Способ получения искусственного сверхтвердого материала на основе углерода

 

Изобретение относится к области изготовления сверхтвердых материалов из углеродной массы. Техническим результатом изобретения является снижение стоимости получаемого продукта. Сущность предложенного способа заключается в использовании кавитационного генератора для создания температурного и барометрического воздействия на углеродсодержащую массу с целью превращения ее в сверхтвердый материал. В качестве углеродной массы используется графитовый порошок, подаваемый в генератор совместно с жидкостью и катализатором. Высокие температура и давление создаются при схлопывании образующихся в генераторе кавитационных пузырей. 1 з.п.ф-лы.

Изобретение относится к способам получения сверхтвердых материалов, таких как искусственные алмазы, и может быть использовано для их промышленного производства.

Известен способ получения искусственного сверхтвердого материала из графита в вакууме с использованием электрического поля для катодного распыления графита при низком давлении инертного газа и низкой температуре с осаждением нейтральных источников распыления (авт. св. СССР N 411037, кл. C 01 B 31/06, 1971).

Недостатком данного способа является сложность применяемой технологии, связанной с использованием сложной и дорогостоящей техники, а также низкая его производительность.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ получения искусственного сверхтвердого материала на основе углерода, включающий воздействие высокого давления и температуры на углеродную массу (см. Шульженко А.А., Гарчин В.Г. и др. Поликристаллические материалы на основе алмаза, АН УССР, ИСМ. - Киев: Наукова Думка, 1989, с. 37 -44, рис. 3 - 5).

К недостаткам данного способа относятся его сложность и дороговизна, связанные с необходимостью использования специального контейнера из сверхпрочного материала, выдерживающего значительные нагрузки, величина которых достигает нескольких десятков тысяч атмосфер. С этим же связан и другой недостаток данного способа, а именно, повышенная опасность для обслуживающего персонала.

Технической задачей изобретения является упрощение технологии изготовления, повышение безопасности проводимых работ, ускорение процесса получения сверхтвердых материалов и, как следствие, снижение себестоимости получаемого материала.

Это достигается тем, что в способе получения искусственного сверхтвердого материала на основе углерода, включающем воздействие высокого давления и температуры на углеродную массу, согласно изобретению, воздействие на углеродную массу осуществляют путем ее прокачки совместно с жидкостью через кавитационный генератор, при этом регулирование скорости процесса осуществляют прерыванием потока массы с жидкостью и/или изменением его скорости или конфигурации.

При прохождении жидкости через кавитационный генератор образуются кавитационные полости, которые затем попадая в зону высоких давлений, сжимаются и схлопываются. Это явление сопровождается возникновением высоких перепадов давления (несколько десятков килоньютонов) и температур (свыше 1500^oC), т. е. созданием условий для превращения углеродсодержащей массы в сверхтвердый материал.

Пример 1. Водо-графитовую смесь в соотношении 10:1 по массе заливают в емкость и по замкнутой системе насосом прокачивают 10 - 12 раз через трубку Вентури, выбранную в качестве кавитационного генератора. Порошок, попадая в зону схлопывания кавитационных каверн (полостей), подвергается воздействию высокого давления и значительной температуры, благодаря чему часть графита превращается в сверхтвердый материал.

Пример 2. В графит добавляют порошок железа и после тщательного перемешивания заливают водой в соотношении 1:15 по массе. Приготовленную смесь пропускают через кавитационный генератор, повторяя цикл 15 - 20 раз. После обработки кислотами осажденного материала получают множество прозрачных и бесцветных зерен алмазов и сверхтвердых материалов диаметром порядка 10 мкм, легко царапающих стекло.

Для интенсификации процесса получения сверхтвердых материалов в состав углеродной массы могут быть введены и другие катализаторы: частицы никеля, кобальта, а также карбиды некоторых металлов. Этому же способствует и изменение режима работы генератора, например изменение скорости подачи водо-графитовой смеси, периодическое прерывание потока, а также изменение конфигурации поперечного сечения напорного канала кавитационного генератора или же одновременное изменение нескольких режимных параметров.

Таким образом, предложенный способ позволяет значительно упростить технологию получения сверхтвердых материалов и тем самым существенно снизить стоимость получаемого материала. Кроме того, применение его полностью исключает травматизм обслуживающего персонала.

Формула изобретения

1. Способ получения искусственного сверхтвердого материала на основе углерода, включающий воздействие высокого давления и температуры на углеродную массу, отличающийся тем, что воздействие на углеродную массу осуществляют путем ее прокачки совместно с жидкостью через кавитационный генератор.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что регулирование скорости процесса осуществляют прерыванием потока массы с жидкостью и/или и изменением его скорости или конфигурации.