SiC是新一代射频器件和功率器件的理想材料，电阻式物理气相传输法由于具有温度均匀性，成为生长大尺寸SiC单晶的有效方法。近年来，多孔石墨等的使用提高了SiC晶体的质量和产量，而关于其机理的研究却相对较少。本文使用数值模拟的方法系统研究了多孔石墨对SiC晶体生长的影响，并进行了晶体生长验证。模拟结果表明：多孔石墨的使用提高了原料区域的温度及温度均匀性，增大了坩埚内轴向温差，对减弱原料表层的重结晶也具有一定作用；在生长腔内，多孔石墨改善了物质流动在整个生长过程中的稳定性，提高了生长区域的C/Si比，有助于减小相变发生概率，同时多孔石墨对晶体界面也起到改善作用。晶体生长结果实际验证了多孔石墨在提高传质均匀性、降低相变发生率和改善晶体外形上的作用。本文结果对于理解多孔石墨的作用机理以及改善SiC晶体生长条件具有实际意义。

碳化硅陶瓷可用作镁冶炼还原钢罐的内衬。在真空和1 200 ℃条件下, 通过扩散偶试验, 对SiC与耐热钢的界面反应进行了系统研究。结果表明, 在反应初期, 界面反应的主要产物为金属硅化物和石墨, 其中分布在界面的片状石墨阻碍了界面反应。由于界面上低熔点硅镍化合物的熔化, 片状石墨在Ni的催化作用下转变为纤维状石墨, 失去了对碳化硅的保护作用。界面反应由固-固反应转变为固-液反应, 界面反应过程加快, 加速了钢对碳化硅的侵蚀。与耐热钢相比, SiC与纯铁的界面反应速率明显降低, 金属熔化所需温度也显著升高。减少耐热钢中的Ni含量, 可以有效阻止耐热钢和SiC之间的反应。

为了扩大柔性石墨垫片在苛刻工况中的应用范围,本文选用聚四氟乙烯为浸渍剂,采用液相浸渍法对柔性石墨垫片进行改性,并通过单因素条件试验确定最佳浸渍剂配比和浸渍工艺。结果表明,在浸渍真空度为-0.095 MPa、真空加压压强为0.65 MPa、浸渍次数为2次、浸渍时间为30 min、浸渍浓度为60%(质量分数)、浸渍温度为35 ℃时可获得最佳浸渍效果,浸渍后的柔性石墨垫片泄漏率为203×10-4 cm3/s,增重率为439%,压缩率为3217%,回弹率为22.34%。SEM和EDS测试结果表明: 聚四氟乙烯乳液通过浸渍向石墨片层层间缝隙内部渗透,有效地填充了柔性石墨垫片内部片层和颗粒间的空隙,改善了垫片的渗透泄漏。碳元素主要以石墨形式均匀分布,氧元素以杂质形式均匀分布在石墨内部,氟元素分布较为集中。

以天然鳞片石墨粉末为原材料、热固性酚醛树脂为黏结剂，基于微热压技术原理实现了石墨碳化硅陶瓷复合材料快速制备，重点研究混合粉末组成对其抗压强度、导热性能的影响。研究结果表明，当天然鳞片石墨粉末质量分数为85%、热固性酚醛树脂质量分数为15%，高纯硅粉、短切碳纤维、中间碳微球质量分数分别为25%、4%、21%时，石墨碳化硅陶瓷复合材料抗压强度、导热系数分别达到30.82 MPa、21.65 W/m·K；并测试其热膨胀系数和抗氧化性能，在1200 ℃条件下，其氧化失重为23.679%、热膨胀系数为3.14×10^-6 K^-1。该复合材料有望代替石墨铸型材料，在铸造行业获得应用。

鳞片石墨的水润湿性掣肘了其在耐火浇注料中的应用，用碳化物对石墨改性是解决该问题的较佳方法。针对碳化物改性石墨制备过程中成本高、规模化困难，合成机制不清楚等问题入手，本工作采用改进的熔盐屏蔽技术，在空气中制备了核壳型SiC@石墨粉体，研究了坯体封装工艺对熔盐隔离法合成核壳结构SiC@石墨粉的物相组成及显微形貌的影响。结果表明：以Si粉和鳞片石墨粉为原料，用熔盐封装和无盐封装隔离法合成的核壳结构SiC@C粉体具有较好的水润湿性、分散性和抗氧化性。SiC@C粉体是基于熔盐法的“模板机制”生成，主要由Si经熔盐液相层扩散至SiC层表面，即Si外扩散过程控制。

为了提高石墨固废利用率, 本文以石墨开采废石为细骨料, 添加球形石墨尾料以及不同质量分数的废石石粉进行电热板材配方试验, 探究了石墨开采废石取代量、石粉掺量对电热板材性能的影响。结果表明: 在100%(质量分数)使用石墨开采废石作为细骨料时, 养护28 d的水泥板材抗折强度及抗压强度分别达到11.09 MPa和50.90 MPa, 虽然略低于使用标准砂的水泥板材的强度指标, 但是仍可满足相关要求, 说明石墨开采废石可以作为细骨料使用; 在废石石粉掺量为7%(质量分数)时, 电热板材的抗折强度和抗压强度最高分别达到6.21 MPa和33.00 MPa, 虽然强度有所降低, 但是仍可满足低强度板材的要求; 在球形石墨尾料掺量为9%(质量分数)时, 电热板材体积电阻率为1.94 Ω·m, 发热温度为71 ℃, 具有良好的电热效果。

为探究石墨矿石品位与其动力学特性关联, 揭示石墨矿石品位对岩石动力学特性的影响规律, 选取1.57%、5.19%、10.79%、12.65%和19.50%五种品位的石墨矿石试样开展等幅冲击荷载作用下的SHPB试验研究, 分析试样峰值强度(σd)、动弹性模量(Ed)、峰值应变(εd)以及能耗密度(ASE)随石墨矿石品位的变化规律。研究结果表明：不同品位石墨矿石动力学特性的改变是石墨矿石矿物组成和石墨鳞片嵌布特征变化共同作用的结果; 随着石墨矿石品位的增加, 试样动力学特性发生了明显弱化, 但弱化程度存在限度, 具体表现为：σd、Ed和ASE与石墨矿石品位之间存在良好的负指数型函数拟合关系(相关性系数R2分别为0.977、0.930和0.973), 三者均随石墨矿石品位的增加而以愈渐平缓的趋势逐渐降低, 并最终趋于某稳定值; εd随石墨矿石品位的增加表现为初期近似线性增加, 品位达到12.65%时出现明显跃增, 之后开始缓慢减小的阶段性特征, 但εd减小的程度很小, 总体上可认为εd随石墨矿石品位增加仍呈现较好的弱幂函数递增规律(R2为0.810), 说明试样动力学特性随石墨矿石品位增加而弱化的总体趋势并未改变。

Nanodiamonds (NDs) have been widely explored for applications in drug delivery, optical bioimaging, sensors, quantum computing, and others. Room-temperature nanomanufacturing of NDs in open air using confined laser shock detonation (CLSD) emerges as a novel manufacturing strategy for ND fabrication. However, the fundamental process mechanism remains unclear. This work investigates the underlying mechanisms responsible for nanomanufacturing of NDs during CLSD with a focus on the laser-matter interaction, the role of the confining effect, and the graphite-to-diamond transition. Specifically, a first-principles model is integrated with a molecular dynamics simulation to describe the laser-induced thermo-hydrodynamic phenomena and the graphite-to-diamond phase transition during CLSD. The simulation results elucidate the confining effect in determining the material’s responses to laser irradiation in terms of the temporal and spatial evolutions of temperature, pressure, electron number density, and particle velocity. The integrated model demonstrates the capability of predicting the laser energy threshold for ND synthesis and the efficiency of ND nucleation under varying processing parameters. This research will provide significant insights into CLSD and advance this nanomanufacturing strategy for the fabrication of NDs and other high-temperature-high-pressure synthesized nanomaterials towards extensive applications.