RU2327637C1 - Method of obtaining detonation nanodiamonds - Google Patents

Method of obtaining detonation nanodiamonds Download PDF

Info

Publication number
RU2327637C1
RU2327637C1 RU2007101548/15A RU2007101548A RU2327637C1 RU 2327637 C1 RU2327637 C1 RU 2327637C1 RU 2007101548/15 A RU2007101548/15 A RU 2007101548/15A RU 2007101548 A RU2007101548 A RU 2007101548A RU 2327637 C1 RU2327637 C1 RU 2327637C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
charge
chamber
explosion
water
mass
Prior art date
Application number
RU2007101548/15A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
В чеслав Васильевич Даниленко (RU)
Вячеслав Васильевич Даниленко
Елена В чеславовна Даниленко (RU)
Елена Вячеславовна Даниленко
Original Assignee
Вячеслав Васильевич Даниленко
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Вячеслав Васильевич Даниленко filed Critical Вячеслав Васильевич Даниленко
Priority to RU2007101548/15A priority Critical patent/RU2327637C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2327637C1 publication Critical patent/RU2327637C1/en

Links

Landscapes

  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)

Abstract

FIELD: chemistry.
SUBSTANCE: invention is designed for industrial production of powders of detonation nanodiamonds, which can be used in obtaining abrasives, polishing compositions, strong and wear-proof compositions and coatings, adsorbents, biologically active compositions and semiconductors. The essence of the invention lies in that, a charge (with mass of 20-40 kg) from an alloy of trotyl with hexogene or octogene is exploded at the centre of a sealed explosion chamber, in which, prior to the explosion, several water jets are formed, moving in radial form from the walls of the chamber to the charge. The explosion takes place when the water jets, colliding around the charge, form a water envelope with mass not less than ten times the mass of the charge. After the explosion, the obtained suspension of nanodiamonds in water is pumped out of the chamber into a settling tank. After settling, the suspension is whizzed and undergoes purification from metal oxides and non-diamond carbon, or is dried.
EFFECT: higher output, lower cost of detonation nanodiamonds.
1 ex

Description

Область техникиTechnical field

Изобретение относится к промышленной технологии получения сверхтвердых материалов, а именно высокодисперсных искусственных алмазов, или детонационных наноалмазов (ДНА), получаемых из углерода молекул взрывчатых веществ (ВВ) в результате их детонации. Использование ДНА: получение абразивов, различных высокопрочных и износостойких композиций и покрытий, биологически активных композиций, адсорбентов, полупроводников.The invention relates to industrial technology for producing superhard materials, namely highly dispersed artificial diamonds, or detonation nanodiamonds (DNDs), obtained from carbon molecules of explosives (BB) as a result of their detonation. Use of DND: obtaining abrasives, various high-strength and wear-resistant compositions and coatings, biologically active compositions, adsorbents, semiconductors.

Предшествующий уровень техникиState of the art

Физика и различные технологии получения ДНА подробно описаны в книгах В.В.Даниленко «Синтез и спекание алмазов взрывом» (М., Энергоатомиздат, 2003, 271 с.), В.Ю. Долматова «Ультрадисперсные алмазы детонационного синтеза» (Санкт-Петербург, изд-во СПбГПУ, 2003, 344 с.) и А.Л.Верещагина «Детонационные наноалмазы» (Барнаул, изд. Алтайского гос. технич. университета, 2001, 176 с.), а также во многих журнальных статьях, начиная с 1988 г.Physics and various technologies for obtaining DND are described in detail in the books of V.V. Danilenko “Synthesis and sintering of diamonds by explosion” (M., Energoatomizdat, 2003, 271 pp.), V.Yu. Dolmatova “Ultrafine detonation synthesis diamonds” (St. Petersburg, publishing house SPbSPU, 2003, 344 pp.) And A.L. Vereshchagin “Detonation nanodiamonds” (Barnaul, ed. Altai State Technical University, 2001, 176 pp. ), as well as in many journal articles since 1988.

Условия образования ДНА в детонационной волне: начальные значения давления более 20 ГПа и температуры 3500 - 4000 К при использовании ВВ с отрицательным кислородным балансом (при этом углерод молекул ВВ выделяется в свободном виде). Сохранение ДНА обеспечивается за счет детонации зарядов в герметичной взрывной камере (локализаторе взрывов) и за счет быстрого охлаждения ДНА. Охлаждение обеспечивается одним из следующих способов: инертной газовой атмосферой во взрывной камере с достаточно большой теплоемкостью, например в углекислом газе (Лямкин А.И., Петров Е.А., Ершов А.П. и др. Получение алмазов из взрывчатых веществ. ДАН СССР, 1988, т.302, с.611-613; Петров Е.А., Сакович Г.В., Брыляков П.М. Условия сохранения алмазов в процессе детонационного получения. ДАН СССР, 1990, т.313, №4, с.862-864), водно-капельной атмосферой, создаваемой в камере (Даниленко В.В., Трефилов В.И., Даниленко В.Н. патент SU 1813293 A3; Коробов Д. Ю., Коробов Ю.А., патент RU 2049723; Мисоночников А.Л., Румянцев Б.В., патент RU №2036835) взрывом зарядов в водной пене, в водной или ледяной оболочке (упомянутый патент SU 1813293 A3, а также Аверин А.Н., Филатов Л.И., Алексеев А.В. и др., патент RU 2078661 С1). По способу, описанному в пат. США №5353708 (авторы Ставрев С.Ю., Лазарев С.Б., Стоев К.Л. и др.), для получения ДНА взрываемый заряд погружают в любое количество воды во взрывной камере.Conditions for the formation of DNDs in a detonation wave: initial pressure values of more than 20 GPa and a temperature of 3500 - 4000 K when using explosives with a negative oxygen balance (in this case, the carbon of explosive molecules is released in free form). The conservation of DND is ensured by detonation of charges in a sealed explosive chamber (explosion locator) and due to the rapid cooling of the DND. Cooling is provided by one of the following methods: an inert gas atmosphere in an explosive chamber with a sufficiently large heat capacity, for example, carbon dioxide (Lyamkin AI, Petrov EA, Ershov AP, etc. Production of diamonds from explosives. DAN USSR, 1988, t.302, s.611-613; Petrov E.A., Sakovich G.V., Brylyakov P.M. Conditions for the conservation of diamonds in the process of detonation production.DAN USSR, 1990, t.313, No. 4 , p. 862-864), the water-droplet atmosphere created in the chamber (Danilenko V.V., Trefilov V.I., Danilenko V.N. patent SU 1813293 A3; Korobov D. Yu., Korobov Yu.A. patent RU 2049 723; Misonochnikov A.L., Rumyantsev B.V., patent RU No. 2036835) by the explosion of charges in water foam, in an aqueous or ice shell (the mentioned patent SU 1813293 A3, as well as Averin A.N., Filatov L.I. , Alekseev A.V. et al., Patent RU 2078661 C1). By the method described in US Pat. USA No. 5353708 (authors Stavrev S.Yu., Lazarev SB, Stoev KL and others), to get the DND, the explosive charge is immersed in any amount of water in the explosive chamber.

Исторически при открытии в 1963 году синтеза ДНА использовался способ охлаждения ДНА за счет заключения заряда в оболочку из воды или из различных металлов (Волков К.В., Даниленко В.В., Елин В.И. Синтез алмаза из углерода продуктов детонации ВВ. ФГВ, 1990, №3, с.123-125). Экспериментально найдено, что по сравнению со способом за счет взрывов в инертной атмосфере использование водной или ледяной оболочек увеличивает выход ДНА примерно вдвое, до 10-12% от массы взрываемого заряда из сплава тротила с гексогеном с содержанием тротила 40%.Historically, when the DND synthesis was discovered in 1963, a method was used to cool the DND by enclosing a charge in a shell made of water or various metals (Volkov K.V., Danilenko V.V., Elin V.I. Synthesis of diamond from carbon of detonation products of explosives. FGV, 1990, No. 3, p.123-125). It was experimentally found that, compared to the method, due to explosions in an inert atmosphere, the use of water or ice shells increases the yield of DND by about a factor of 2, up to 10-12% of the mass of the blast charge from an alloy of TNT with RDX with a TNT content of 40%.

В статье Выскубенко Б.А., Даниленко В.В., Лиин Э.Э. и др. «Влияние масштабного фактора на размеры и выход алмазов при детонационном синтезе». ФГВ, 1992, №2, с.108-109 показано, что выход ДНА растет с увеличением массы водяной оболочки, достигая максимума при массе воды, равной десяти массам взрываемого заряда. Причем выход ДНА не уменьшается с увеличением массы заряда.In the article Vyskubenko B.A., Danilenko V.V., Liin E.E. et al. “The influence of the scale factor on the size and yield of diamonds during detonation synthesis”. FGV, 1992, No. 2, pp. 108-109, it is shown that the DND yield increases with increasing mass of the water shell, reaching a maximum at a mass of water equal to ten masses of the blast charge. Moreover, the DND output does not decrease with increasing charge mass.

В качестве наиболее близкого аналога был выбран способ промышленного синтеза ДНА, описанный в статье Пост Г. и др. «Промышленный синтез детонационных ультрадисперсных алмазов и некоторые области их применения», ЖПХ, т.75, вып.5, 2002, стр.773-778. Наибольший выход ДНА относительно массы взрываемого заряда достигается при заключении заряда взрывчатого вещества в массивную оболочку из воды или льда.As the closest analogue, the method for the industrial synthesis of DND was selected, described in the article by G. G. et al. "Industrial synthesis of detonation ultrafine diamonds and some areas of their application", ZhPKh, t.75, issue 5, 2002, p.773- 778. The largest DND yield relative to the mass of the explosive charge is achieved when the explosive charge is enclosed in a massive shell of water or ice.

Для промышленных масштабов производства объем синтезируемого ДНА превышает 1 тонну ДНА в год. В известных технологиях синтез ДНА проводится подрывом зарядов массой 1-2 кг. При выходе ДНА 10% от массы заряда для производства, например, 1 тонны ДНА в год потребуется изготовить и взорвать в камере 10000 зарядов или 40 взрывов в день, что практически невозможно сделать. Реально осуществимо производство 1 тонны ДНА в год с использованием зарядов массой 20 кг (2 взрыва в день). Однако для таких зарядов для обеспечения выхода ДНА, равного 10%, необходимы оболочки из воды или льда массой 200 кг, что создает большие трудности в проведении взрывных работ. Кроме того, требуется изготовление одноразовых емкостей для воды (что загрязняет ДНА и требует дополнительных затрат на химическую очистку ДНА) или 400 кг льда в день (что требует значительных затрат электроэнергии и времени).For an industrial scale of production, the volume of synthesized DND exceeds 1 ton of DND per year. In known technologies, the synthesis of DND is carried out by undermining charges of 1-2 kg. With DND output of 10% of the charge mass for production, for example, 1 ton of DND per year, it will be necessary to manufacture and detonate 10,000 charges or 40 explosions per day in the chamber, which is almost impossible to do. It is feasible to produce 1 ton of DND per year using charges weighing 20 kg (2 explosions per day). However, for such charges to ensure a DND yield of 10%, shells of water or ice weighing 200 kg are necessary, which creates great difficulties in blasting. In addition, the production of disposable water containers is required (which pollutes the DND and requires additional costs for chemical cleaning of the DND) or 400 kg of ice per day (which requires a significant expenditure of electricity and time).

Таким образом, известные способы синтеза ДНА малопригодны для промышленного производства ДНА.Thus, the known methods for the synthesis of DND are of little use for the industrial production of DND.

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

Техническим результатом настоящего изобретения является создание промышленной технологии производства ДНА, обладающей высокой производительностью, снижающей стоимость ДНА, что обеспечивается возможностью проведения многократных взрывов зарядов из сплава тротила с гексогеном или октогеном большой массы (20-40 кг) с охлаждением ДНА водой, но без изготовления массивных водяных или ледяных оболочек вокруг зарядов.The technical result of the present invention is the creation of an industrial technology for the production of DNDs with high productivity that reduces the cost of DNDs, which is ensured by the possibility of multiple explosions of charges from an alloy of TNT with RDX or HMX of large mass (20-40 kg) with DND cooling with water, but without making massive water or ice shells around the charges.

Это достигается за счет взрывов в центре герметичной взрывной камеры зарядов из сплава тротила с гексогеном или октогеном, причем в камере перед взрывом создается множество струй воды, направленных радиально от стенок камеры к заряду, а взрыв заряда производится после того, как сталкивающиеся струи образуют вокруг заряда водяную оболочку с массой не менее десяти масс заряда. Кроме того, движущиеся к центру камеры струи заполняют весь объем камеры и дополнительно охлаждают ДНА, а также снижают нагрузки на стенки камеры, так как энергия продуктов взрыва расходуется на гашение кинетической энергии струй и их дробление. В результате существенно снижаются скорости и давления взаимодействия воды и продуктов детонации с ДНА с поверхностью стальных стенок камеры, что приводит к снижению содержания в ДНА окислов металлов, которые являются основным содержанием несгораемых примесей (зольности) в ДНА. Промежуток времени между началом движения струй в камере и подрывом заряда для данной камеры и данного заряда определяется экспериментально.This is achieved by explosions in the center of the sealed explosive chamber of charges made of an alloy of TNT with RDX or HMX, and before the explosion, a lot of water jets are created in the chamber, directed radially from the walls of the chamber to the charge, and the explosion of the charge occurs after the colliding jets form around the charge water shell with a mass of at least ten masses of charge. In addition, the jets moving towards the center of the chamber fill the entire chamber volume and additionally cool the DND, as well as reduce the load on the chamber walls, since the energy of the explosion products is spent on quenching the kinetic energy of the jets and crushing them. As a result, the rates and pressures of the interaction of water and detonation products with DND with the surface of the steel walls of the chamber are significantly reduced, which leads to a decrease in the content of metal oxides in DND, which are the main content of non-combustible impurities (ash) in DND. The time interval between the beginning of the movement of the jets in the chamber and the detonation of the charge for this chamber and this charge is determined experimentally.

Пример.Example.

Взрывная камера объемом 350 м3 имеет в стенках 128 труб диаметром 2", оси которых направлены в центр камеры. Одни торцы труб открыты и расположены заподлицо с внутренней поверхностью камеры, а другие торцы установлены в герметическом баке с водой. В центре камеры подвешен заряд из сплава тротила с гексогеном (ТГ40/60) массой 30 кг. За 3 с перед взрывом в бак подается сжатый воздух с давлением 10-15 атм, который вытесняет воду в трубы и создает в камере 128 радиальных струй, сталкивающихся вокруг заряда. В момент взрыва общая масса воды в камере составляет 900 кг. После взрыва суспензия ДНА в воде откачивается насосом из камеры в конический отстойник. После 30 мин отстаивания осадок из отстойника подается самотеком в центрифугу или в вакуумный фильтр, где основная часть воды отделяется от ДНА. Затем влажные ДНА подвергаются различного вида очистке от неалмазного углерода и окислов металлов или высушиваются.An explosive chamber with a volume of 350 m 3 has 128 pipes with a diameter of 2 "in the walls, the axes of which are directed to the center of the chamber. Some ends of the tubes are open and flush with the inner surface of the chamber, while the other ends are installed in an airtight tank with water. A charge from TNT alloy with hexogen (TG40 / 60) weighing 30 kg. For 3 seconds before the explosion, compressed air with a pressure of 10-15 atm is supplied to the tank, which displaces water into the pipes and creates 128 radial jets in the chamber that collide around the charge. the total mass of water in the chamber is 900 kg After the explosion, the DND suspension in water is pumped out of the chamber to the conical sump. After 30 minutes of sedimentation, the sediment from the sump is fed by gravity to a centrifuge or to a vacuum filter, where most of the water is separated from the bottom. carbon and metal oxides or dried.

Сопоставимый анализ изобретения с прототипом показывает, что заявляемый способ промышленного производства ДНА имеет новые признаки, обеспечивающие повышение производительности и качества ДНА, а также снижающие стоимость ДНА.A comparable analysis of the invention with the prototype shows that the inventive method for the industrial production of DNDs has new features that provide increased productivity and quality of DNDs, as well as lowering the cost of DNDs.

Промышленная применимостьIndustrial applicability

Данное изобретение найдет применение в производстве более 1 тонны ДНА в год взрывом в водяной оболочке цилиндрических зарядов из сплава тротил - гексоген (ТГ40/60) массой 20-40 кг с выходом ДНА 10-12% от массы заряда.This invention will find application in the production of more than 1 ton of DND per year by the explosion in a water shell of cylindrical charges from a TNT - RDX (TG40 / 60) alloy weighing 20-40 kg with a DND yield of 10-12% by weight of the charge.

Claims (1)

Способ промышленного получения детонационных наноалмазов взрывом в центре герметичной взрывной камеры в водяной оболочке зарядов из сплава тротила с гексогеном или октогеном, отличающийся тем, что в камере перед взрывом создают множество водяных струй, движущихся радиально от стенок камеры к заряду, причем взрыв производят в момент, когда сталкивающиеся вокруг заряда струи образуют водяную оболочку с массой не менее десяти масс заряда.A method for the industrial production of detonation nanodiamonds by explosion in the center of a sealed explosive chamber in the water shell of charges of an alloy of TNT with RDX or HMX, characterized in that a lot of water jets are created in the chamber before the explosion, moving radially from the walls of the chamber to the charge, and the explosion occurs at the moment when the jets colliding around the charge form a water shell with a mass of at least ten charge masses.
RU2007101548/15A 2007-01-17 2007-01-17 Method of obtaining detonation nanodiamonds RU2327637C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007101548/15A RU2327637C1 (en) 2007-01-17 2007-01-17 Method of obtaining detonation nanodiamonds

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007101548/15A RU2327637C1 (en) 2007-01-17 2007-01-17 Method of obtaining detonation nanodiamonds

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2327637C1 true RU2327637C1 (en) 2008-06-27

Family

ID=39680019

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2007101548/15A RU2327637C1 (en) 2007-01-17 2007-01-17 Method of obtaining detonation nanodiamonds

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2327637C1 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2506095C1 (en) * 2012-12-26 2014-02-10 Николай Борисович Леонидов Method for selective final purification of nanodiamond
RU2748800C1 (en) * 2020-07-13 2021-05-31 Общество с ограниченной ответственностью «СКН» Method and primary product for detonation synthesis of polycrystalline diamond
RU2757661C1 (en) * 2020-07-13 2021-10-20 Общество с ограниченной ответственностью «СКН» Method for detonation synthesis of a polycrystalline diamond
RU2774051C1 (en) * 2021-10-13 2022-06-14 Общество с ограниченной ответственностью "СКН" Method for detonation synthesis of polycrystalline diamond

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ПОСТ Г. и др. Промышленный синтез детонационных ультрадисперсных алмазов и некоторые области их использования. ЖПХ, т.75, вып.5, 2002, с.773-778. *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2506095C1 (en) * 2012-12-26 2014-02-10 Николай Борисович Леонидов Method for selective final purification of nanodiamond
RU2748800C1 (en) * 2020-07-13 2021-05-31 Общество с ограниченной ответственностью «СКН» Method and primary product for detonation synthesis of polycrystalline diamond
RU2757661C1 (en) * 2020-07-13 2021-10-20 Общество с ограниченной ответственностью «СКН» Method for detonation synthesis of a polycrystalline diamond
RU2774051C1 (en) * 2021-10-13 2022-06-14 Общество с ограниченной ответственностью "СКН" Method for detonation synthesis of polycrystalline diamond

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5861349A (en) Synthetic diamond-containing material and method of obtaining it
JP5838030B2 (en) A method for creating diamonds through detonation by utilizing explosive formulations with positive to neutral oxygen balance
WO2007078210A1 (en) Nanodiamond and a method for the production thereof
JPS6259623B2 (en)
JP5324556B2 (en) Diamond manufacturing method
RU2327637C1 (en) Method of obtaining detonation nanodiamonds
Danilenko Nanodiamonds: Problems and prospects
Amosov et al. Effect of batch pelletizing on a course of SHS reactions: An overview
JP2018188689A (en) Composite particle, material for cold spraying, covering material, and method of manufacturing the same
JP2007269576A (en) Synthesizing method and synthesizing device of cluster diamond
US20150157997A1 (en) Method for manufacturing nanoparticles by detonation
WO2007078209A1 (en) Diamond-carbon material and a method for the production thereof
RU2230702C1 (en) Method of preparing nano-diamands
CN100457251C (en) Method for preparing polycrystal diamond particle allocated with wide particle size
Liu et al. Faster and cleaner method to mass produce nano HMX/TNT energetic particles for significantly reduced mechanical sensitivity
JP7162220B2 (en) Explosive body for nanodiamond synthesis
US11479517B2 (en) Explosive formulations of mixture of carbon dioxide and a reducing agent and methods of using same
JPH03271109A (en) Synthesis of diamond
RU2036835C1 (en) Method for production of ultradispersed diamond
JPH06316411A (en) Polycrystalline bcn substance and production thereof
RU2774051C1 (en) Method for detonation synthesis of polycrystalline diamond
RU2757661C1 (en) Method for detonation synthesis of a polycrystalline diamond
RU2676614C1 (en) Method of detonation synthesis of nanodiamonds
RU2359902C2 (en) Diamond-carbon material and preparation method thereof
Ji et al. Analysis of Safety and Characterization on Nano RDX Produced byWet Grinding

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20090118