性質(zhì)。為了更普遍地應(yīng)用納米微粒的納米性質(zhì)，通常采取加壓加溫的方法，把納米微粒粉末壓制成具有各種外形和一定機(jī)械強(qiáng)度的三維塊狀納米固體資料，同時(shí)要求堅(jiān)持原有的納米結(jié)構(gòu)和納米性質(zhì)。這種加壓成型，與通常的粉末資料不同的是，在加壓進(jìn)程中，隨壓力的降低，納米微粒的外表逐漸轉(zhuǎn)變成納米微粒間的界面，隨同著一系列的微結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的變化。由于納米微粒外表所占原子比例大，密度低質(zhì)子間距散布廣，配位不全，能量形狀高，處于不動(dòng)搖的形狀，對(duì)外界的壓力和溫度十分敏感。因此，為了制備出可應(yīng)用的納米固體，必需首先了解它們隨外界條件變化的規(guī)律性，掌握?qǐng)?jiān)持納米結(jié)構(gòu)和納米性質(zhì)的外加壓力和溫度的臨界條件。近來(lái)，在0-6.0GPa的冷壓條件下以及配適宜當(dāng)加溫條件下，初次制備出三種具有代表性的NiFe2O4、La0.7Sr0.3Mn1-yFeyO3(y=0,0.1)和一FeOOH塊狀納米固體資料，發(fā)現(xiàn)一些新現(xiàn)象，新規(guī)律，給出了一些臨界工藝參數(shù)。應(yīng)用高能球磨方法對(duì)Fe和作為固態(tài)氮源的h-BN混合原料停止球磨，可以制成-FexN磁性合金納米微粒平均散布在非晶BN基體上的納米復(fù)合資料，具有較大的飽和磁化強(qiáng)度、矯頑力和電阻率，為了擴(kuò)展其運(yùn)用，在3.0~4.0GPa，650~1200K高溫高壓條件下，經(jīng)過(guò)納米Fe和BN的固態(tài)反響，制備出塊狀-FexN/BN納米復(fù)合資料。3.3真空3.3.1真空概念氣體的微觀形狀通常用壓強(qiáng)p，體積v和溫度T來(lái)表示。真空并不是一無(wú)一切的意思，而是指低于大氣壓的形狀。真空度的上下用氣體壓強(qiáng)表示，規(guī)范大氣壓(或稱(chēng)常壓)的定義為：在規(guī)范重力減速度g=980.665厘米/秒，溫度T為278K時(shí)，760毫米高的汞所施加的壓強(qiáng)。假設(shè)把273K時(shí)汞的密度定為13.59509g/cm3,這個(gè)數(shù)值相當(dāng)于101325N/m2。在真空技術(shù)中，曾被臨時(shí)普遍運(yùn)用的壓強(qiáng)單位為毫米汞高(mmHg):1毫米汞高=〔1/760〕規(guī)范大氣壓。其后又制定了一個(gè)不隨汞密度，溫度和重力減速度而變化的單位托(Torr)，它與毫米汞高的區(qū)別主要是定義上的，在數(shù)值上的差異(<1.410-7)實(shí)踐上可以疏忽：1托=1毫米汞高。依照國(guó)際單位制，壓強(qiáng)單位已定為帕斯卡(Pascal)，簡(jiǎn)稱(chēng)為Pa：1Pa=1N/m。此外還有用〝毫巴(mb)〞來(lái)表示的。1毫巴=100牛頓/米2。表3.3.1是一張簡(jiǎn)化的壓強(qiáng)單位換算表。表3.3.1壓強(qiáng)單位的換算表規(guī)范大氣壓托帕毫巴1atm17601.0131051.0131031Torr(1mmHg)1.31610-31133.31.3331Pa(N/m2)9.8710-67.510-31110-21mb9.8710-40.751001為運(yùn)用方便起見(jiàn)，人們依據(jù)壓強(qiáng)的大小，把真空度劃分為以下幾個(gè)階段：粗真空1.013105~1.33103Pa；低真空1.33103~1.3310-1Pa；高真空1.3310-1~1.3310-6Pa；超高真空1.3310-6~1.3310-12pa；極高真空低于1.3310-12Pa為極高真空?？梢钥闯?，所謂真空度高，指的是體系壓強(qiáng)低。由計(jì)算可知，即使在1.33105Pa的超高真空下，每立方米內(nèi)仍有約3108個(gè)氣體分子，每秒鐘對(duì)單位面積(1cm2)的碰撞次數(shù)為3.841012次，但比常壓下的氣體稀薄多了。在這種狀況下，氣體的行為與常壓下有重要的區(qū)別。致使真空技術(shù)在高純金屬和非金屬資料的真空熔煉、區(qū)域提純及迷信研討等方面都失掉了普遍的運(yùn)用。3.3.2真空的取得和真空泵簡(jiǎn)介發(fā)生真空的進(jìn)程稱(chēng)為抽真空。用于發(fā)生真空的裝置稱(chēng)為真空泵，如水泵、機(jī)械泵、分散泵、冷凝泵、吸氣劑離子泵和渦輪分子泵等。由于真空包括105~10-12Pa共17個(gè)數(shù)量級(jí)的壓強(qiáng)范圍，通常不能僅用一種泵來(lái)取得，而是由多種泵的組合。普通實(shí)驗(yàn)室常用的是機(jī)械泵、分散泵和各種冷凝泵。表3.3.2列出了各種取得真空方法的適用壓強(qiáng)范圍。表3.3.2各種取得真空方法的適用壓強(qiáng)范圍真空區(qū)間(Pa)主要真空泵105~103103~10-110-1~10-610-6~10-12<10-12水泵，機(jī)械泵，各種粗真空泵機(jī)械泵，油或機(jī)械增壓泵，冷凝泵分散泵，吸氣劑離子泵分散泵加阱，渦輪分子泵，吸氣劑離子泵深冷阱，分散泵加冷凍深冷阱通常用四個(gè)參量來(lái)表征真空泵的任務(wù)特性：=1\*GB3①起始?jí)簭?qiáng)：真空泵末尾任務(wù)的壓強(qiáng)；=2\*GB3②臨界反壓強(qiáng)：真空泵排氣口一邊所能到達(dá)的最大反壓強(qiáng)；=3\*GB3③極限壓強(qiáng)：又稱(chēng)極限真空，指在真空系統(tǒng)不漏氣和不放氣的狀況下，長(zhǎng)時(shí)間抽真空后，給定真空泵所能到達(dá)的最小壓強(qiáng)；=4\*GB3④抽氣速率：在一定的壓強(qiáng)和溫度下，單位時(shí)間泵冷靜器中抽除氣體的體積。了解這四個(gè)參量是重要的，如，機(jī)械泵的起始?jí)簭?qiáng)為101.3MPa，極限壓強(qiáng)普通為0.1Pa，而分散泵的起始?jí)簭?qiáng)為10Pa。因此，在運(yùn)用分散泵之前應(yīng)先用機(jī)械泵將被抽容器的壓強(qiáng)抽至10Pa以下。由此我們常把機(jī)械泵稱(chēng)為前級(jí)泵，而將分散泵稱(chēng)為次級(jí)泵。真空泵的種類(lèi)很多，任務(wù)原理各不相反，其運(yùn)用條件也各異。下面對(duì)罕見(jiàn)真空泵做一簡(jiǎn)介：(1)往復(fù)式真空泵它是取得粗真空的設(shè)備。普通用于真空蒸餾、真空蒸發(fā)和稀釋、真空結(jié)晶、真空枯燥、真空過(guò)濾等進(jìn)程。運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，氣缸內(nèi)的活塞作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，活塞的一端從真空系統(tǒng)中吸人氣體，另一端將吸人氣缸內(nèi)的氣體經(jīng)過(guò)氣閥排人氣閥箱，再由排氣管排人大氣。這種泵的極限真空度為lkPa。它不適于抽出腐蝕性氣體或含有顆粒狀灰塵的氣體。(2)水蒸氣放射真空泵運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，由高速水蒸氣噴人抽氣機(jī)內(nèi)而樹(shù)立一個(gè)高壓空間，被抽系統(tǒng)內(nèi)的氣體，就不時(shí)地流向此高壓空間而被水蒸氣流帶向出氣口，排到大氣中，它的極限真空度可達(dá)0.1Pa。這種泵抽氣量大，裝置運(yùn)轉(zhuǎn)和維修均簡(jiǎn)便，適用于真空蒸發(fā)及稀釋、真空枯燥、真空制冷、真空冶煉等作業(yè)。(3)滑閥式真空泵其極限真空度可達(dá)0.07Pa，可獨(dú)自運(yùn)用，亦可與羅茨泵結(jié)協(xié)作為大型真空系統(tǒng)的粗抽泵用。它不適于抽出含氧過(guò)高的、有爆炸性的以及對(duì)金屬及真空泵油能起化學(xué)作用的氣體。普通用于真空冶煉、真空枯燥、真空蒸餾、真空處置等作業(yè)。(4)機(jī)械增壓泵又稱(chēng)羅茨泵(Roots)，由兩個(gè)8字形轉(zhuǎn)子在定子內(nèi)相對(duì)旋轉(zhuǎn)，構(gòu)成容積的重復(fù)變化，到達(dá)吸氣和排氣的目的。由于轉(zhuǎn)子與轉(zhuǎn)子之間、轉(zhuǎn)子與定子之間都不接觸(間距0.1~0.15mm)，也沒(méi)有摩擦，因此它的轉(zhuǎn)速高達(dá)1000-3000r/min。這種泵有抽速大、體積小、噪聲低、驅(qū)動(dòng)功率小、啟動(dòng)快等優(yōu)點(diǎn)，普遍用于冶金、化工、電子等工業(yè)中。羅茨泵必需配置適宜的前級(jí)泵，在100-1Pa真空下有較大抽速，補(bǔ)償了機(jī)械泵和蒸氣流泵，在該壓力范圍下抽速小的缺陷。在高真空工業(yè)中，羅茨泵常作為大型分散泵或渦輪分子泵的前級(jí)泵運(yùn)用，其極限真空度可達(dá)0.01Pa。其原理如下圖3.3.1。圖3.3.1羅茨泵(Roots)泵(6)渦輪式分子泵分子泵也是一種運(yùn)用機(jī)械方法取得真空的軋但它和傭節(jié)所談的轉(zhuǎn)動(dòng)真空泵有基本的不同。首先它只是一種次級(jí)泵，不能從大氣末尾任務(wù)；其次，它并不是從緊縮及收縮原理動(dòng)身來(lái)停止抽氣的。圖3.3.2表示一個(gè)原始的蓋德(Gaede)分子泵結(jié)構(gòu)表示圖，它包括一對(duì)間距h很小的定子和同軸轉(zhuǎn)子。以后級(jí)泵抽氣至規(guī)則的預(yù)備真空滿足氣體分子的>h末尾使分子泵的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。由于氣體分子相互碰撞的時(shí)機(jī)比碰到轉(zhuǎn)子的時(shí)機(jī)少得多，結(jié)果少量的氣體分子就因外摩擦而被轉(zhuǎn)子外表所驅(qū)勸，在前級(jí)端集結(jié)而被抽出(因此前級(jí)泵在這里同時(shí)起了提供分子泵預(yù)備真空和抽除被分子泵緊縮的氣體兩個(gè)作用)。圖3.3.2分子泵的拖動(dòng)原理原始的蓋德(Gaede)分子泵的致命缺陷是轉(zhuǎn)子和定子之間要求極窄的間隙(幾十微米)，因此向心力惹起的應(yīng)變，熱收縮或任何外來(lái)細(xì)屑都遲早能夠使轉(zhuǎn)子被咬死而使泵遭到嚴(yán)重破壞。直到1958年貝克(Becker)設(shè)計(jì)了一種相似于渦輪緊縮機(jī)的渦輪分子泵才付諸適用。圖3.3.3是這種泵的結(jié)構(gòu)表示圖3.3.31：外殼；2：定子；3：轉(zhuǎn)子渦輪式分子泵是取得超高真空的設(shè)備之一。這種泵的轉(zhuǎn)子和定子都裝有多層帶斜槽的渦輪葉片，轉(zhuǎn)片和定片的斜槽方向相反，每一轉(zhuǎn)片處于兩個(gè)定片之間。分子泵任務(wù)時(shí)，轉(zhuǎn)子以24000-60000r/min的轉(zhuǎn)速高速旋轉(zhuǎn)，迫使氣體分子經(jīng)過(guò)斜槽從泵中央流向兩端，從而發(fā)生抽氣作用。泵兩端的氣體經(jīng)排氣道被前級(jí)泵抽走。分子泵的極限真空度可達(dá)工10-6~10-8Pa，剩余氣體主要是相對(duì)分子質(zhì)量較小的氣體，如H2。它啟動(dòng)快，抽速顛簸，在101~10-6Pa范圍具有恒定的抽速。在任務(wù)中突然沖人空氣時(shí)，不會(huì)使泵的結(jié)構(gòu)和功用遭到破壞。調(diào)查圖3.3.3所示橫式渦輪式分子泵，如今先觀察轉(zhuǎn)子。設(shè)轉(zhuǎn)子以線速度v運(yùn)動(dòng),且v甚大于分子熱運(yùn)動(dòng)速率vo，那么分子撞擊斜槽上內(nèi)壁CD的幾率要遠(yuǎn)比撞擊下內(nèi)壁AB為大(圖3.3.4)。而分子如一旦撞擊CD，那么將被吸附然后按余弦定律釋出，即在接近外表的法線方向發(fā)射幾率最大,因此大少數(shù)分子將以圖3.3.6中所示的分解速度vr運(yùn)動(dòng),即具有一個(gè)向右的重量。同理，對(duì)定子來(lái)說(shuō)，它相對(duì)地似乎以向上為v的速度運(yùn)動(dòng),于是撞擊斜槽下內(nèi)壁的分子也有一個(gè)分解速度vr，其中也包括向右的重量。由此可見(jiàn)不論經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)子或定子的分子除直接穿過(guò)者外都將失掉向右的速度重量圖3.3.4渦輪式分子泵抽氣原理渦輪分子泵中構(gòu)成定子和轉(zhuǎn)子的葉片都很薄〔3mm左右〕，因此每片兩邊之間的壓強(qiáng)差是比擬小的。但雖然如此，在片子數(shù)目很多時(shí)仍可失掉較大的緊縮比，這實(shí)踐上就是〝多級(jí)〞的作用。轉(zhuǎn)予直徑愈大，要求片子數(shù)目愈多。斜槽的角度愈小，緊縮比愈大，但抽速較小，因此接近高真空局部可大一點(diǎn)以失掉較高的抽速，而接近前級(jí)時(shí)，可減小以增加返分散(但在小時(shí)，每個(gè)轉(zhuǎn)子上的齒數(shù)只能相應(yīng)增加，否那么機(jī)械強(qiáng)度不夠)。這種泵的主要特點(diǎn)是由于每片之間的壓強(qiáng)差較機(jī)因此允許運(yùn)用較大的間隙(這種間隙可以大到l毫米左右)而不致對(duì)泵的功用有清楚的劣化。(7)吸附泵應(yīng)用分子篩對(duì)氣體物理吸附的可逆性，即在高溫下吸附氣體、升溫后又解吸的功用來(lái)完成抽氣。除了氫、氦和氖等極難液化的氣體(它們的沸點(diǎn)均在28K以下)外，其他氣體均能高效率地被吸附泵抽出。吸附泵能在大氣壓力下末尾抽氣，常作為無(wú)油蒸氣污染的前級(jí)泵運(yùn)用，在液氮溫度下運(yùn)用吸附劑時(shí)，其極限真空度可到達(dá)1Pa左右。吸附泵必需裝有平安壓力釋放閥門(mén)，以使升溫時(shí)由吸附劑解吸出來(lái)的氣體經(jīng)此閥門(mén)逸出，防止壓力過(guò)高而爆裂。通常用兩臺(tái)吸附泵區(qū)分經(jīng)過(guò)閥門(mén)與真空系統(tǒng)銜接，其中一臺(tái)在高溫環(huán)境中停止抽氣；另一臺(tái)與真空系統(tǒng)之間的閥門(mén)封鎖，在升溫環(huán)境中排氣，使分子篩再生。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，兩臺(tái)泵的作用互換。吸附泵吸氣量大、無(wú)污染、無(wú)噪聲、無(wú)振動(dòng)。延續(xù)運(yùn)用較長(zhǎng)時(shí)間后，分子篩會(huì)逐漸粉化，應(yīng)予以改換。(8)升華泵和吸氣劑泵它是應(yīng)用吸氣劑對(duì)氣體的化學(xué)吸附來(lái)捕集氣體完成抽氣的。所用吸氣劑有蒸散型的(如鈦)和非蒸散型的(如鋯-鋁合金)兩類(lèi)。鈦升華泵在真空下用電子轟擊或其他加熱方式(如輻射)使鈦材(鈦-鉬合金、鈦棒、鈦球)升溫到1200-1500C，升華出的鈦蒸氣在溫度較低的泵壁內(nèi)外表冷凝，不時(shí)構(gòu)成新穎的活性膜層，將被抽氣體相繼吸附?；钚詺怏w與鈦膜結(jié)分解鈦的氧化物、氮化物、碳化物等，惰性氣體如Ar、He等，主要是被〝掩埋〞在膜層中。這種泵又稱(chēng)為熱鈦泵，在壓力低于0.1Pa下末尾任務(wù)，其極限真空度可達(dá)109)離子泵常用的是濺射離子泵，又稱(chēng)潘寧泵或冷鈦泵。它應(yīng)用在很高壓力下，仍能自持地放電，即所謂潘寧(PenningFM)放電作用，讓電子在正交電磁場(chǎng)作用下往復(fù)螺旋振蕩，與氣體分子不時(shí)碰撞時(shí)使氣體分子電離，發(fā)生的離子以較大能量轟擊陰極鈦板。惹起鈦的濺射，同時(shí)釋放出二次電子，濺射出來(lái)的鈦離子堆積在陽(yáng)極筒內(nèi)壁，而不時(shí)構(gòu)成新穎的活性鈦膜，對(duì)氣體發(fā)生化學(xué)吸附和〝掩埋〞作用。這種泵內(nèi)，活性鈦膜的構(gòu)成是由于潘寧放電惹起的陰極濺射來(lái)完成的，故稱(chēng)為濺射離子泵。它的啟動(dòng)壓力為0.1Pa，極限真空度可達(dá)10-8Pa以下。其前級(jí)泵可用吸附泵或機(jī)械泵，但后者必需采用冷阱捕集機(jī)械泵發(fā)生的油蒸氣。(10)高溫冷凝泵它是應(yīng)用液氦或制冷機(jī)循環(huán)氣氦作冷卻介質(zhì)，使氣體冷凝而完成抽氣的。在液氦溫度-4.2K下，除氦和氫外，其他物質(zhì)的蒸氣壓均趨近于零。也可用活性炭作高溫吸附劑，取得潔凈的真空，但它的造價(jià)昂貴(制冷式)，或要消耗昂貴的液氦。(11)旋片式機(jī)械泵結(jié)構(gòu)如下圖3.3.5。整個(gè)泵體浸沒(méi)在真空泵油中，轉(zhuǎn)子緊貼在定子圓柱形空腔的上部，并和空腔不同軸。轉(zhuǎn)子由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)在空腔內(nèi)旋轉(zhuǎn)，由于彈簧的作用，轉(zhuǎn)子上的翼片總是緊貼在空腔的壁上。當(dāng)轉(zhuǎn)子順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，與進(jìn)氣管相通的空腔逐漸增大并吸人氣體，與排氣閥相通的空肺那么逐漸增加，將氣體緊縮，然后氣體沖開(kāi)閥門(mén)，經(jīng)過(guò)油層及排氣管人大氣。為使被緊縮氣體不致漏人抽氣空間，就必需堅(jiān)持油的密封。上述抽氣機(jī)制關(guān)于抽除永世性氣體(即在常溫下被緊縮時(shí)，不會(huì)液化的氣體)是很有效的；但關(guān)于像水蒸氣那樣的可凝結(jié)性氣體，在緊縮進(jìn)程中就能夠液化，而混人真空泵油內(nèi)，并隨油的運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)移到進(jìn)氣口這一邊，并在壓力較低時(shí)又會(huì)重新汽化。如此循環(huán)不已，水蒸氣就無(wú)法排出泵體。為使可凝結(jié)氣體排出去，以采用一個(gè)調(diào)理閥門(mén)，將大批空氣引入翼片緊縮了的空間中，使可凝結(jié)氣體尚未液化前，緊縮空間內(nèi)的氣壓就超越了大氣壓力，從而沖開(kāi)閥門(mén)排出泵體。設(shè)有這種裝置的泵稱(chēng)為氣鎮(zhèn)式機(jī)械泵。圖3.3.5旋片式機(jī)械泵的結(jié)構(gòu)表示l一排氣管；2一進(jìn)氣管；3一外殼；4一排氣閥；5一真空泵油；6一定子；7一轉(zhuǎn)子；8一翼片；9一彈簧圖3.3.6旋片式機(jī)械泵任務(wù)流程旋片式機(jī)械泵可以在大氣壓下末尾任務(wù)，常作初級(jí)泵用，其極限真空度為0.1Pa。運(yùn)用機(jī)械泵時(shí)應(yīng)留意如下。①不能反轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)會(huì)將油壓人真空系統(tǒng)形成污染；②中止任務(wù)時(shí)，先將泵與銜接真空系統(tǒng)的閥門(mén)封鎖，再向泵中放人枯燥空氣，否那么泵油也會(huì)進(jìn)人被抽系統(tǒng)。在實(shí)驗(yàn)室中，泵與被抽系統(tǒng)的銜接普統(tǒng)統(tǒng)過(guò)真空活塞，在中止任務(wù)時(shí)，立刻將三通塞通向大氣；③要防止金屬屑、玻璃碴之類(lèi)固體抽人泵中，損害泵體；④泵油不能混入其他易揮發(fā)雜質(zhì)，也不能用泵抽除水分很多的系統(tǒng)，否那么會(huì)形成翼片腐蝕，降低極限真空度。最好被抽氣系統(tǒng)與真空泵之間串連一個(gè)枯燥管，讓系統(tǒng)中的氣體經(jīng)枯燥管脫水后再被抽人泵中；⑤活期改換新油。(12)分散泵結(jié)構(gòu)如下圖3.3.7。任務(wù)時(shí)，先用前級(jí)泵將分散泵及系統(tǒng)抽成預(yù)備真空，由泵下部的電爐加熱，使分散泵油在真空下迅速揮發(fā)成蒸氣。油蒸氣沿導(dǎo)管上升，由噴嘴噴出。噴嘴可以設(shè)一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)、四級(jí)不等。高速?lài)姵龅挠驼魵獯蛟谒浔谏希帜Y(jié)成液體經(jīng)導(dǎo)管流回泵底，再重新加熱汽化，如此不時(shí)循環(huán)。被抽系統(tǒng)中的氣體分子由于熱運(yùn)動(dòng)分散，經(jīng)進(jìn)氣口進(jìn)入噴口下邊的空間時(shí)，在少量的高速定向運(yùn)動(dòng)的油分子的碰撞下，被帶到泵的下部，經(jīng)排氣口被前級(jí)泵抽走。在這個(gè)分散抽氣進(jìn)程中，存在兩個(gè)有害的反向分散：被抽氣體分子被壓到泵的底部，底部與上部就存在被抽氣體的密度差，底部的被抽氣體分子就會(huì)向上部反分散；定向運(yùn)動(dòng)的油分子與被抽氣體分子相碰撞，有一局部也會(huì)改動(dòng)運(yùn)動(dòng)方向進(jìn)入被抽系統(tǒng)，再加上噴嘴處油蒸氣分子密度大于被抽系統(tǒng)的油蒸氣密度，油分子也會(huì)反向分散到被抽系統(tǒng)中。上述兩個(gè)有害的反分散是影響分散泵極限真空度提高的緣由之一。改善噴嘴設(shè)計(jì)和提高分散泵油的質(zhì)量，在泵的進(jìn)氣端設(shè)置液氮冷阱等，可以在一定水平提高泵的極限真空度。普通油分散泵的極限真空度可達(dá)10-5Pa，超高真空油分散泵可達(dá)510-8Pa。分散泵必需在用前級(jí)泵將系統(tǒng)壓力預(yù)先抽到低于分散泵的起始任務(wù)壓力后，才干正常任務(wù)，故它是一種次級(jí)泵。分散泵在裝配前必需清洗，裝入