Спосіб синтезу алмазів

Изобретение относится к области синтеза сверхтвердых материалов, в частности алмазов, при высоких давлениях и температуре и может быть использовано на заводах, производящих алмазы и инструменты из них. Наиболее близким техническим решением к заявляемому изобретению является способ синтеза алмазов, включающий воздействие высоким давлением и температурой в области стабильности алмазов на смесь графита и сплава-растворителя, предварительно термообработанную при температуре 1150°С. Основным недостатком способа получения алмазов по патенту США является то, что для реализации этого способа требуется создание дополнительного усиления пресса, а это в свою очередь приводит к измельчению зерна алмаза и снижению срока службы аппарата высокого давления. В основу заявляемого изобретения поставлена задача разработки способа получения алмазов мелких фракций с повышенной абразивной способностью, обеспечивающего увеличение выхода алмазов за счет дополнительного зародышеобразования. Достигается это тем, что в способе синтеза алмазов, включающем воздействие высокими давлением и температурой в области стабильности алмазов на реакционный сосуд, содержащий графит и сплаврастворитель, перед помещением в реакционный сосуд графит предварительно пропитывают в водноспиртовой алмазной эмульсии с последующей его термообработкой при температуре 500-700°С в атмосферных условиях либо при температуре 700-1100°С в токе водорода или в вакууме. Подготовку графита к синтезу алмазов производят следующим образом. В сосуд с водно-спиртовой алмазной эмульсией загружают графит в виде дисков или дробленный, перемешивают и выдерживают в течение 24 часов. Затем эмульсию сливают в другой сосуд, а графит подвергают термообработке при температуре 500-700°С при атмосферных условиях либо 700-1100°С в инертной среде или вакууме в течение 30-50 минут. Полученный таким образом графит используют для синтеза алмазов. Известно, что наличие пор в графите приводит с одной стороны к повышенному содержанию кислорода, который повышает растворимость углерода в расплаве металлов, а с другой стороны снижает скорость растворения. Наличие пор в графите и их размер свидетельствуют о его плотности. С увеличением плотности графита количество и размер пор уменьшается. Поры в графите бывают открытые и закрытые. В закрытые поры эмульсия не попадает, а попадает только в открытые поры. Заполняя открытые поры эмульсией в них осаждаются микронные частицы алмаза. После термообработки вода и спирт улетучиваются, а поры остаются заполненными алмазными частицами. После такой обработки графита количество и размеры пор в нем уменьшается, а значит повышается его плотность. Кроме того, алмазные частицы, находящиеся в порах графита, являются центрами кристаллизации (зародышами) при синтезе алмазов. В пористом графите алмаз образуется в двухстадийном направлении на границе раздела графит-металл (в порах и на поверхности). Качество такого алмаза довольно низкое. С увеличением плотности графита по данному способу, когда незаполненными остаются только закрытые поры, алмаз образуется в местах концентрации алмазных частиц, выкристаллизовавшихся из эмульсии, которые являются центрами кристаллизации. Поскольку поры в графите расположены практически равномерно по всему объему, то образование и рост кристаллов алмазов будет происходить по всему объему графита. В связи с этим увеличивается общий выход алмазов, а поскольку для достижения давлений, необходимых для синтеза алмазов требуется значительно меньшее усилие пресса, то резко повышается срок службы аппарата высокого давления и температуры. Термообработку графита при температуре 700-1100°С производят в инертной среде или в вакууме с целью предотвращения перехода алмаза, осадившегося в порах графита, в углерод. Заявляемое изобретение поясняется конкретными примерами его осуществления. Пример 1. Сплав-растворитель Ni40Mn60, взятого в количестве 1,0кг, размером частиц 2000-500мкм, предварительно пропитанный и подверженный термообработке графит марки ГМЗ в количестве 1,0кг, размером частиц - 2000-500мкм тщательно перемешивают в течение 30мин любым известным способом. Полученной шихтой было заполнено 1000 контейнеров, которые поочередно устанавливали в аппарат высокого давления, создавали давление 5,5ГПа и температуру 1350°С и при этих условиях выдерживали 4,0мин. Пример 2. Сплав-растворитель FeCoNi в виде диска толщиной 1,0мм и предварительно обработанный графит в виде диска толщиной 0,75мм поочередно устанавливали в реакционный сосуд до полного заполнения. Таким образом было подготовлено для синтеза 600 опытов, которые поочередно устанавливали в аппарат высокого давления и температуры, создавали давление до 5,5ГПа и температуру 1350°С и при этих условиях выдерживали 5,0мин, Полученный заявляемым способом продукт синтеза подвергали дроблению и химической обработке любым известным способом. Средний выход алмазов из одного опыта составил 30 каратов. Полученные алмазы подвергали дроблению и классификации по зернистостям согласно ГОСТ 9206-80. В таблице приведены примеры осуществления способа синтеза, параметры процесса и выходные показатели. Способ синтеза может быть осуществлен в любом известном аппарате типа чечевица или "Бэлт". Алмазы, полученные по данной заявке, используются для изготовления инструмента на металлических и керамических связках. Ориентировочная потребность народного хозяйства в объемах с использованием заявляемого изобретения составляет порядка 4-5 млн. каратов в год.