способ получения нитевидных алмазов

Формула изобретения

Способ получения нитевидных алмазов путем гетерогенной жидкофазной кристаллизации алмаза при взаимодействии углеродсодержащего вещества с катализатором с последующим получением алмазов в кристаллическом состоянии, отличающийся тем, что в качестве катализатора используют ультрадисперсный порошок палладия с размером частиц 20-50 нм, полученный путем пропускания газообразного монооксида углерода через 2-20%-ный водный или водно-органический растворы хлористого палладия PdCl₂ при перемешивании в течение 5 ч, при этом образование алмазов нитевидной формы происходит при атмосферном давлении и температуре от -70°С до +100°С, в дальнейшем обеспечивают отделение алмазов от сопровождающих компонентов и катализатора, который, в свою очередь, регенерируют путем обработки катализатора царской водкой (HNO₃+3HCl) в соотношении порошок палладия: царская водка, равном 1:3, полученный раствор фильтруют, а затем осуществляют термообработку твердого осадка при температуре 600°С.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области неорганической химии, а именно к получению синтетических алмазов нитевидной формы, и может найти применение в промышленном производстве алмазов специального назначения, например для буровых коронок, а также в качестве деталей узлов звуко- или видеовоспроизведения, для изготовления щупов, в микромеханических устройствах и т.д.

Методика выращивания нитевидных или пластинчатых кристаллов была разработана в нашей стране за счет тщательного подбора температуры синтеза и температурного градиента в месте нахождения растущего кристалла. Единичные кристаллы выращивались на затравках в метастабильных условиях, сведения об этом содержатся в следующих источниках информации: Ю.А.Литвин и Э.М.Никифорова. «Синтетические алмазы», 1973, № 4, с.3-7 и В.Бутузов, В.Лаптев и С.Дунин - ДАН СССР 1975, 20, с.177-720.

Известно также о получении нитевидных или игольчатых алмазов в реакционной ячейке сложной конструкции: в трубку из металлической фольги помещают спектроскопический графит, в который вставляется пруток из нитрида бора. Перед сборкой ячейки на внутреннюю поверхность металлической трубки осаждали путем испарения в вакууме слой золота толщиной несколько тысяч ангстрем. Максимальная длина иглообразных кристаллов составляет 0,8 мм, отношение длины кристалла к его ширине от 2 до 20. Выход таких алмазов составлял около 10% от общей массы кристаллов за один цикл синтеза. Авторы утверждают, что добавка Au всегда является необходимой для образования удлиненных алмазов, а влияние температурного градиента обнаружить нельзя. А.Ёсида, Ё.Миямото и др. - Сб. Сверхтвердые материалы: синтез, свойства, применение. Наук. Думка. Киев, 1983, с.45.

К недостаткам вышеприведенных технологий относятся необходимость в сложном оборудовании и расход драгметалла Au.

Известны различные методы получения игольчатых и нитевидных алмазов, в том числе известен «Способ синтеза игольчатых и удлиненных алмазов», включающий использование шихты из сплава Mn-Ni-Fe в весовом соотношении 60±5:30±5:10±5 и порошка графита, смешение их и обработку смеси при давлении >40 кбар и Т>950°С, причем скорость нагрева регулируют так, чтобы она составляла <100°С/мин. Патент Японии № 48-42355, кл. С01В 31/06, 1973 г.

Известен «Способ синтеза игольчатых и удлиненных алмазов», который включает смешивание шихты из сплава Mn-Ni-Fe в весовом соотношении 60±5:30±5:10±5 и порошка углесодержащего вещества и обработку смеси при давлении >40 кбар и Т>950°С при скорости нагрева менее 100°С/мин. В качестве углеродсодержащего вещества используют игольчатый кокс или графит на базе кокса с однокомпонентной анизотропной структурой со степенью графитизации не менее 0,55 относительных единиц.

Патент РФ на изобретение № 2318588, МПК: С01В 31/06, публ. 08.03.10. К недостаткам данного способа следует отнести сложность технологии изготовления.

Известен способ синтеза алмазов в форме иглы, имеющих электропроводные свойства, по которому алмазы иглообразной формы получаются при добавлении бора в реакционную ячейку специальной конструкции. Патент США № 3310501, кл. 252-502, 1957 г.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому в качестве изобретения техническому решению является «Способ гетерогенной жидкофазной кристаллизации алмаза» путем взаимодействия углеводородов с катализатором, причем в качестве углеводородов используют дегидрированные компоненты битума и процесс осуществляют адсорбционным взаимодействием этих компонентов с гидридной поверхностью катализатора, образующейся хемосорбцией водорода при высокотемпературном и каталитическом дегидрировании полидисперсных высокомолекулярных компонентов битум-смол и асфальтенов с последующим адсорбционным переходом последних в кристаллическое состояние - алмаз. Патент РФ на изобретение № 2169700, МПК: С01В 31/06, публ. 27.06.2001 г.

Техническим результатом изобретения является упрощение процесса получения нитевидных алмазов.

Достижение указанного результата обеспечивается за счет того, что способ получения нитевидных алмазов осуществляют путем гетерогенной жидкофазной кристаллизации алмаза при взаимодействии углеродсодержащего вещества с катализатором с последующим получением алмазов в кристаллическом состоянии. В качестве катализатора используют ультрадисперсный порошок палладия с размером частиц 20-50 нм, полученный путем пропускания газообразного монооксида углерода через 2-20% водный или вводно-органический растворы хлористого палладия PdCl ₂ при перемешивании в течение 5 часов. Образование алмазов нитевидной формы происходит при атмосферном давлении и температуре от -70°С до +100°С.

В дальнейшем обеспечивают отделение алмазов от сопровождающих компонентов и катализатора, который в свою очередь регенерируют путем обработки катализатора царской водкой (HNO₃+3HCl) в соотношении порошок палладия: царская водка, равном 1:3. Полученный раствор фильтруют, а затем осуществляют термообработку твердого осадка при температуре 600°С.

Примеры конкретной реализации способа

Пример 1. Из хлористого палладия PdCl₂ получают 2% раствор. Для этого 1 г соли палладия растворяли в 50 г воды, затем раствор при перемешивании обрабатывали монооксидом углерода СО при t=0°С и атмосферном давлении в течение 5 часов. При этом происходит образование ультрадисперсного порошка палладия Pd с размером частиц 20-50 нм. По окончании обработки порошок палладия Pd отделяют от раствора и растворяют в царской водке HNO₃+3HCl в соотношении 1:3, затем отфильтровывали и полученный осадок сжигали при t=600°С. В полученном остатке были идентифицированы алмазные нити диаметром 5-20 мкм и длиной 0,1-20 мм. Выход нитевидных алмазов длиной 15 мм составил 28%.

Пример 2. Из хлористого палладия PdCl₂ получают 20% раствор. Для этого 10 г соли палладия растворяли в 50 г воды, затем раствор при перемешивании обрабатывали монооксидом углерода СО при t=+100°С и атмосферном давлении в течение 5 часов. При этом происходит образование ультрадисперсного порошка палладия Pd с размером частиц 20-50 нм. По окончании обработки порошок палладия Pd отделяют от раствора и растворяют в царской водке HNO₃+3HCl в соотношении 1:3, затем отфильтровывали и полученный осадок сжигали при t=600°С. В полученном остатке были идентифицированы алмазные нити диаметром 5-20 мкм и длиной 0,08-19 мм. Выход нитевидных алмазов длиной 15 мм составил 30%.

Пример 3. Из хлористого палладия PdCl₂ получают 10% раствор. Для этого 5 г соли палладия растворяли в 50 г воды, этот раствор затем обрабатывали монооксидом углерода СО при t=-70°С и атмосферном давлении в течение 5 часов. При этом происходит образование ультрадисперсного порошка палладия Pd. По окончании обработки порошок палладия Pd отделяют от раствора и растворяют в царской водке 1:3, затем отфильтровывали и полученный осадок сжигали при t=600°С.

В полученном остатке были идентифицированы алмазные нити диаметром 5-20 мкм и длиной 0,1-22 мм Выход нитевидных алмазов длиной 15 мм составил 32%.

Пример 4. Из хлористого палладия PdCl ₂ получают 10% вводно-органический раствор. Для этого 5 г соли палладия растворяли в 32 г ацетона и 12 г воды, затем раствор обрабатывали монооксидом углерода СО при t=-70°С и атмосферном давлении в течение 5 часов. При этом происходит образование ультрадисперсного порошка палладия Pd. По окончании обработки порошок палладия Pd отделяют от раствора и растворяют в царской водке 1:3, затем отфильтровывали и полученный осадок сжигали при t=600°С.

В полученном остатке были идентифицированы алмазные нити диаметром 3-10 мкм и длиной 20-2000 мм. Выход нитевидных алмазов длиной 16 мм составил 34%.

Пример 5. Из хлористого палладия PdCl₂ получают 20% вводно-органический раствор. Для этого 10 г соли палладия растворяли в 32 г ацетона и 12 г воды, затем раствор обрабатывали монооксидом углерода СО при t=+60°С и атмосферном давлении в течение 5 часов. При этом происходит образование ультрадисперсного порошка палладия Pd. По окончании обработки порошок палладия Pd отделяют от раствора и растворяют в царской водке 1:3, затем отфильтровывали и полученный осадок сжигали при t=600°С.

В полученном остатке были идентифицированы алмазные нити диаметром 5-15 мкм и длиной 20-2100 мм. Выход нитевидных алмазов длиной 18 мм составил 36%.

Пример 6. Из хлористого палладия PdCl₂ получают 10% вводно-органический раствор. Для этого 5 г соли палладия растворяли в 32 г тетрагидрофурана C₄H₈O и 12 г воды, затем раствор обрабатывали монооксидом углерода СО при t=-70°С и атмосферном давлении в течение 5 часов. При этом происходит образование ультрадисперсного порошка палладия Pd. По окончании обработки порошок палладия Pd отделяют от раствора и растворяют в царской водке 1:3, затем отфильтровывали и полученный осадок сжигали при t=600°С.

В полученном остатке были идентифицированы алмазные нити диаметром 3-10 мкм и длиной 20-2000 мм. Выход нитевидных алмазов длиной 16 мм составил 34%.

Пример 7. Из хлористого палладия PdCl₂ получают 20% водноорганический раствор. Для этого 10 г соли палладия растворяли в 32 г тетрагидрофурана C₄H₈O и 12 г воды, затем раствор обрабатывали монооксидом углерода СО при t=+60°С и атмосферном давлении в течение 5 часов. При этом происходит образование ультрадисперсного порошка палладия Pd. По окончании обработки порошок палладия Pd отделяют от раствора и растворяют в царской водке 1:3, затем отфильтровывали и полученный осадок сжигали при t=600°С.

В полученном остатке были идентифицированы алмазные нити диаметром 5-15 мкм и длиной 20-2100 мм. Выход нитевидных алмазов длиной 18 мм составил 36%.

Предлагаемый в качестве изобретения «Способ получения нитевидных алмазов» не требует сложного оборудования и легко осуществим, что позволяет добиться упрощения процесса получения нитевидных алмазов с одновременным увеличением их выхода за один цикл процесса.