一种柯石英的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种柯石英的制备方法，它是由下述高能球磨法和静高压法组成，经高能球磨后，α－石英粉在球磨至５～７小时后形成了四方晶系的α－石英亚稳相，继续球磨至１０小时，该亚稳相消失；用Ｒａｍａｎ法并结合ＸＲＤ对该亚稳石英相进行检测，确定空间群为Ｐ４↓［１］２↓［１］２（９２），晶格参数为ａ＝１３．４２９＊，ｃ＝７．９９９＊，其Ｒａｍａｎ特征峰为：４７０ｃｍ↑［－１］，５２０ｃｍ↑［－１］，８００ｃｍ↑［－１］，１３３０ｃｍ↑［－１］和１６００ｃｍ↑［－１］；球磨样品用静高压法合成，得到柯石英。本发明专利技术研究了高能球磨下ＳｉＯ↓［２］的相变过程和非晶化机制，讨论了α－石英亚稳相向柯石英转变的条件，为地表柯石英形成机制问题的研究提供了新方法和新思路。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种制备柯石英的方法，尤其涉及一种利用高能机械球磨法与静高压法相结合制备柯石英的方法。
技术介绍
研究地表中出现的柯石英，被人们认为是认识地球的“窗口”。长期以来，人们把地表柯石英的发现，作为地球板块折返学说的有力证据。柯斯(Coes)采用静高压法合成柯石英，其合成条件没有反映地球板块碰撞中的局域高压、局域高温及剪切力的作用影响，因此难以符合地表柯石英产生的客观实际情况。
技术实现思路
本专利技术为解决现有技术存在的问题，提供一种利用高能机械球磨与静高压相结合制备柯石英的方法，以模拟地表柯石英产生的条件，使之反映地球板块碰撞中的局域高压、局域高温及剪切力的作用影响，研究高能机械球磨下SiO2的相变过程和非晶化机制，α-石英亚稳相向柯石英转变的容易形成的条件及结果，为地表柯石英形成机制的研究提供一种新的方法。一种制备柯石英的方法，该方法是由下述高能机械球磨法和静高压方法组成，依次按下述步骤进行 (1)高能机械球磨法将纯度为99％的α-石英粉末与直径为5～15mm不锈钢球一起放入到球磨罐中，其中四种规格不锈钢球的用量个数为15mm、12mm、8mm和5mm为2个、4个、6个和8个；其球料的重量之比为14∶1～16∶∶1，然后依次按如下步骤进行①将所述的球磨罐封闭后，抽真空，控制其内的真空度为0.05GPa；然后，②向球磨罐中充氩气，使其罐的压力为0.2MPa；接着，③对上述的球磨罐再抽真空，控制其罐内的真空度为0.05GPa；然后，再向球磨罐中充氩气，使其罐内氩气压力保持在0.2MPa；如此重复进行三次，使其罐内处于氩气保护状态；接着，④将上述的球磨罐密封，并将其装在垂直面上行星式微振动型高能球磨机上；⑤关闭球磨机上盖，接通球磨机电源，缓慢加大球磨机工作电压至115伏，并将球磨罐的转速固定在750r/m，使球磨罐随所述的球磨机同时作上下、左右、前后的微振动；⑥如此球磨5～7小时后，切断电源，定时取出样品；经上述步骤(1)的制备过程，α-石英粉经球磨发生非晶相化，在球磨至5小时后形成了亚稳相的α-石英四方晶系；继续球磨至10小时，所述的亚稳相消失；高能机械球磨产生的局域高压、局域高温和剪切作用而产生的α-石英亚稳相，是球磨使α-石英粉末向非晶相转变的中间亚稳相，用拉曼(Raman)散射分析方法对该亚稳石英相进行测定；结合X-射线衍射(XRD)测定，其结果表明上述的亚稳石英相的晶体结构为四方结构，空间群为P41212(92)，晶格参数为a＝13.429，c＝7.999，其Raman特征峰为470cm-1，520cm-1，800cm-1，1330cm-1和1600cm-1；(2)静高压合成将步骤(1)制得的样品，用压片机压成片状。所述的压片机采用500吨两面顶液压机；它们由上、下两个相同的碳化钨(WC)硬质合金顶锤和一个WC硬质合金压缸组成。顶锤和压缸由过盈钢环保护，外层以循环水冷却。利用叶石蜡作为传压介质，它具有良好的流变、绝热和绝缘综合性能。在叶蜡石管中放入石墨锅作为发热体，为防止样品污染，用具有良好导热性能的氮肥化硼(BN)坩埚保护，套在石墨发热体中，将上述步骤(1)制得的样品放在所述液压机的氮化硼坩埚中，BN样品室为φ6×8mm，石墨锅上下用钼片和导电圈及锡纸进行曲高度调整。实验时，通过液压装置使上下两个WC顶锤挤压放在压缸中叶蜡石，由于叶蜡石具有良好的流变性能，在样品周围产生准静压。同时，压缸喇叭处的叶蜡石把压力密封在压腔中。所以，叶蜡石在压力产生的过程中，既起传压作用，又起封压作用。启动上述的液压机，将压力控制在3.0GPa，温度控制为923K条件下，保压时间小于1.0min，进行静高压合成，制得块状晶体柯石英，其拉曼峰值与中国柯石英拉曼峰值相吻合。本专利技术所用的原材料、高能球磨机和静高压合成所需要的500吨两面顶液压机均是从市场购进的。本专利技术与现有技术相比取得显著的技术进步并产生积极的效果1、本专利技术用GN-2型垂直面上行星式微振动式高能球磨机，对α-石英粉末进行球磨加工，随球磨时间的延续，其内部结构发生了变化，最后产生非晶化，球磨至5～7小时后形成了四方晶系的α-石英亚稳相，继续球磨至10小时，所述的亚稳相消失。2、因高能球磨产生的局域高压、局域高温及剪切力的作用，而产生的α-石英亚稳相，是球磨使α-石英粉末向非晶转变的中间的亚稳相，并确定其空间群、晶格参数和结构特征空间群为P41212(92)；晶格参数为a＝13.429，c＝7.999，其Raman特征峰为470cm-1；520cm-1；800-1；1330-1和1600-1。本专利技术制得的柯石英，其拉曼峰值与中国柯石英的拉曼峰值相吻合；见下表 由此可进一步证明本专利技术制得的样品为柯石英样品。3、α-石英四方亚稳相，在外界压力或地震波瞬间作用下，由于其结构与柯石英(单斜晶系，空间群为C2/c，晶格参数为a＝0.716nm，b＝1.239nm，c＝0.716nm，β＝120°)十分相近，很容易使α-石英四方亚稳相中硅氧四面体(SiO4)，发生旋转和重新组合而变成柯石英高密度单斜相。这是中间亚稳相导致柯石英容易合成的条件的结构内在原因。4、α-石英四方亚稳相出现的球磨时间，敏感依赖于球磨参数和原料状态。5、本专利技术研究了高能球磨下SiO2的相变过程和非晶化机制，讨论了α-石英亚稳相向柯石英转变的容易形成条件。支持了可以通过α-石英亚稳相的新途径，使地震波等其它方式产生地表柯石英的假说，为地表柯石英形成机制问题的研究提供了新方法和新思路。具体实施例方式现通过具体实施方式，对本专利技术进一步说明如下本专利技术使用的球磨机是GN-2型垂直面上星行式微振动型高能球磨机，其球磨罐为圆柱形，体积为50毫升。不锈钢球直径为5～15mm四种型号。实施例一种制备柯石英的方法，是由下述高能机械球磨法和静高压方法组成，依次按下述步骤进行(1)高能机械球磨法将重量百分含量为99％的α-石英粉末与直径为5～15mm不锈钢球一起放入到球磨罐中，其中四种规格不锈钢球用量个数15mm、12mm、8mm和5mm分别为2个、4个、6个和8个，上述球的总重量为450克，所述的α-石英粉末重量为30克；然后依次①将所述的球磨罐封闭后，抽真空，控制其内的真空度为0.05GPa；然后，②向球磨罐中充氩气，使其压力为0.2MPa；接着，③对上述的球磨罐再抽真空，控制其内的真空度为0.05GPa；然后，再向球磨罐中充氩气，使其内氩气压力保持在0.2MPa；如此重复进行三次，使球磨罐处于氩气保护状态下；接着，④将上述的球磨罐密封，并将其装在垂直面上行星式微振动型高能球磨机上；⑤关闭球磨机上盖，接通球磨机电源，缓慢加大球磨机工作电压至115伏，并将球磨罐的转速固定在750r/m，使球磨罐随所述的球磨机同时作上下、左右、前后的微振动； ⑥如此球磨5～7小时后，切断电源，取出样品；经上述步骤(1)的制备过程，α-石英粉经球磨发生非晶相化，在球磨至5分钟后形成了四方晶系的α-石英亚稳相，继续球磨至10小时，所述的亚稳相消失；高能机械球磨产生的局域高压、局域高温和剪切作用而产生的α-石英亚稳相，是球磨使α-石英粉末向非晶相转变的中间亚稳相，用Raman散射分析方法对该亚本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种柯石英的制备方法，该方法是由下述高能机械球磨法和静高压法组成，依次按如下步骤进行：（１）高能机械球磨法将纯度为９９％的α－石英粉末与直径为５～１５ｍｍ不锈钢球一起放入到球磨罐中，其中四种规格不锈钢球用量个数１５ｍｍ、１２ ｍｍ、８ｍｍ和５ｍｍ分别为２个、４个、６个和８个；其球料的重量之比为１４∶１～１６∶１，然后依次①将所述的球磨罐封闭后，对其进行抽真空，控制其内的真空度为０．０５ＧＰａ；然后，②向球磨罐中充氩气，使其罐内的压力为０．２ＭＰａ ；接着③对上述球磨罐再进行抽真空，使其内的真空度控制在０．０５Ｇｐａ后，再向球磨罐中充入氩气，使其罐内的氩气压力控制在０．２ＭＰａ；如此再重复进行三次，氩气置换合格后，用氩气保护球磨罐，以防止氧化；然后，④将上述的球磨罐密封 ，并将其装在垂直面上行星式微振动型高能球磨机上；⑤关闭球磨机上盖，接通球磨机电源，缓慢加大球磨机工作电压至１１５伏，并将球磨罐的转速固定在７５０ｒ／ｍ，使球磨罐随上述的球磨机同时作上下、左右、前后的微振动；⑥如此球磨５～７小 时后，切断电源，取出其粉末颗粒度为４００～５００ｎｍ的ＳｉＯ↓［２］样品；经上述步骤（１）的制备过程，α－石英粉经球磨发生非晶相化，在球磨至５～７小时形成了亚稳相的α－石英四方晶系，继续球磨至１０小时，所述的亚稳相消失；在上 述制备过程中，由于高能球磨机作用，产生的局域高压、局域高温和剪切作用而产生的α－石英亚稳相，是球磨使α－石英粉末向非晶相转变的中间亚稳相，用拉曼散射分析方法对该亚稳石英相进行测定；结合Ｘ－射线衍射（ＸＲＤ）测定，其结果表明上述的亚稳石英相的晶体结构为四方结构，空间群为Ｐ４↓［１］２↓［１］２，晶格参数为ａ＝１３．４２９＊，ｃ＝７．９９９＊；其拉曼特征峰为：４７０ｃｍ↑［－１］，５２０ｃｍ↑［－１］，８００ｃｍ↑［－１］，１３３０ｃｍ↑［－１］和１６００ｃｍ↑［－１］； （２）静高压合成将步骤（１）制得的样品，用压片机压成片状。所述的压片机采用５００吨两面顶液压机；将上述步骤（１）制得的样品放在所述液压机的氮化硼坩埚中，启动上述的液压机，将压力控制在３．０ＧＰａ，温度控制为９２３Ｋ下，保压时间小于１ ．０ｍｉｎ，进行静高压合成，制得块状柯石英多晶，其拉曼峰值与中国柯石英拉曼峰值相吻合。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王巍然，
申请(专利权)人：东北电力大学，
类型：发明
国别省市：22[中国|吉林]