Способ детонационного синтеза ультрадисперсного алмазного порошка

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ДЕТОНАЦИОННОГО СИНТЕЗА УЛЬТРАДИСПЕРСНОГО АЛМАЗНОГО ПОРОШКА(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт порошковой металлургии(72) Авторы Коморный Александр Анатольевич Смирнов Геннадий Васильевич(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт порошковой металлургии(57) Способ детонационного синтеза ультрадисперсного алмазного порошка, включающий размещение цилиндрического заряда взрывчатого вещества во взрывной камере, создание защитной атмосферы и инициирование цилиндрического заряда взрывчатого вещества,отличающийся тем, что инициирование цилиндрического заряда взрывчатого вещества производят по внешнему периметру образующей поверхности заряда с противоположных сторон. Изобретение относится к области динамического синтеза продвинутых алмазных нанопорошков и предназначено для создания необходимых технологических параметров при максимальной эффективности использования возможностей детонационных процессов бризантных взрывчатых веществ с отрицательным кислородным балансом. Данные нанопорошки применяются для получения металл-алмазных поверхностных пленок в электрохимических процессах и производства полировальных составов для суперфинишной обработки высокоточных деталей в машиностроительной промышленности. Известны способы детонационного синтеза ультрадисперсных алмазов с применением смесей тротила с гексогеном (Лямкин А.И., Петров Е.А., Ершов А.П. и др. Получение алмазов из взрывчатых веществ // Докл. АН СССР. - 1988. - Т. 302. -3. - С. 611). Эксперименты проводились во взрывных камерах, заполненных инертными газами, - для предотвращения окисления возникших частиц алмаза и отжига их в графит при торможении о стенки. В этом случае при достижении определенного значения содержания гексогена,являющегося сенсибилизатором, углерод из тротила в зоне химических реакций оказывается охваченным волной заданной амплитуды и претерпевает полиморфное превращение в алмаз. Однако сравнительно высокое пороговое значение мощности детонационной волны ограничивает выход алмаза в случае гетерогенной смеси, т.к. уменьшается доля основного 11417 1 2008.12.30 поставщика свободного углерода в общем объеме заряда. Недостатком данного способа является невысокая эффективность использования взрывчатых материалов и невысокий процент выхода конечного продукта из-за необходимости применять составы с высоким процентом доли сенсибилизатора, в данном случае гексогена, для достижения необходимых параметров синтеза. Наиболее близкими по технической сущности и достигаемому эффекту к заявляемому объекту является способ детонационного синтеза с применением составных зарядов (Титов В.М., Анисичкин В.Ф., Мальков И.Ю. Исследование процесса синтеза ультрадисперсного алмаза в детонационных волнах // Физика горения и взрыва. 1989. -3. - . 119). В данном случае составные заряды взрывчатого вещества из тротила и сплава октогентротил 70/30 размещались в центре камеры. Причем сплав октоген-тротил окружал цилиндр из тротила. Инициирование проводилось с торца шашкой из флегматизированного гексогена. При подрыве такого заряда реализуется режим пересжатой детонации, т.е. возникает маховский детонационный диск. Скачок давления за ним заметно выше, чем при нормальном режиме. Эксперименты показали переход при таком режиме свободного углерода из тротила в алмаз, что не наблюдается при нормальной детонации тротила. Недостатком данного способа является сложность изготовления составных гетерогенных зарядов и большой расход сенсибилизатора, в данном случае сплава октоген-тротил. Задачей предлагаемого изобретения является получение универсального заряда для детонационного синтеза алмазных порошков и создание схемы его инициирования для наиболее эффективного использования взрывчатых материалов при сохранении начальных основ детонационного синтеза, опробованных и проверенных известными исследованиями. Поставленная задача достигается тем, что в известном способе детонационного синтеза ультрадисперсного алмазного порошка, включающем размещение цилиндрического заряда взрывчатого вещества во взрывной камере, создание защитной атмосферы и инициирование цилиндрического заряда взрывчатого вещества, инициирование цилиндрического заряда взрывчатого вещества производят по внешнему периметру образующей поверхности заряда с противоположных сторон. Способ осуществляют по схеме детонационного синтеза ультрадисперсных алмазных порошков, представленной на фиг. 1. На данной схеме представлен заряд синтеза 1 и система периферийного инициирования 2. При одновременном инициировании заряда взрывчатого вещества по противоположным периметрам образующей поверхности, встреча детонационных волн 3 происходит как на вертикальной оси 4, так и в горизонтальной плоскости симметрии 5. При встрече маховских фронтов в центральной области течения давление максимально, затем оно падает по мере расширении продуктов детонации от оси и центральной плоскости симметрии заряда. На фронтах, сходящихся сначала к оси заряда, а затем к плоскости симметрии,давление при нерегулярном отражении многократно возрастает и может достигать в зависимости от вида применяемого взрывчатого вещества 100 ГПа и выше. Т.к. для синтеза алмазов необходимо пороговое значение давления значительно ниже давления в 100 ГПа,то при данной схеме инициирования не требуется большого количества сенсибилизатора,который не является поставщиком свободного углерода и имеет более высокую стоимость. Таким образом, возможно увеличить количество взрывчатого материала с более отрицательным кислородным балансом, являющееся поставщиком свободного углерода,который в зоне химических реакций оказывается охваченным волной заданной амплитуды и претерпевает полиморфное превращение с образованием алмазных структур. При этом возрастает эффективность процесса синтеза за счет увеличения общего количества получаемого алмазного материала при том же количестве используемого взрывчатого вещества. По предлагаемому способу проводили детонационный синтез ультрадисперсных алмазных порошков. Эксперименты проводились во взрывной камере, заполненной защитной атмосферой. В качестве зарядов синтеза использовали смесевое взрывчатое вещество ТГ 70 2 11417 1 2008.12.30 цилиндрической формы с исходной плотностью 1,58 г/см 3. Содержание тротила в заряде составляло 70 , гексогена - 30 . Инициирование осуществлялось по внешним окружностям противоположных торцов заряда. Полученные образцы конденсированных продуктов детонации подвергались химической очистке в смеси кислот. После проведения фазового и структурного анализа определили выход алмазной фазы по отношению к массе используемого взрывчатого вещества, который составил в среднем 10,4 . Указанный фактор доказывает возможность эффективного использования для детонационного синтеза взрывчатых веществ с низким содержанием сенсибилизатора и способ возбуждения реакции в значительной мере предопределяет характер развития процесса синтеза, полиморфного превращения и конечный состав продуктов. Предлагаемый способ детонационного синтеза ультрадисперсных алмазных порошков позволяет эффективно использовать взрывчатые вещества с высоким содержанием тротила. Причем эффективность проявляется как на стадии синтеза, так и в процессе химической очистки, т.к. процент выхода алмазного продукта при определенных условиях может достигать 90 по отношению к общему количеству получаемых конденсированных продуктов детонации. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 3