高强度石墨块体具有良好的机械性能和低孔隙率,能够加工成高性能产品,这对于核工业,航空航天技术和高科技领域至关重要,如用于加热元件,电极设备,核反应堆等。过去,通常将骨料(石墨或各种焦炭等)和粘结剂(沥青,树脂等)作为原料混合以制备石墨块体,但这个过程会导致较高的能耗和严重的污染。后来人们一直在寻找通过直接烧结石墨粉来生产石墨块体的方法,然而由于石墨的高稳定性导致烧结无法实现。随着高温核反应堆的发展,对先进的高强石墨的需求正在以前所未有的速度增长。因此,高强度石墨块体材料的研究与制备工作迫在眉睫。本研究旨在制备高密度高强度的块体纳米石墨,I并初步探索其力学性能及强化机理。首先,以不同粒径的纳米金刚石(ND)粉末作为制备石墨块体的前驱体,按一定比例进行混合,先制备出复合金刚石粉体,再在氩气的气氛下通过放电等离子体烧结(SPS)制备各向同性石墨块体材料,探究高密度块体纳米石墨的制备工艺及条件。使用X射线衍射,扫描电子显微镜,透射电子显微镜和拉曼光谱来表征该石墨的微观结构。结果显示,尺寸1OOnm,50nm,10nm的金刚石粉末按8:1:1比例混合均匀后,在80MPa压力下,以150℃/min的速率升温至1600℃,保温5min后所制备的石墨块体密度最大,高达1.89g/Cm3。该石墨的颗粒微观形貌为“洋葱”状小球。其次,结合制备出来的高密度各向同性块体纳米石墨,进一步探究其力学性能及强化机理。利用抗弯、抗压、纳米压痕和划痕测试来表征该石墨的机械性能。结果表明,由于其独特的内在结构,所制备的石墨块体具有超高的弯曲强度、抗压强度、杨氏模量和显微硬度,分别为160MPa,350MPa,33GPa和2.5GPa。纳米石墨洋葱是以C60为核的准球形碳纳米粒子,通过理论计算研究了约有70层球壳的纳米石墨洋葱模型的应力-应变状态,用静水压法对其进行加载,最终正确地表示出纳米石墨洋葱的受力分布情况。这种石墨块体材料由于其独特的结构和优异的性能,预计能在传统石墨无法承受的强应力苛刻环境中起关键作用。