RU972786C - Способ синтеза алмазов - Google Patents

Abstract

СПОСОБ СИНТЕЗА АЛМАЗОВ, включающий возлействие высокого давлени  при нагрёве в области стабильности алмаза с выдержкой на заготовку из угиеродсодержащего материала, от личаю1цийс  тем, что, с целью упрощени  процесса ..синтеза монокристаллов и снижени  их зольности, в качестве углеродсодержащего материала используют пек и выдерживают в течение 1-5 мин.. ,

Description

Изобретение относитс  к способам пЬ:лучени  синтетических алмазов и мо .жет быть ис.пользовано в абразивной промышленности.

Известен способ непосредственного воздействи  на каменно-угольный пек давлением кбар при нагреве до 800-160П°С с выдержкой Т-5 мин.

Недостатком указанного способа  вл етс  то, что в указанном иНтервале давлений и температур не происходит образовани  алмазной фазы.

Наиболее близким к изобретению  вл етс  способ синтеза алмазов, вклю-. чающий термообработку смеси сплавакатализатора с нефт ным или каменноугольным пеком в инертной среде при ЗОО-ПОО С и последуюи1ее воздействие на карбонизированную заготовку, давлени  60-G5 кбар при нагреве до 1200I OO C (в области стабильности алмаза .) в течение t-8 с. При этом выход алмаза составл ет 25-30 мас. с одного спекани . Зольность алмаза достигает 0,8-1,2 мас.%.

Недостатками указанного с.посрба

 вл ютс  многостадийност а и невысокий выход монокристаллов алмаза,.значительное содержание в алмазах метал-. лических примесей (т.е. высока  зольность ) , что осложн ет выделение алмазов из спека. . /

Целью изобретени   вл етс  упрощеО XI ние процесса синтеза монокристаллов и снижение их зольности.

INJ VI

Поставленна  цель достигаетс  тем, что воздействию давлени  и нагрева в 00 o6jiacTH стабильности алмаза в течеON ние 1-5 мин подвергают-заготовку из пека.

Отличие изобретени  заключаетс  в том, что в качестве углеродсодержащего материала используют пек и вы- держивают в течение 1-5 мин.

Нефт ной и камменоугольный пек  вл ютс  смесью угдеводородных молекул, некоторые из которых в результате термической деструкции склонны при указанных давлени х и температурах к кристаллизации в алмазную решетку и, соедин  сь, привод т к по влению алмазных заролькией. Этим они отличаютс  от других углеродсодержащих материалов (коксов, графитов, саж и подобных ), имеющих устойчивую кристаллическую решетку углеродных атомов, перестройка которой в алмазную решет ку затруднена. Пределы режимов синтеза определ ютс  Р-Т кривой термодинамической стабильности алмазной решетки. Возможность синтеза алмазов без металлов-катализаторов св зана с методом обработки углеводородов под давлением и осуществлением пр мого перехода углеводорода в алмаз и графит с выделением водорода. При этом водород, вызыва  кратковременное повышение давлени  в реакционной камере , удал етс  через ее стенки и газо проницаемые уплотнени . Деструкци  молекул углеводородов начинаетс  в самых гор чих точках  чейки. Так как давление превосходит критическое (по кривой .-термодинамического равновеси ) , вблизи этих точек образуютс  возбужденные молекулы и радикалы с ЗРЗ-св з ми, которые-дают зародыши с алмазной решеткой, а возбужденные MO лекулы ароматических соединений с SP -св з ми соедин ютс  непосредственно в решетку совершенного термодинамически стабильного графита, мину  стадию кокса и промежуточное энергетическое состо ние, свойственное техническому графиту. В таком процессе не требуетс  применение сплава-катализатора. г фронт алмазсодержащейзоны движет с  от более нагретых к менее нагретым част м камеры. Если по мере деструкции молекул давление в камере удаетс  поддерживать выше критического значени  по кривой термодинамического равновеси , то превращение будет полным, В противном случае падение Р приводит к тому, что термодинамически устойчивой окажетс  решетка графита и дальнейша  деструкци  будет сопровождатьс  графитацией исходного сырь . На чертеже показан общий вид полученного в процессе синтеза алмазсодержащего образца, содержащего три зоны-. Зона 1 состоит из монокристалльных зерен алмаза с правильной огранкой, размером 1-50 мкм, преимущественно 20-30 мкм. Содержание примесей в алмазах не превышает 0,1 мас.%. Зона 2  вл етс  переходной и имеет толщину несколько сотых миллиметра. При исследовании дифрактограмм обнаружено, что получаемый материал характеризуетс  решеткой гексагонального типа. Зона 3 содержит сверхплотный беспористый графит с пик нометрической плотностью,близкой к рентгеновской, межслоевым рассто нием d(,,35 А и полушириной дифракционных линий (А ОО2 - 0,18 ), близкой -к полуширине алмазных линий. П р и м е р 1. Берут каменноугольный пек с содержанием, мас.: углерод 93,02, водород ,75, сера 0,,8, азот 1,41, зола - остальное, с плотностью 1,2-1,3 г/см и температурой плавлени  l80°C. Затем его расплавл ют , заливают в графитовый нагревательный элемент и помещают в камеру высокого давлени  типа из катлинита. Исходный вес заготовки составл ет 65 мг. На заготовку воздействуют давлением 80 кбар и затем нагревают до со скоростью 60 град/с и выдерживают в течение 1 мин. После выключени  тока через нагреватель образец охлаждают. При этих параметрах образуетс  сплошна  алмазна  зона весом 30 мг, легко отдел ема  от графита механическим путем . Идентификацию алмаза проводили по дифракционному спектру рентгеновских лучей, путем исследовани  сколов образца на сканирующем электронHCJM микроскопе и по абразивным свойствам . БОЛЬШИНСТВО монокристаллов имеет форму правильного октаэдра с острыми гран ми и желтоватым оттенком. Встречаютс  монокристаллы без окраски, с интенсивной оранжевой и красной окраской . Количество металлических примесей (зольность) менее 0,1. Размер монокристаллов 1-50 мкм. Выход алмазов составл ет от массы пека. 1 Пример 2. То же, что и в примере 1. На заготовку из каменноугольного пека воздействуют давлением 130 кбар при в течение 5 мин. При этом выход алмазов составл ет 50 от массы пека. Зольность алмазов менее 0,1 мас.. Пример 3. В качестве исходного сырь  берут- нефт ной пек.. На заготовку из пека воздействуют давлением 80 кбар при в течение 3 мин. Выход алмаза составл ет 40 от массы пека. Полученные монокристаллы алмаза имеют такую же характеристику , что и алмазы из каменноугольного пека. Как следует из приведенных примеров , предложенный бескатализный способ синтеза алмазов позвол ет получать совершенные по форме монокристаллы алмазов с выходом до 50 мас,% от исходного веса пека с содержанием приме сей не более 0,1 мае./о. Процесс значи ельно проще и дешевле суш,ествую1цих спо 66 собой получени  синтетических алмазов с использованием дорогосто щих металлов-растворителей углерода. Кроме того зона, содержаща  алмаз, легко механическим методом отдел етс  от зоны графита (не требуетс  применени  агрессивных кислот). Получаемый в процессе синтеза графит превосходит по качеству известные виды природных и искусственных графитов , его можно использовать в качество эталонного материала в рентгеновских измерени х.