Способ получения ультрадисперсного алмаза

 

Использование: для финишной полировки различных материалов в абразивной и инструментальной промышленности. Сущность изобретения: в момент подрыва заряда взрывчатого вещества с отрицательным кислородным балансом во взрывной герметизированной камере, ее пространство орошают водой, причем отношение массы воды в момент подрыва к массе заряда взрывчатого вещества (3 - 8) : 1.

Изобретение относится к технологии детонационного синтеза сверхтвердых материалов, в частности ультрадисперсных алмазов, которые могут быть использованы для финишной полировки различных материалов, в абразивной и инструментальной промышленности.

Известен способ динамического синтеза полидисперсного алмазного порошка с использованием энергии взрывчатых веществ [1] Этот способ состоит в том, что металлографитовая смесь, помещенная в металлический контейнер (ампулу сохранения), подвергается ударному воздействию металлической пластины, разогнанной до высоких скоростей расширяющимися продуктами детонации.

Недостатками данного способа являются необходимость проведения крупномасштабных взрывов, обусловленная снижением стоимости алмазов, использование в качестве реакционной массы смесей графита с металлами, обусловленное необходимостью охлаждения реакционной массы, наличие в алмазных частицах значительных количеств металлических примесей, ухудшающих свойства алмазов, что обусловлено необходимостью введения металлов в реакционную массу, большой расход конструкционных материалов, вызванный необходимостью изготовления ампул сохранения и их вскрытия после взрыва.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ синтеза ультрадисперсного алмаза при детонации взрывчатого вещества непосредственно из углерода, входящего в состав молекул взрывчатого вещества [2] Суть способа заключается в том, что заряд взрывчатого вещества с отрицательным кислородным балансом подрывают в герметичной взрывной камере в инертной по отношению к конденсированным продуктам детонации газовой среде. Полученные таким образом продукты подвергают дальнейшей очистке с целью выделения ультрадисперсного алмазного порошка.

Недостатками прототипа являются невысокий выход алмазов в конденсированных продуктах детонации, низкая производительность, сложная технология выделения конденсированных продуктов детонации (шихты). Указанные недостатки обусловлены тем, что процесс синтеза ведется в газовой среде, например в углекислом газе.

Задачей изобретения является повышение выхода алмазной фазы в шихте, увеличение производительности и упрощение выделения шихты после синтеза.

Задача достигается тем, что в способе получения ультрадисперсного алмаза подрывом заряда взрывчатого вещества с отрицательным кислородным балансом в герметизированной взрывной камере в среде, инертной по отношению к конденсированным продуктам детонации с их последующей очисткой, пространство взрывной камеры в момент подрыва заряда взрывчатого вещества орошают водой, причем масса идущей на орошение воды относится к массе заряда взрывчатого вещества, как (3 ÷ 8):1.

Известно, что содержание алмазов в шихте существенным образом зависит от теплоемкости газовой среды, в которой ведется синтез, ее вида и количества, приходящегося при прочих равных условиях (вид взрывчатого вещества, его масса, объем взрывной камеры) на единицу массы заряда взрывчатого вещества и повышается при увеличении количества инертной среды и ее теплоемкости. Это обусловлено тем, что улучшаются условия "закалки" образующихся при детонации алмазов, предотвращается их существенный отжиг с переходом в графитоподобное состояние.

При орошении камеры в момент подрыва водой, которая, во-первых, имеет более высокую теплоемкость, чем у газообразных сред (4,2 кДж/кг К у воды и 0,8 кДж/кг К у углекислого газа при нормальных условиях), а, во-вторых, значительно более высокую плотность (1000 кг/м³ у воды и 1,98 кг/м³ у углекислого газа при нормальных условиях), охлаждение продуктов детонации более интенсивное, поскольку энергия взрыва идет не просто на нагрев газообразной среды, как в прототипе, а на дробление, нагрев и испарение воды. В результате такого более интенсивного охлаждения продуктов детонации повышается содержание алмазной фазы в шихте, а, следовательно, и выход алмазов на единицу массы взрывчатого вещества. Предельная масса М заряда взрывчатого вещества, полученная эмпирически, определяется из выражения М=0,5V, где М берется в кг, а V в м³, т.е. предельная масса заряда взрывчатого вещества а, следовательно, и производительность по сравнению с прототипом возрастает в 2,5 раза.

Помимо этого изобретение позволяет упростить выделение шихты после синтеза, поскольку в отличие от прототипа, где синтез ведется в газообразной среде, а шихту приходится выделять путем очистки отводимых из камеры газов, в изобретении проблема газоочистки решается орошением камеры в момент взрыва водой, которая при взрыве распыляется, поглощает частицы шихты, конденсируется на стенках камеры и стекает на дно камеры в виде водной суспензии шихты. Таким образом, отпадает необходимость в сложном газоочистительном оборудовании, шихта извлекается из суспензии, например путем фильтрации, причем вода из суспензии может быть снова возвращена на орошение взрывной камеры.

Диапазон изменения количества воды, идущей на орошение взрывной камеры, обосновывается следующим образом.

При соотношении масс воды и взрывчатого вещества 3:1 при условии, что вся энергия взрывчатого вещества (5 МДж) идет на нагрев воды, теплота испарения которой 2,2 МДж/кг, практически вся вода будет испарена. Меньшее количество воды приводит к частичному отжигу алмазов из-за недостатка охладителя, который в результате взрыва полностью испарится. Кроме того, недостаток воды приводит к большим нагрузкам на стенки камеры, что приводит к ее быстрому износу, поскольку не происходит эффективного гашения энергии взрыва. При соотношении воды и взрывчатого вещества более чем 8:1 также возрастает нагрузка на стенки камеры, поскольку большая часть воды не дробится и не испаряется энергией взрыва, а играет роль метаемого тела с большой скоростью (сотни метров в 1 с), ударяющегося по стенкам взрывной камеры. Увеличение массы воды от 3:1 до 8:1 в небольшой степени приводит к увеличению выхода алмазов; при соотношении, большем 8:1, это увеличение становится практически незаметным.

П р и м е р 1. Заряд прессового тротила плотностью 1540 кг/м³ и весом 0,1 кг подрывается во взрывной камере объемом 0,2 м³. Масса воды, идущей на орошение в момент подрыва, 0,8 кг (соотношение 8:1). После взрыва получено 0,0153 кг шихты, содержащей 5,5% ультрадисперсных алмазов. Выход алмазов на единицу массы взрывчатого вещества 0,8% П р и м е р 2. Заряд прессованного тротила плотностью 1580 кг/м³ и весом 0,035 кг подрывается во взрывной камере объемом 0,2 м³, заполненной до атмосферного давления углекислым газом. После взрыва получено 0,0062 кг шихты, содержащей 1,4% ультрадисперсных алмазов. Выход алмазов на единицу массы взрывчатого вещества 0,25% П р и м е р 3. Заряд прессованного состава ТГ 40 плотностью 1540 кг/м³ и весом 0,1 кг подрывается во взрывной камере объемом 0,2 м³. Масса воды, идущей на орошение в момент подрыва, 0,3 кг (соотношение 3:1). После взрыва получено 0,0128 кг шихты, содержащей 5,5% ультрадисперсных алмазов. Выход алмазов на единицу массы взрывчатого вещества 6% П р и м е р 4. Заряд прессованного состава ТГ40 плотностью 1540 кг/м³, весом 0,35 кг подрывается во взрывной камере объемом 0,2 м³, заполненной до атмосферного давления углекислым газом. После взрыва получено 0,0028 кг шихты, содержащей 25,9% ультрадисперсных алмазов. Выход алмазов на единицу массы взрывчатого вещества 2,1% Как показали данные примеров, выход алмазов на единицу массы взрывчатого вещества в предлагаемом способе в 3 раза выше, чем в прототипе, а содержание алмазов выше в 2-4 раза.

Формула изобретения

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ УЛЬТРАДИСПЕРСНОГО АЛМАЗА подрывом заряда взрывчатого вещества с отрицательным кислородным балансом в герметизированной взрывной камере в среде, инертной по отношению к конденсированным продуктам детонации, с их последующей очисткой, отличающийся тем, что пространство взырвной камеры в момент подрыва заряда взрывчатого вещества орошают водой, причем масса идущей на орошение воды относится к массе заряда взрывчатого вещества, как 3 8 1.