高性能石墨块体由于其具备特殊的高温力学性能、低的热膨胀系数以及良好的导电和导热性,使其在国防工业和特种材料领域扮演着不可或缺的角色。然而由于石墨其本身的层状结构,在外力作用下极易沿(002)晶面发生解离,使其制品的应用受到了很大限制。作者通过受到观察树干突节强化机制的启发,创造性地制备出一种晶格工程强化的高性能石墨块体,其主要方法就是将微量纳米金刚石粉体引入到天然石墨粉中,在烧结前期加压的过程中一小部分具有尖锐边缘的纳米金刚石颗粒被压入到石墨层内,在烧结后期纳米金刚石颗粒经相转变为纳米石墨洋葱,这些石墨洋葱如同膨胀螺栓一样把石墨片钉在一起,形成独特的“纳米疤痕”结构,赋予石墨块体杰出的力学性能。该增强机理类似于树干内部的凸起,使得石墨在(002)晶面上容易解离的现象被阻止。同时,石墨片之间的纳米金刚石颗粒的相转变可以显著降低石墨粉的烧结温度。作者主要探讨了复合粉体中纳米金刚石颗粒含量对石墨块体的显微结构和力学性能的影响;结果表明当复合粉体中纳米金刚石含量为20 wt%时,烧结后的石墨块体的抗弯强度与DS-4型商业石墨的抗弯强度相当。其体积密度和抗弯强度分别为1.93 g/cm3,92 MPa。值得一提的是,这种纳米疤痕结构显著增强了石墨的机械性能,并且预期这种晶格工程强化机制不但可以改变石墨材料的微观结构和性能,而且还适用于其他层状结构的材料。作者还通过在纳米金刚石颗粒中引入少量碳纳米管作为前驱体来制备高性能石墨块体。该方法相比传统工艺既降低了石墨的各向异性,又克服了由单一纳米金刚石粉体烧结后石墨块体内部残留较大的应力使得石墨制品容易开裂的问题。更为重要的是,少量碳纳米管的引入使得纳米金刚石颗粒沿碳纳米管近似有序排列,使得烧结后的石墨块体具备更高的机械性能。作者主要探讨了碳纳米管含量对烧结后石墨的显微结构和力学性能的影响。实验结果表明,当复合粉体中碳纳米管的含量为5 wt%时,所制备的石墨块体具有较高的体积密度和力学性能;其体积密度,显微硬度,杨氏模量和弯曲强度分别达到1.78g/cm3,GPa,2.7 GPa和173.7 MPa。其抗弯强度约为DS-4型商业石墨的2倍。