DD259147A1 - METHOD FOR PRODUCING HIGH PRESSURE MODIFICATIONS OF THE CARBON - Google Patents

METHOD FOR PRODUCING HIGH PRESSURE MODIFICATIONS OF THE CARBON Download PDF

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DD259147A1 DD24579482A DD24579482A DD259147A1 DD 259147 A1 DD259147 A1 DD 259147A1 DD 24579482 A DD24579482 A DD 24579482A DD 24579482 A DD24579482 A DD 24579482A DD 259147 A1 DD259147 A1 DD 259147A1
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Erich Wolf
Heinrich Oppermann
Heinz Hennig
Udo Gerlach
Gerald Grosse
Guenter Risse
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Akad Wissenschaften Ddr
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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Stoffdarstellung. Ihr Ziel ist es, Reaktionen zur Herstellung von Hochdruckmodifikationen des Kohlenstoffs bei geringeren Temperaturen und niedrigeren Druecken ablaufen zu lassen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Aktivierungsenergie zu senken. Erfindungsgemaess wird die Aufgabe dadurch geloest, dass exotherm reagierende Gemische aus Metallkarbiden mit Metalloxiden und/oder Metallhalogeniden, Oxidhalogeniden, Metallaten oder Halogenometallaten bei einer Temperatur 300C und einem Druck 10 kbar umgesetzt und die Kohlenstoffmodifikationen in bekannter Weise abgetrennt werden. Anwendungsgebiet der Erfindung ist die Herstellung von Hochdruckmodifikationen des Kohlenstoffs, insbesondere von Diamant oder diamantaehnlichem Kohlenstoff.The invention relates to the field of substance representation. Their goal is to run reactions to produce high pressure carbon modifications at lower temperatures and lower pressures. The invention has for its object to reduce the activation energy. According to the invention, the object is achieved by reacting exothermically reacting mixtures of metal carbides with metal oxides and / or metal halides, oxyhalides, metallates or halometalates at a temperature of 300 ° C. and a pressure of 10 kbar and separating the carbon modifications in a known manner. The field of application of the invention is the production of high-pressure modifications of the carbon, in particular of diamond or diamond-like carbon.

Description

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Stoff darstellung. Ihre Anwendung ist für die Herstellung von Hochdruckmodifikationen des Kohlenstoffs, insbesondere von Diamant oder diamantähnlichem Kohlenstoff möglich und zweckmäßig.The invention relates to the field of fabric presentation. Their application is possible and expedient for the production of high-pressure modifications of carbon, in particular of diamond or diamond-like carbon.

Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions

Es ist allgemein Bekannt (z.B. Ullmanns Enzyklopädie der Technischen Chemie 1955, Bd.6, S.228), daß Graphit bei einer Temperatur über 25000C und bei einem Druck von 80kbar in Diamant übergeht. Dabei ist die hohe Temperatur notwendig, um die erforderliche Aktivierungsenergie aufzubringen. Auf Grund des Verlaufs der Koexistenzlinie von Graphit und Diamant bedingt die hohe Temperatur aber auch hohen Druck. Um die technologischen Schwierigkeiten, die bei der Erzeugung so hoher Drücke entstehen, zu umgehen, ha£es bisher nicht an Versuchen gefehlt, den erforderlichen Druck zu senken. So ist es nach den US-PS 4254091 bekannt, Übergangsmetallkarbonate und -oxalate mit Reduktionsmitteln zu Diamant umzusetzen. Temperatur und Druck müssen dabei oberhalb der von Simon-Berman angegebenen Koexistenzlinie liegen. Als Reduktionsmittel werden vorzugsweise Chrom oder Eisen eingesetzt. Der Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, daß auf Grund der auch hier erforderlichen hohen Aktivierungsenergie hohe Temperaturen von > 1 200°C und damit hohe Drücke notwendig sind, wodurch außerdem das effektive Arbeitsvolumen wesentlich begrenzt ist.It is generally known (for example, Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry 1955 Bd.6, p.228) that graphite proceeds at a temperature above 2500 0 C and at a pressure of 80kbar in diamond. The high temperature is necessary to apply the required activation energy. Due to the course of the coexistence line of graphite and diamond, the high temperature but also high pressure. To avoid the technological difficulties involved in producing such high pressures, there have been no lack of attempts to reduce the pressure required. Thus, it is known from US-PS 4254091 to convert transition metal carbonates and oxalates with reducing agents to diamond. Temperature and pressure must be above the coexistence range given by Simon-Berman. The reducing agent used is preferably chromium or iron. The disadvantage of this method is that due to the high activation energy required here high temperatures of> 1 200 ° C and thus high pressures are necessary, which also the effective working volume is significantly limited.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Ziel der Erfindung ist es, Reaktionen zur Herstellung von Hochdruckmodifikationen des Kohlenstoffs bei geringeren Temperaturen und niedrigeren Drücken ablaufen zu lassen.The aim of the invention is to allow reactions to be carried out to produce high-pressure modifications of the carbon at lower temperatures and lower pressures.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Aktivierungsenergie zu senken. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß exotherm reagierende Gemische aus Metallkarbiden mit Metalloxiden und/oder Metallhalogeniden, Oxidhalogeniden, Metallaten oder Halogenometallaten bei einer Temperatur >300°C und einem Druck >10kbar umgesetzt und die Kohlenstoff modifikationen in bekannterWeiseabgetrenntwerden. Zweckmäßig ist es, daß Metallkarbide mit diamantartiger Kohlenstoffunterstruktur eingesetzt werden. Damit wird die Ausbildung von Diamantkeimen begünstigt. Vorteilhaft ist es, daß kohlenstoffreiche Metallkarbide oder deren Gemische mit sauerstoffreichen Oxiden oder deren Gemischen und/oder halogenreichen Halogenidemand/oder sauerstoff- und halogenreichen Oxidhalogeniden eingesetzt werden. Dadurch werden hohe relative Masseumsätze zu Diamant bzw. diamantähnlichem Kohlenstofferreicht. Eine Variante der Erfindung sieht vor, daßThe invention has for its object to reduce the activation energy. According to the invention the object is achieved in that exothermally reacting mixtures of metal carbides with metal oxides and / or metal halides, oxyhalides, metallates or halometallates at a temperature> 300 ° C and a pressure> 10kbar implemented and the carbon modifications are separated in a known manner. It is expedient that metal carbides are used with diamond-like carbon substructure. This favors the formation of diamond seeds. It is advantageous that carbon-rich metal carbides or mixtures thereof with oxygen-rich oxides or mixtures thereof and / or halogen-rich halide and / or oxygen- and halogen-rich oxide halides are used. As a result, high relative mass conversions to diamond or diamond-like carbon are achieved. A variant of the invention provides that

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als exotherm reagierende Gemische Oxid-, Oxidhalogenid- oder Halogengemische mit Schmelzpunkten unter 800°C eingesetzt werden. Die Umsetzung erfolgt dann bei niedrigeren Temperaturen und somit bei geringeren brücken. Von Vorteil ist es, wenn die exotherm reagierenden Gemische in hochdisperser Form und tablettiert eingesetzt werden. Eine weitere Variante der Erfindung besteht darin, daß der Druck durch Schockwellen erzeugt wird. Vorzugsweise wird die Umsetzung bei Temperaturen zwischen 400 und 1 000°C vorgenommenare used as exothermic mixtures oxide, oxyhalide or halogen mixtures with melting points below 800 ° C. The reaction then takes place at lower temperatures and thus at lower bridges. It is advantageous if the exothermically reacting mixtures are used in highly dispersed form and tabletted. Another variant of the invention is that the pressure is generated by shock waves. Preferably, the reaction is carried out at temperatures between 400 and 1000 ° C.

Vorteilhafter Weise werden die exotherm reagierenden Gemische entsprechend den Beziehungen I bis III umgesetzt. Advantageously, the exothermic mixtures are reacted according to the relationships I to III.

Ausführungsbeispieleembodiments Beispiel 1:Example 1:

Aus PbC>2und SnO2 im Verhältnis 1:1 und CaC2 wird ein Gemisch im Molverhältnis von 2:1 hergestellt. Dieses Gemisch wird einem statischen Druck von 25kbar und einer Temperatur von 6000C ausgesetzt. Die Temperatur wird 3 min gehalten und anschließend passiv abgekühlt. Aus dem Produkt der Umsetzung wird das Kalziumoxid und die Pb-Sn-Legierung abgetrennt, so daß feinkörniges Diamantpulver zurückbleibtFrom PbC> 2 and SnO 2 in the ratio 1: 1 and CaC 2 , a mixture in a molar ratio of 2: 1 is prepared. This mixture is exposed to a static pressure of 25kbar and a temperature of 600 0 C. The temperature is maintained for 3 minutes and then passively cooled. From the product of the reaction, the calcium oxide and Pb-Sn alloy are separated to leave fine-grained diamond powder

Beispiel 2:Example 2:

Aluminiumkarbid wird mit Molybdändioxiddichlorid im Verhältnis von 1:2 vermischt. Das Gemisch wird zu Tabletten gepreßt. Die Tabletten werden einem statischen Druck von 15kbar und einer Temperatur von 4000C ausgesetzt. Aus dem Produlct wird das Aluminiumoxidchlorid und das Molybdänkarbid entfernt und damit das Diamantpulver gewonnen.Aluminum carbide is mixed with molybdenum dioxide dichloride in a ratio of 1: 2. The mixture is pressed into tablets. The tablets are exposed to a static pressure of 15kbar and a temperature of 400 0 C. The aluminum oxide chloride and the molybdenum carbide are removed from the product and the diamond powder is thus recovered.

Formelnformulas

a Me Cx + Me'Xy = a Me Xy + Me7C2 + (ax - z) Cdia . (I)a Me C x + Me'Xy = a Me X y + Me 7 C 2 + (ax - z) C dia . (I)

ä . 'a. '

X = O, F, Cl, Br (II)X = O, F, Cl, Br (II)

O<Z<ax ' ' (III)O <Z <ax '' (III)

Claims (8)

1. Verfahren zur Herstellung von Hochdruckmodifikationen des Kohlenstoffs, insbesondere Diamant oder diamantähnlichem Kohlenstoff, unter Druck- und Temperatureinwirkung, gekennzeichnet dadurch, daß exotherm reagierende Gemische aus Metallkarbiden mit Metalloxiden und/oder Metallhalogenide^ Oxidhalogeniden, Metadaten oder Halogenometallaten bei einer Temperatur >300°C und einem Druck >10kbar umgesetzt und die Kohlenstoffmodifikationen in bekannter Weise abgetrennt werden.1. A process for the preparation of high pressure modifications of the carbon, in particular diamond or diamond-like carbon, under pressure and temperature, characterized in that exothermically reacting mixtures of metal carbides with metal oxides and / or metal halides ^ oxyhalide, metadata or halometalates at a temperature> 300 ° C. and a pressure> 10kbar reacted and the carbon modifications are separated in a known manner. 2. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß Metallkarbide mit diamantähnlicher Kohlenstoffunterstruktur eingesetzt werden.2. The method according to item 1, characterized in that metal carbides are used with diamond-like carbon substructure. 3. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß kohlenstoffreiche Metallkarbide oder deren Gemische mit sauerstoffreichen Oxiden oder deren Gemischen und/oder halogenreichen Halogeniden und/oder sauerstoff- und halogenreichen Oxidhalogeniden eingesetzt werden.3. The method according to item 1, characterized in that carbon-rich metal carbides or mixtures thereof with oxygen-rich oxides or mixtures thereof and / or halogen-rich halides and / or oxygen and halogen-rich oxide halides are used. 4. Verfahren nach Punkt 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß als exotherm reagierende Gemische Oxid-, Oxidhalogenid- oder Halogenidgemische mit Schmelzpunkten unter 8000C eingesetzt « werden.4. The method according to item 1 to 3, characterized in that are used as exothermic mixtures of mixtures, oxide halide or halide mixtures having melting points below 800 0 C. 5. Verfahren nach Punkt 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß die exotherm reagierenden Gemische in hochdisperser Form und tablettiert eingesetzt werden.5. The method according to item 1 to 4, characterized in that the exothermically reacting mixtures are used in highly dispersed form and tabletted. 6. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Druck durch Schockwellen erzeugt wird.6. The method according to item 1, characterized in that the pressure is generated by shock waves. 7. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Umsetzung bei Temperaturen zwischen 400 und 1 0000C vorgenommen wird.7. The method according to item 1, characterized in that the reaction is carried out at temperatures between 400 and 1 000 0 C. 8. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die exotherm reagierenden Gemische entsprechend den Beziehungen (I) bis (III) umgesetzt werden.8. The method according to item 1, characterized in that the exothermic mixtures are reacted according to the relationships (I) to (III).
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