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高温高压下C-H-O超临界流体行为的研究对地球物理和材料科学都具有重要意义。针对过去研究中对C-H-O体系合成金刚石机理的理论计算不够充分,以及对该体系中H对金刚石生成的作用缺乏实验证据这两个问题,本文从理论计算和实验两个方面进行了探索。 在理论计算方面: 1.采用统计热力学方法,利用CHEQ程序对5.5-7.7GPa的压力和1000—2900K温度下碳加水体系中碳的溶解度做了计算,得出石墨和金刚石在水中的溶解度及溶解度之差与温度和压力的关系,给出了在一定压力下碳水系统可能合成金刚石的温度范围;同时,对氧和氢在金刚石合成中的作用以及碳加水体系合成金刚石的驱动力作了讨论。计算结果与迄今发表的实验结果符合得很好。 2.以硬球模型的Percus-Yevick积分方程的一般解为基础,对现有的径向分布函数gpy(r)的具体形式进行了修正,并计算出了n=6时的表达式。 在实验方面: 1.以石墨加聚丙烯作为出发物质,调查了该碳氢系统在高压高温下的行为。结果表明该体系在下列三个实验点(6.5GPa,1300℃,30min),(5.7GPa,1400℃,120min)和(5.7GPa,1300℃,120min)时没有金刚石生成。 2.以石墨加聚丙烯(或聚乙烯)加微米级金刚石粉作为出发物质,调查了在高压高温下该体系的行为,结果发现微米级金刚石晶粒有开始烧结起来的迹象。表明H对金刚石烧结有一定的促进作用。 3.以纳米级金刚石粉或纳米级金刚石粉加聚丙烯系统分别作为出发物质,调查了在高压高温下这些体系的行为,结果发现在压力、温度和保温时间分别为(5.8GPa,700℃,60min)时纳米级金刚石粉可以不同程度地烧结起来,其中原料含H的样品表现出烧结得更好的形貌特征,且没有非金刚石相生成。实验表明这种碳氢体系中的H对纳米金刚石烧结有促进作用。 上述金刚石烧结实验的结果为H对金刚石生成的触媒作用提供了间接的证据。