способ получения искусственных алмазов
Классы МПК: | C30B29/04 алмаз B01J3/08 использование ударных волн для проведения химических реакций или для модификации кристаллической структуры веществ C01B31/06 алмаз |
Автор(ы): | Дреннов О.Б., Осипов Р.С., Плаксин И.Е., Серова Т.В. |
Патентообладатель(и): | Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики |
Приоритеты: |
подача заявки:
1997-02-11 публикация патента:
20.11.1998 |
Использование: в синтезе искусственных алмазов. Способ заключается в импульсном воздействии на образец из графита и металла давлением и нагревом, по которому давление и нагрев осуществляют ударной волной взрыва внешнего заряда ВВ. Параметры заряда ВВ выбирают из условия получения давления и температуры ударной волны в образце, достаточных для реализации фазового перехода графита в алмаз. Образец выполняют из графитовых волокон диаметром в несколько мкм, длиной в несколько мм, помещенных в матрицу из металла. Металл выбирают из группы по следующим физико-химическим свойствам: с плотностью, большей плотности графита; температурой разогрева при ударно-волновом нагружении, меньшей температуры фазового перехода графита в алмаз, инертного по отношению к углероду. В результате динамического нагружения получаются алмазные волокна диаметром до нескольких десятков мкм, длиной до нескольких мм. Выход алмаза составляет ~ 80% от исходного продукта, при этом затрачивается по массе
1 кг ВВ.
![способ получения искусственных алмазов, патент № 2122050](/images/patents/349/2122045/8773.gif)
Формула изобретения
Способ получения искусственных алмазов путем импульсного воздействия на образец графита и металла давлением и нагревом, отличающийся тем, что образец выполняют из волокон графита, помещенных в матрицу из металла с плотностью, большей плотности графита, температурой разогрева при ударно-волновом нагружении, меньшей температуры фазового перехода графита в алмаз и инертного по отношению к нему, образец размещают в герметичной ампуле сохранения, а импульсное воздействие осуществляют ударной волной взрыва внешнего заряда ВВ, параметры заряда ВВ выбирают из условия получения давления и температуры ударной волны в образце, достаточных для реализации фазового перехода графита в алмаз.Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к способам получения алмазов, а более точно к способам прямого превращения графита в алмаз в области термодинамической устойчивости последнего. Известно, что нагружение веществ ударными волнами приводит к реализации в них высоких динамических давлений и высоких температур, что позволяет получить и сохранить фазы высокого давления, обладающие большой твердостью. Так, ударное сжатие графита до давлений более 35 ГПа позволяет получить алмаз [1]. Известен способ получения сверхтвердых материалов (алмазов), в котором превращаемый материал (графит) помещают в прочные металлические ампулы сохранения плоского или цилиндрического типа, в корпусе которых генерируют ударные волны детонацией заряда ВВ, находящегося в контакте с корпусом ампулы, или ударом о стенки ампулы лайнера, разгоняемого ПВ до больших скоростей [2]. Под воздействием высоких динамических давлений и температур осуществляется фазовый переход графит-алмаз в области термодинамической устойчивости последнего. Недостатком данного способа является низкий (![способ получения искусственных алмазов, патент № 2122050](/images/patents/349/2122045/8773.gif)
![способ получения искусственных алмазов, патент № 2122050](/images/patents/349/2122040/8805.gif)
![способ получения искусственных алмазов, патент № 2122050](/images/patents/349/2122045/8773.gif)
- невысокий температурный разогрев при ударном сжатии до давлений, обеспечивающих фазовый переход графит-алмаз в области термодинамической стабильности последнего (T
![способ получения искусственных алмазов, патент № 2122050](/images/patents/349/2122045/8773.gif)
- большая плотность металла в сжатом состоянии в области термодинамической стабильности алмаза по сравнению с последним (pметалла>Pграфита);
- крайне малая растворимость углерода в нем (<0,5%) в условиях воздействия высоких давлений и температур. Подготовленный образец размещают в герметичную ампулу сохранения, а импульсное воздействие осуществляют ударной волной взрыва внешнего заряда ВВ (либо при непосредственном контакте ВВ с корпусом ампулы, либо при торможении лайнера, разгоняемого продуктами взрыва (ПВ) о корпус ампулы). Параметры заряда ВВ выбирают из условия получения давления и температуры ударной волны в образце, достаточных для реализации фазового перехода графита в алмаз. Положительный эффект достигается за счет следующих существенных отличий:
1. Выполнение образца путем помещения графитовых волокон в матрицу из металла со следующими физико-химическими свойствами:
- плотность металла больше плотности графита. При последующем ударно-волновом сжатии матрицы это соотношение сохраняется, что позволяет за счет генерации отраженных ударных волн поддерживать высокое давление в углероде длительное время, до снятия высоких температур и стабилизации алмазной фазы;
- температурой разогрева при ударно-волновом нагружении меньшей температуры фазового перехода графита в алмаз. При динамическом нагружении матрицы углеродные включения разогреваются до больших температур, нежели окружающий металл. Быстрый теплотвод от углерода к металлу при сохранении высокого давления способствует стабилизации алмазной фазы и предотвращает обратный переход алмаза в графит;
- химическая инертность по отношению к углероду. Крайне малая растворимость углерода в металле при высоких давлениях и температурах облегчает отмывку конечного продукта и существенно повышает его итоговый выход. 2. Размещение образца с герметичной ампуле сохранения позволяет исключить отрицательное воздействие волны разрежение (быстрое снятие давления при высокой температуре) на раннем этапе формирования алмаза - в области нестабильности фаз. Комплексное использование ампулы сохранения и помещенного в нее образца, подготовленного указанным образом, позволяет ограничиться простым "плоским" видом динамического нагружения (нагружение ударной волной по одной из плоскостей образца). Такое нагружение осуществляется при непосредственном контакте плоскости ампулы с зарядом ВВ либо при торможении летящего лайнера об эту плоскость. В обоих случаях существенно сокращается расход ВВ. 3. Подбор параметров заряда ВВ, осуществляющего импульсное воздействие на амплитуду сохранения с размещенной в ней матрицей из графита и металла, осуществляют по известным табулированным свойствам ВВ. По скорости детонации D и плоскости ВВ
![способ получения искусственных алмазов, патент № 2122050](/images/patents/349/2122010/961.gif)
![способ получения искусственных алмазов, патент № 2122050](/images/patents/349/2122010/961.gif)
![способ получения искусственных алмазов, патент № 2122050](/images/patents/349/2122010/8856.gif)
![способ получения искусственных алмазов, патент № 2122050](/images/patents/349/2122045/8773.gif)
![способ получения искусственных алмазов, патент № 2122050](/images/patents/349/2122040/8805.gif)
1. De Carli, J. C. Jamienson Formation of Diamond by Explosive Shock, Science, v. 133, no. 3467, June 1961, p. 1821-1822. 2. Поляков В. В., Ножкина А.В., Чириков Н.В. Алмазы и сверхтвердые материалы, М.: Металлургия, 1990. 3. Курдюмов А.В., Пилянкевич А.Н., Фазовые превращения в углероде и нитриде бора, Киев, Наукова думка, 1979. 4. Прюммер Р. Обработка порошкообразных материалов взрывом. -М.: Мир, 1990. 5. Бушман А.В., Воробьев В.С., Рахель А.Д., Фортов В.Е. Способ получения искусственного алмаза. Патент SU N 1820890 А3, 1990 опубл. БИ N 21, 1993. 6. Заболоцкий А.А. Композиционные материалы с металлической матрицей // Итоги науки и техники. Серия: Композиционные материалы, т.3, ВИНИТИ, 1988. 7. Дреннов О. Б., Михайлов А.Л., Осипов Р.С., Федоров А.В. Прочность и разрушение плоских ампул при ударно-волновых испытаниях. - Проблемы прочности, N 10, c.120-122, 1989.
Класс B01J3/08 использование ударных волн для проведения химических реакций или для модификации кристаллической структуры веществ