Катализатор для синтеза алзамов

 

(») 930800

ОПИСАН ИЕ

ИЗОЬРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Йоюв Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное и авт. свид-ву (22) Заявлено 18.07.80 (21) 2959165/23-04 с присоединением заявки № (23) Приоритет (43) Опубликовано 23.10.82. Бюллетень № 39 (45) Дата опубликования описания 23.10.82 (51) М. Кл.

В 01J 23/76

С 01В 31/06

Государственный комитет (53) УДК 660973 (088.8) по делам изобретений и открытии (72) Авторы изобретения

К. Н. Семененко, Я. А. Калашников, И. В. Н кольская, В. В. Авдеев, В. П. Елютин, В. П. Поляков, М. А. Матосян, --3. Г. Григорян и К. В. Митоян

Московский ордена Ленина, ордена Октябрьскфй Револтоции, .--,,-, т,т и ордена Трудового Красного Знамени госуд рстввнньтй университет им. М. В. Ломоносова и Моско ий 6 дена:-" -. .

Октябрьской Революции и ордена Трудового Красного на институт стали и сплавов (71) Заявители (54) КАТАЛИЗАТОР ДЛЯ СИНТЕЗА АЛМАЗОВ

Изобретение относится к синтезу сверхтвердых материалов и может быть использовано в производстве синтетических алмазов.

Известны катализаторы полиморфного превращения графита в алмаз — металлы

VIII группы: Cr, Мп, Та, сплавы и смеси на их основе (1). Катализатор в виде стержней, дисков или частиц произвольной формы смешивают с порошком графита, затем реакционную шихту подвергают действию высоких давлений и температур. Давление синтеза до 110000 атм, температура от 1200 до 2600 С. Время синтеза колеблется от 10 с до нескольких минут. 15

Недостатком такого рода катализаторов является то, что применяемые металлы или их сплавы являются относительно вязкими материалами и поэтому изготовление катализатора в виде частиц определенного 2О размера представляет трудоемкую операцию (применяют, например, точение слитков металла с последующим измельчением стружки) . Неоднородность частиц катализатора по размеру нежелательна, так как 25 приводит к сильному различию в размерах и свойствах получаемых алмазов.

Наиболее близким решением по технической сущности и достигаемому эффекту является катализатор для синтеза алмазов на 30 основе металла VIII группы периодической системы, в частности металла группы железа и/илп меди и металла-промотора, в качестве которого катализатор содержит титан, цирконий, бор, кремний, ванадий, алюминий и молибден, катализатор представляет собой сплав металла VIII группы и/или меди н металла-промотора (2).

Недостатком известного катализатора является его невысокая активность. В результате для осуществления синтеза алмазов требуется большое количество катализатора (35 — 50% от веса реакционной шихты) н длительное время (10 — 15 мин) при давлении порядка 75 кбар и температуре 1500 С.

Кроме того, существенным недостатком известного катализатора является образование карбидных фаз металла-катализатора, затрудняющих последующее выделение алмазов из спека.

Целью изобретения является повышение активности катализатора.

Указанная цель достигается катализатором для синтеза алмазов на основе металла группы железа и/илп меди и металла-промотора, в качестве которого катализатор содержит редкоземельный металл и представляет собой интерметаллическое соединение следующего состава АВ С„„где

930800

Л вЂ” редкоземельный элемент — лантан или церий, или неодим, или эрбий, или празеодим;

 — металл группы железа — железо или никель, или кобальт, или медь;

С вЂ” металл группы железо-никель или железо; п,их — от1до5.

Отличительными признаками предлагаемого катализатора являются содержание в качестве металла-промотора редкоземельного металла и то, что катализатор представляет собой интерметаллическое соединение указанного состава.

Предлагаемый катализатор обладает следующими преимуществами.

Активность катализатора значительно повышается, в результате чего время синтеза сокращается до 1 — 5 с (вместо 10—

15 мин) и количество загружаемого катализатора снижается до 10 — 25 /О от веса реакционной шихты.

Уменьшение содержания катализатора в шихте приводит к снижению выхода алмазов; увеличение содержания катализатора также не эффективно: повышается расход катализатора, выход алмазов падает по сравнению с оптимальным количеством.

Выход алмазов оценивался методом количественного рентгенофазового анализа.

Интерметаллические соединения редкоземельных металлов с металлами группы железа и меди в условиях синтеза алмазов не образуют фаз, которые не разлагались бы разбавленными кислотами. Это облегчает процесс химического выделения алмазов из реакционных спеков.

Уменьшение времени синтеза является дополнительным технологическим преимуществом, так как позволяет значительно увеличить число рабочих циклов, которые могут быть проведены без разрушения твердосплавных камер высокого давления, изготовленных из дефицитных твердосплавных материалов.

Все образцы катализатора приготавливают из металлов чистотой 99,9 /о на медном водоохлаждаемом поду электродуговой печи с температурой дуги 1500 — 1700 С с вольфрамовым нерасходуемым электродом в атмосфере очищенного аргона.

Пр имер 1. 0,32 г Là и 0,68 г Ni сплавляют на медном водоохлаждаемом поду электродуговой печи с вольфрамовым нерасходуемым электродом в атмосфере очищенного аргона (1 — 1,2 атм). Полученное интерметаллическое соединение состава

LaNi> размельчают в фарфоровой ступке и рассеивают на ситах на фракции. Смесь, содержащую 9,0 rграфита и 1,,0 г сплава

1.аХ4 (зернистостью 150/100 мкм), перемешивают до равномерного распределения частиц. Затем смесь запрессовывают в контейнер. Контейнер помещают в камеру высокого давления и проводят синтез алма5

10 !

25 зо

55 б0 б5 зов при давлении 60 кбар и температуре

1300 С в течение 3 с. В результате получают алмазы с выходом 15 вес,о/о. Зернистость алмазных фракций 40 мкм и ниже.

Пример 2. 0,803 г La и 1,697 r Ni сплавляют на медном водоохлаждаемом поду электродуговой печи с вольфрамовым нерасходуемым электродом в атмосфере очищенного аргона (1 — 1,2 атм) . Готовят смесь, содержащую 7,5 г графита и 2,5 г интерметаллического соединения состава

1 а Х4, и перемешивают ее до равномерного распределения частиц, запресовывают в контейнер и помещают контейнер в камеру высокого давления. Синтез алмаза проводят при давлении 60 кбар и температуре

1300 С в течение 2 с. В результате получают алмазы зернистостью 40 мкм и нижс с выходом 40 вес. /О.

Пример 3. 0578 r La и 1, 222 r Ni сплавляют на медном водоохлаждаемом поду электродуговой печи с вольфрамовым нерасходуемым электродом в атмосфере очищенного аргона (1 — 1,2 атм). Смесь, содержащую 8,2 г графита и 1,8 г интерметаллического соединения состава 1 аИ4, перемешивают до равномерного распределения частиц, запресовывают в контейнер и помещают контейнер в камеру высокого давления. Синтез алмазов проводят при давлении 60 кбар и температуре 1300 С в течение 1 с. В результате получают алмазы зернистостью 40 мкм с выходом 50 вес. /о.

Пример 4. 0608 г La и 1392 r Cu сплавляют на медном водоохлаждаемом поду электродуговой печи с вольфрамовым нерасходуемым электродом в атмосфере очищенного аргона (1 — 1,2 атм). Смесь, содержащую 8 г графита и 2 r интерметаллического соединения состава LaCus, перемешивают до равномерного распределения частиц, запрессовывают в контейнер и помещают в камеру высокого давления. Синтез алмазов проводят при давлении 65 кбар и температуре 1350 С в течение 2 с. В результате получают алмазы зернистостью

40 км и ниже с выходом 40 вес. /о.

Пример 5. 1,406 г Là и 0594 г Ni сплавляют на медном водоохлаждаемом поду электродуговой печи с вольфрамовым нерасходуемым электродом в атмосфере очищенного аргона (1 — 1,2 атм). Смесь, содержащую 3 г графита и 2 r интерметаллического соединения состава LaNi, перемешивают до равномерного распределения частиц, запрессовывают в контейнер и помещают в камеру высокого давления. Синтез алмазов проводят при давлении 55 кбар и температуре 1200 С в течение 5 с. В результате получают алмазы зернистостью

50 мкм и ниже с выходом 30 вес. /О.

Пример 6. 1,112 г Се и 0,888 г Fe сплавляют на медном водоохлаждаемом поду электродуговой печи с вольфрамовым нерасходуемым электродом в атмосфере

930800

Формула изобретения

Составитель Т. Белослюдова

Техред О. Павлова Корректоры: А. Галахова и Л. Орлова

Редактор П. Горькова

Заказ 1672/21 Изд. № 236 Тираж 587 Подписное

НПО «Поиск» Государственного комитета СССР по делам изобретешш и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2

5 очищенного аргона (1 — 1,2 атм) . Смесь, содержащую 8 r графита и 2 г интерметаллического соединения состава CeFe2, перемешивают до равномерного распределения частиц, запресовывают в контейнер и помещают контейнер в камеру высокого давления. Синтез алмазов проводят при давлении 60 кбар и температуре 1250 С в течение 5 с. В результате получают алмазы зернистостью 50 мкм и ниже с выходом

25 вес, /о.

П р и м ер 7. 1,100 г Nd и 0,900 r Со сплавляют на медном водоохлаждаемом поду электродуговой печи с вольфрамовым нерасходуемым электродом в атмосфере очищенного аргона (1 — 1,2 атм). Смесь, содержащую 3 г графита и 2 г интерметаллического соединения состава ИйСоз, перемешивают до равномерного распределения частиц, запресовывают в контейнер и помещают в камеру высокого давления. Синтез алмазов проводят при давлении 60 кбар и температуре 1250 С в течение 5 с. В результате получают алмазы зернистостью

50 мкм и ниже с выходом 30 вес. /о.

П р им ер 8. 0,972 Er и 1,028 г Со сплавляют на медном водоохлаждаемом поду электродуговой печи с вольфрамовым нерасходуемым электродом в атмосфере очищенного аргона (1 — 1,2 атм). Смесь, содержащую 8 г графита и 2 r интерметаллического соединения состава ЕгСоз, перемешивают до равномерного распределения частиц и запресовывают в контейнер, после чего помещают в камеру высокого давления. Синтез алмазов проводят при давлении 60 кбар и температуре 1300 С в течение 5 с. В результате получают алмазы зернистостью 40 мкм и ниже с выходом

25 вес %.

Пример 9. 0622 r La, 0526 Ni u

0,852 r Сп сплавляют на медном водоохлаждаемом поду электродуговой печи с вольфрамовым нерасходуемым электродом в атмосфере очищенного аргон а (1—

1,2 атм). Смесь, содержащую 8 r графита и 2 г интерметаллического соединения состава LaNi>Cu>, перемешивают до равномер5

45 ного распределения частиц и запресовывают в контейнер, после чего помещают в камеру высокого давления. Синтез алмазов проводят при давлении 60 кбар и температуре 1300 С в течение 3 с. В результате получают алмазы зернистостью 50 мкм и ниже с выходом 40 вес. /о.

Пример 10. 0,653 г Pr, 0,259 г Fe u

1,088 г Ni сплавляют на медном водоохлаждаемом поду электродуговой печи с вольфрамовым нерасходуемым электродом в атмосфере очищенного аргона (1—

1,2 атм). Смесь, содержащую 8 г графита и 2 г интерметаллического соединения состава PrFeNi4, перемешивают до равномерного распределения частиц, запресовывают в контейнер, после чего помещают в камеру высокого давления. Синтез алмазов проводят при 1300 С и давлении 60 кбар в теченив 3 с. В результате получают алмазы зернистостью 50 мкм с выходом 40 вес. /о.

Катализатор для синтеза алмазов на основе металла группы железа и/или меди и металла-промотора, о т л и ч а ю щ и йся тем, что, с целью повышения активности, в качестве металла-промотора катализатор содержит редкоземельный металл и представляет собой интерметаллическое соединение следующего состава АВ„С где А — редкоземельный элемент — лантан или церий, или неодим, или эрбий, или празеодим;

 — металл группы железа — железо или никель, или кобальт — или медь;

С вЂ” металл группы железа — никель илн железо; пих — от1до5.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент Франции № 1243890, кл. С 01В, опубл. 1960.

2. Патент США Мв 2992900, кл. 23-209, 1, опубл. 1961 (прототип).