Способ получения искусственного алмаза

 

Использование: В синтезе искусственных алмазов. Сущность: Способ заключается в импульсивном воздействии на образец из графита и металла давлением и нагревом, по которому давление и нагрев осуществляют путем пропускания импульса электрического тока по образцу, содержащему металлы группы: медь, алюминий, никель, железо с включениями мелкодисперсных частиц графита, средний размер которых заключен в интервале 5-150 мкм, при следующем соотношении компонентов, об.%: графит 5-55; металл 45-95. 1 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5))5 С 01 В 31/06

К ПАТЕНТУ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) (2 1) 4885964/26 (22) 29.11.90 (46) 07.06.93. Бюл. hh 21 (71) Институт высоких температур АН СССР (72) А.В.Бушман, В.С.Воробьев. А.Д.Рахель и В,Е.Фортов (73) Институт высоких температур Российской Академии наук и Научно-исследовательский центр теплофизики импульсных воздействий Научного объединения "ИВТАН" Российской Академии наук (56) Патент США ЬЬ 3401019. кл. 23-209.1, 1968.

Изобретенйе относится к способам получения алмаза, а более точно, к способам прямого превращения графита в алмаз в области термодинамической устойчивости последнего,.

Целью изобретения является упрощение технологии способа без ухудшения качества целевого продукта. Поставленная цель достигается импульсным воздействием на образец, содержащий металл из группы: медь, алюминий, никель. железо с включениями графита с размером частиц 5-150 мкм при соотношении компонентов объемн. % графит 5-55 металл 45-95.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1. Импульс тока амплитудой

1,6 MA формируют путем разряда батареи конденсаторов. При закороченной разрядной цепи период свободных колебаний контура равен 20.8 мкс. Для получения

„„(Ж„„ 1820890 АЗ (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ИСКУССТВЕННОГО АЛМАЗА (57) Использование: В синтезе искусственных алмазов. Сущность: Способ заключается в импульсивном воздействии на образец из графита и металла давлением и нагревом, по которому давление и нагрев осуществляют путем пропускания импульса электрического тока по образцу, содержащему металлы группы: медь. алюминий, никель, железо с включениями мелкодисперсных частиц графита, средний размер которых заключен в интервале 5-150 мкм, при следующем соотношении компонентов, об.%; графит 5-55; металл 45-95, 1 табл. импульса тока с крутым задним фронтом через 7 мкс после замыкания цепи производится обрыв тока, текущего по образцу. Время, в течение которого ток в образце после начала прерывания (шунтирования) убывал практически до нуля, равнялось 0,8 мкс, Образец имел форму стержня кругового сечения длиной 4 см и диаметром 3 мм.

Материал образца имел металлическую основу (медь), содержащую в качестве включений частицы графита средним размером 30 мкм. Объемная доля графита в таком материале составляла 30%, а его пористость была менее 2%, Образец помещался в металлическую оболочку, предохраняющую от разлетающихся осколков и обеспечивающую сбор целевого продукта, После пропускания по образцу импульса тока, продукты, образовавшиеся в результате его разрушения, исследовались стандартными методами. Как показал анализ, выход алмаза в этом приме1820890

Выход ал- Средн. размаза. мер частиц граф., мкм

Диаметр образца, мм

Металл

Объем н. Давл. в обр., доля ГПа граф %

Примеры

Средн. размер частиц алмаза, мкм

3

5

2

4

6

8

11

3,0

3.0

3.0

3,6

3,6

3,6

3,0

3,0

3,0

3,0

3.0

36

36

36

36

36

36

36

21

19

14

16

13

11

14

5

4

0,2

4

2

1 медь медь медь медь медь медь алюминий никель железо медь ме ь ре (доля графита, превратившегося в алмаз) составил 18%; частицы алмаза имели средний размер около 5 мкм.

Другие вариангы реализации предлагаемого способа представлены в таблице. 5

Кроме исходных параметров и характеристик получаемого алмаза в таблице приводится оценка величины давления в образце.

Пример ы 2-4 иллюстрируют влияние на выход целевого продукта такого параметра, как объемная доля графита в материале, из которого изготовлен образец. Как следует из таблицы, уменьшение содержания графита от 30 до 10% приводит к возрастанию выхода алмаза почти в два раза. Дальнейшее уменьшение объемной доли графита до

5 и 3% не вызывает увеличения выхода. По- скольку объемная доля графита в образце прототипа 5% (пример 18), отсюда следует, что относительный выход алмаза (выход ал- 20 маза с единицы обьема образца) сравнивается с таковым для прототипа при 4,4%, Увеличение содержания графита до 50% приводит к уменьшению выхода до 14% (пример 5), При объемной доле графита 55% выход уменьшается до 10%. Еще большее возрастание содержания графита (пример

7) уменьшает выход до нескольких процентов. При этом частицы алмаза достигают всего 0.2 мкм, что намного меньше стандар- 30 тов, предъявляемых к размерам алмазных порошков; минимальный размер порошка примерно 0,5 мкм.

Кроме меди в качестве металлической компоненты использовались и такие металлы, как алюминий, никель, железо, Как следует из примеров 8-10. замена меди другими металлами несколько ухудшает выход целевого продукта, тем не менее его величина не уступает прототипу, Наиболее эффективным после меди является алюминий. т.к. при объемной доле графита в образце 30% позволяет получать частицы алмаза размером около 5 мкм с выходом алмаза, равным 16%.

Пример ы 11-17 позволяют заключить, что размер частиц графита оказывает существенное влияние как на выход лмаза, так и на размер получаемых частиц. Очень маленькие частицы (примеры 11-13) и очень большие частицы (примеры 16-17) приводят к достаточно малому выходу (ниже, чем у прототипа).

Рассмотренные примеры показывают, что предлагаемый способ позволяет получать порошок алмаза, пригодный для промышленного использования. По отношению к способу ударного нагружения он выгодно отличается тем, что условия, необходимые для синтеза алмаза, здесь удается создать без привлечения взрывчатых веществ и ударных нагрузок. При этом исключается необходимость в дорогостоящем оборудовании для защиты от ударных нагрузок, а также устраняются токсичные продукты детонации взрывчатых веществ.

Формула изобретения

Способ получения искусственного алмаза путем импульсного воздействия на образец графита и металла давлением и нагревом. о т л и ч à ю шийся тем, что, с целью упрощения технологии способа без ухудшения качества целевого продукта, давление и нагрев осуществляют путем пропускания импульса электрического тока по образцу, содержащему металл иэ группы: медь, алюминий, никель, железо с включениями мелкодисперсных частиц графита. средний размер которых 5-150 мкм, при следующем соотношении компонентов. об.%:

Графит 5-55

Металл 45-95

1 8Р 1ЙЧ(! б

Продел w p H ие т яблицы

Составитель А,Рахель

Техред М.Моргентал Корректор Н.Гунько

Заказ 2039 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

>13035. Москва. Ж-35. Раушская наб.. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина. 101