SU1756806A1 - Способ диагностики порошков алмазов, полученных при высоких давлени х - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к физико-хими; чёскйм методам анализа и может быть йспОльзовано при эксперизе промышленных

и природных образцов порошков алмаза с

.у целью вы снени  генезиса, т.е. установле , ни  характера процессов динамического,

статического или иного их фор -1ированй .

Разнообразие промышленных марок алмазных порошков затрудн ет эту задачу, с Так, в СССР производ тс  алмазные порошки следующих видов:

. АС - синтетические алмазы, получаемые в прессовых установках; : ; ; :

АВ - синтетические алмазы, получаемые ударно-волновом способом;

УДА- ультрадисперсныеалмазы, сичте- зируемыедетокацийнйым способом из химически св занного углерода взрывчатых веществ;- . .

.. ДАГ - детонационный алмаз, получаемый из графита; .у .. . -

ДАС - детонационный алмаз, получаемый из сажи.

В ведущих капстранах промышленно освоен ударно-вЬлноаый и детонационный способ синтеза алмазов.

Существующие метгод ы установлени  генезиса порошков алмаза, такие как рентгенографический , оптико-электронной микроскопии , термического анализе и другие

CN

ЮастЗ,

позвол ют производить измерение р да параметров анализа, по знамени м которых суд т о принадлежности алмаза к опредо- ленномутипу генезиса.

Так, например, известен способ термического анализа алмазов, заключающийс  в регистрации зкзотерм окислени  порошков алмаза в атмосфере воздуха при разных скорост х нагревани . При этом определ ютс  кинетические константы процесса окислени  и рассчитываютс  значени  Энергии активации Еа процесса окислени  алмаза представленные дл  р да образцов в табл, 1. Видно, что данный параметр не позвол ет проводить диагностику генезиса алмазов. Аналогичный вывод вытекает из рассмотрени  результатов измерений удельной поверхности, а также данных оптической и электронной микроскопии, приведенных также в табл. 1.

Наиболее близким по достигаемому результату к предлагаемому способу  вл етс  метод рентгенографического анализа, позвол ющий определ ть р д параметров, характеризующих степень совершенства кристаллической структуры исследуемых алмазов, о частности размер областей когерентного рассе ни  (ОКР). Изменени  структуры алмазов про вл ютс  в видеуши- рени  дифракционных линий, изменени  их углового положени  и относительной интенсивности по сравнению с эталоном. По этим изменени м суд т о субструктуре алмазов в зависимости от условий его синтеза.

Дл  проведени  анализа образца тщательно подбираютс  услови  рентгенографической съемки (диафрагмы, скорость вращени  гониометра, пределы регистрации импульсов, посто нна  времени, углы начала и окончани  съемки, эталонный образец и т.д.). Масса образца, помещаемого в специальную дифрактометрическую кювету , составл ет обычно дес тки-сотни миллиграмм .

Следующий этап включает подготовку массива данных, необходимых дл  машинного расчета коэффициента Фурье, по наиболее точному методу гармонического анализа формы рентгеновских линий. Возможен оче нь трудоемкий расчет на микрокалькул торе . Дл  этого выбираетс  интервал разложени  дифракционного пика: обычно на 100-150 частей, дл  каждой из которых измер етс  интенсивность и угловое положение. Далее по специально разработанным программам проводитс  расчет на ЭВМ и по полученным данным определ ютс  размеры областей когерентного рассе-  ни  и параметры микроискажений решетки.

Существующие более простые методы обработки рентгенографических данных дают менее надежные значени  субструктурных параметров.

Приведенные в табл. 1 результаты рентгенографического анализа порошков алмаза разного генезиса показывают, что по значени м ОКР и содержанию гексагональной формы алмаза (лонсдейлита) можно от0 личить природные и синтетические алмазы статического синтеза от алмазов детонационного синтеза.

Недостатка ми рентгенографического метода  вл ютс  значительна  продолжи5 тепьносгь измерений (3-5 ч), использование сложной в эксплуатации, дорогосто щей и рздиационно опасной аппаратуры, сложна  и трудоемка  обработка эксперименталь- ных данных.

0 Цель изобретени  - обеспечение диагностики генезиса алмазов.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в способе диагностики порошков алмазов, полученных при высоких давлени х, осно5 ванном на определении физико-химических параметров, характеризующих структуру исследуемых образцов, по которым провод т диагностику алмазов, при этом образец нагревают со скоростью 5-20°С/с, регистри0 руют интенсивности его свечени  при температурах соответственно 110-230 и 130- 350°С, отношение h/te принимают за Критерий генезиса алмазов К, причем значение ,8 соответствуег алмазам детонационного

5 происхождени , К 0,3 - статического, а К -0,5-0,7 соответствует ударно-волновому процессу образовани  алмазов.

Применение термолюминесцентного (ТЛ) анализа дл  диагностики порошков ал0 маза основано на зависимости формы кривых высвечивани  ТЛ от типа ге незиса порошков алмаза. В процессах, соответствующих статическим услови м дл  кривой ТЛ-свечени , характерен максимум, прихо5 д щийс  на температуру нагрева образца 290°C, тогда как дл  алмазов детонационного синтеза максимум кривой ТЛ-свечени  приходитс  на 170°С. Согласно предлагаемому способу, диагностику генезиса алмазов осуществл ют при величине отношени 

0 K li/l2, где К.- критерий генезиса алмазов, 1 и 2 - интенсивности ТЛ в двух интервалах температур нагрева образца, соответствующих низкотемпературной (Ti 110-230°C) и высокотемпературной (Т2 230-350°С) обла5 ст м ТЛ. Кажда  из этих областей содержит пики на кривых ТЛ-свечени , индуцированной под действием гамма-облученич  ТЛ, алмазов различного генезиса, Доказательство существенности различи  величины К

дл  алмазов разного генезиса состоит в том, что в зависимости от условий синтеза алмазов их дефектно-структурные параметры различаютс : чем более кратковременен процесс образовани  алмазов (взрывной, динамический), тем более разупор дочена структура кристалла алмазов. Обнаруженна  зависимость интенсивности ТЛ-свече- ни  в разных интервалах температур и  вл етс  следствием этих дефектно-структурных особенностей кристаллов алмаза. Общий интервал изменени  величины К составл ет несколько дес тков раз (см. табл. 2), и эти изменени  однозначно коррелируют с характером процессов формировани . При этом значени  К 1,8 соответствуют детонационным процессам, К 0,3 - статическим процессам, а промежуточные значени  ,5-0,7-ударно-волновым процессам образовани  алмазов.

При разработке способа показано, что размер зерен исследуемых алмазов в интервале , перекрывающем несколько пор дков величины (qfj/- 0,01 мкм до дес тков мкм) не оказывает заметного вли ни  на достоверность получаемых результатов.

На фиг. 1 приведены кривые ТЛ-свечени ; на фиг. 2 - блок-схема установки.

Способ осуществл ют следующим образом .

Исследуемый образец порошка алмаза, очищенный механическим, химическим или иным способом от каких-либо примесей, нагреваетс  до 350°С дл  удалени  естественной ТЛ и подвергаетс  ТЛ-анализу на установке, блок-схема которой приведена на фиг.2. Установка содержит камеру 1 с нагревателем и термопарой, фотоумножитель 2, источник 3 высокого напр жени , милливольтметр 4, усилитель 5 тока, потенциометр-самописец 6, линейный регул тор 7 температуры. ТЛ-анализ включает следующие операции: проба алмазного порошка весом (0,05-1) мг равномерным слоем наноситс  в чашечку из Ni-фолыи толщиной 0,1 мм, взвешиваетс  и облучаетс  гамма-квантами (например, 137Cs или Со). После окончани  облучени  проба выдерживаетс  при комнатной температуре в течение 2-3 ч дл  исключени  вли ни  эффекта фосфоресценции . Затем чашечка с пробой помещаетс  на ленточный нагреватель камеры 1 и производитс  нагрев с посто нной скоростью (например, 5 или 20°С в 1 с). Интенсивность ТЛ-свечени  при этом регистрируетс  с помощью фотоумножител  2, усилител  5 тока, самописца 6. В результате получают кривые ТЛ-свечени  (примеры приведены на фиг.1), по которым рассчитывают величины Н и h, равные площад м, описываемым

кривой тл соответственно в двух интервалах температур: при 110-230°С и при 230- 350°С. Затем вычисл ют отношение KiHi/l2, величина которого и определ ет тип генезиса данного алмаза: дл  алмазов,

образованных в детонационных процессах К Ј, 1,8, в статических процессах К Ј 0,3 и в ударно-волновых процессах ,5-0,7,

Способ апробирован на большом количестве (около 20) различных образцов алмаза разнообразного генезиса.

Результаты диагностики генезиса порошков алмаза методом Л71 приведены в табл. :

Пример. Порошок алмаза марки

АМЗ/2 (природный, выделенный из кимберлитов ) нагревают на воздухе до 350°С, охлаждают и нанос т равномерным слоем на чашечку-подложку нагревател  ТЛ-установ- ки. Путем взвешивани  определ ют массу

(0,55 мг). Анализируемую пробу в подложке облучают при 20° С гамма-квантами от источника Со (или Cs) суммарной дозой э несколько дес тков крад, выдерживают в течение 2-3 ч в темноте. Затем чашечку-подложку с анализируемым образцом помещают в нагревательную камеру ТЛ-установки и с линейной скоростью 5 град/с нагревают, регистриру  на ленте самописца с помощью фотоэлектронного умножител  возникающее ТЛ-излучение образца алмаза. Использу  полученную кривую ТЛ-свечени  (приведена на фиг.1 а), рассчитывают величины i и 12, равные площад м, описываемым кривой ТЛ в двух температурах

интерва лах 110-230 и 230-350°С соответственно . Вычисл ют значение отношени  K 11/12 32,2/211,,5. Полученна  величина критери  К Ј 0,3 указывает на то, что алмаз АМЗ/2 образован в результате статических процессов.

Другие примеры диагностики генезиса различных порошков алмаза представлены в табл. 2.

Таким образом, предлагаемый списоб термолюминесцентной диагностики дает возможность оперативно и однозначно установить тип генезиса порошков алмаза и позвол ет при этом различать три группы

алмазов: 1) детонационна  (в том числе, выделенные из метеоритов и доступные дл  исследовани  в крайне ограниченных количествах), 2) ударно-волновые, 3)стати- ческче (в том числе природные, которые

можно идентифицировать добавочным определением содержани  веществ (минеральных примесей),  вл ющихс  катализаторами синтеза статических ал- мазов).

Дл  реализации предлагаемого способа может использоватьс  люба  аппаратура, примен ема  дл  ТЛ-анализа.

Таким образом, предлагаемый способ диагностики генезиса порошков алмаза позвол ет по сравнению с используемым ра- не е рентгенографическим анализом осуществл ть однозначную диагностику трех типов генезиса - статического, ударно- волнового и динамического, как синтезируемых , так и природных алмазов. Методика измерений и особенно расчеты параметров при этом существенно упрощаютс , что позвол ет проводить массовые экспресс-анализы Большого количества проб. Значительно более высока  чувствительность предлагаемого способа дает возможность проведени  достоверной диагностики образцов, минимальные количества которых составл ют (0,05-0,1) мг, что имеет

особое значение при диагностике природных алмазов.

Claims (1)

1. Формула изобретени  Способ диагностики порошков алмазов, полученных при высоких давлени х, включающий определение физико-химических параметров, характеризующих структуру исследуемых образцов, по которым провод т диагностику алмазов, отличающий- с   тем, что, с целью обеспечени  диагностики генезиса алмазов, образец нагревают со скоростью 5-20°С/с, регистрируют интенсивности h и 2 его свечени  при температурах соответственно 110-230 и 130-350°С, отношение h/la принимают за критерий генезиса алмазов К, причем значение ,8 соответствует алмазам детонационного происхождени , К 0,3 - статического, а К - 0,5 - 0,7 соответствует 0 ударно-волновому процессу образование алмазов.

   0

   5

   Таблица 1

   АСО JO/40

   wo

   200 300 400

   Таблица 2

   ,

   т

   k AB 7/5

   УДА-НПО

   П«АК-/|

   «Ю Ибо АбО

   4оо аю 5°о 4ft0 Фигл

   Фиг. 2