Спосіб отримання алмазів

1 Спосіб отримання алмазів, що включає дію високого тиску на вуглецевмісну речовину, який відрізняється тим, що вуглецевмісну речовину, переважно органічну, піддають хімічному обвуглюванню дією ВІДПОВІДНИХ реагентів при рівноважній із середовищем або зниженій примусовим охолодженням температурі та під тиском, що відповідає стабільній для алмазу області Запропонований винахід відноситься до технологи отримання впливом високого тиску штучних алмазів, у особливості, ювелірних ВІДОМІ такі методи синтезу алмазів кристалізацією вуглецю із його розчинів у розплавлених металах при тиску 5 і більше ГПа, епітаксіальним нарощуванням на алмазних зародках у присутності вуглецем і стких газів або рідкого середовища при низькому тиску, а також прямою перебудовою кристалічної решітки графіту у алмазну з допомогою тиску у декілька десятків ГПа, створюваного, головним чином, вибуховими ударними хвилями (див Синтетические алмазы Сб - К Наук думка, 1975 -Вып 5(41) -С 3) Найбільш розповсюджений перший із перелічених способів ("каталітичний"), а із його різновидів найбільш близький до запропонованого способу - синтез алмазів із органічних речовин (антрацену СиН-ю, нафталіну С-юНз, поліетілену СПН2П, сахарози С12Н22О11 тощо) при тиску 15 ГПа і Т=2300 К (див Поляков В П и др Алмазы и сверхтвердые материалы - М Металлургия, 1990 С 160-163) При цьому у процесі синтезу спочатку відбуваються піролізта графітізація органічних речовин, а самі алмази отримують вже із створюваного при цьому графіту Але такий спосіб, зв'язаний з нагрівом вихідної сировини до Т>1300 К, не дозволяє рентабельно виробляти ювелірні алмази, більші 2 мм - через велику (декілька діб) тривалість процесу та зв'язаний з цим знос камер високого тиску і значні витрати на контроль параметрів 2 Спосіб за п 1, який відрізняється тим, що температуру підтримують не більше 400°К, а тиск - до 2 ГПа 3 Спосіб за пп 1, 2, який відрізняється тим, що як вуглецевмісну речовину використовують вуглеводи або вуглеводні та їх суміші, або прогалогеновані вуглеводні та їх суміші, або карбіди тощо у парі з обвуглюючими реагентами або олеумом, або перекисом водню, або ЛІТІЄМ, або галогенами та їх сполуками ВІДПОВІДНО 4 Спосіб за пп 1-3, який відрізняється тим, що обвуглюючий реагент уводять у реакційний об'єм у масі 30-80% від стехіометричної КІЛЬКОСТІ процесу, що принципово не дає можливості добитися технічного результату, який досягається застосуванням запропонованого способу У основу винаходу покладено завдання докорінного удосконалення способу отримання алмазів шляхом проведення їх синтезу без нагріву, або навіть з примусовим охолодженням, із органічних речовин шляхом їх обвуглювання дією ХІМІЧНИХ реагентів під зменшеним тиском, відповідаючим зоні СТІЙКОСТІ алмазу при зменшеній температурі, щоб забезпечити як ріст продуктивності та зниження собівартості отримання алмазів, так і досягнення рентабельності синтезу алмазів ювелірних Реалізація запропонованого способу вимагає проведення таких технологічних операцій У пресустановку, наприклад, типу "поршень-циліндр" у порожнину високого тиску поміщують органічну речовину, наприклад вуглеводи (крохмаль (СбН-юСУп, сахарозу С12Н22О11) у вигляді порошку, і додають, перемішуючи, обвуглюючий реагент, наприклад, олеум H2S2O7 у КІЛЬКОСТІ ВІД ЗО до 80% від стехіометричної, потім реакційний об'єм піддають дії статичного тиску (1,5-2) ГПа, переважно з одночасним примусовим відведенням тепла, що виділяється у ході реакції, відомими методами, наприклад, зрошенням охолоджуючую рідиною Тривалість синтезу залежить, у наведеному прикладі, від дисперсності вуглеводів, концентрації олеуму та параметрів початкового перемішування При цьому температура синтезу навіть при помірному охолодженні не перевищує 400 К, що дозво (О 42246 ляє ВІДПОВІДНО прикладати тиск лише до 2 ГПа, тому по у запропонованому процесі відбувається не перебудова кристалічної решітки графіту, а утворення кристалічної решітки алмазу із окремих фрагментів ХІМІЧНО перетворених молекул органічних речовин Після завершення синтезу та зняття тиску реакційну масу виймають із апарату і обробляють згідно відомим методикам для відокремлення отриманих алмазів Можуть бути використані також ІНШІ пари органічних речовин та обвуглюючих реагентів, наприклад 1) вуглеводні і їх суміші зокрема, терпени СюНіб, та окислювачі, наприклад, перекис водню Н2О2, при цьому окислювач уводять у реакцію поступово, 2) прогалогеновані вуглеводні і їх суміші, наприклад, гексахлоретан СгСІє з чотирьоххлористим вуглецем ССЦ, та активні метали, наприклад, ЛІТІЙ, який також уводять у зону високого тиску рівномірно шляхом екструзії, 3) карбіди, наприклад, ацетіленід кальцію СаСг, та галогени або їх сполуки Здійснюваність винаходу базується як на ВІДПОВІДНОСТІ запропонованого процесу термодинамічним умовам утворення алмазу, так і на тому, що сутність запропонованого процесу полягає в утворенні алмазів із фрагментів вугл є це містких моле кул, обминаючи графіт, що знімає кінетичні та дифузійні обмеження на синтез, таким чином, відпадає необхідність високої, >1300 К, температури, неминуче зв'язаної з невиправдано великим тиском, який використовують у ВІДОМІЙ технології синтезу алмазів У напрямку апаратурного оформлення способу можливість використовувати тиск не більше 2 ГПа дозволяє застосовувати прес-апарати типу "поршень-циліндр" без бандажної підтримки, у вигляді одношарових товстостінних елементів із високоміцних сплавів, МІЦНІСТЬ та СТІЙКІСТЬ ЯКИХ до датково забезпечуються низькою (400 К і нижче) температурою синтезу Для прискорення процесу обвуглювання також можуть використовуватися додатково фізичні чинники опромінювання у різних діапазонах спектру, ультразвук, електричний струм тощо Наведені вище чинники зумовлюють зменшення собівартості виробництва алмазів у 710 разів, що, ВІДПОВІДНО, робить рентабельним виготовлення ювелірних алмазів, більших 2 мм При ньому, за рахунок скорочення тривалості робочого циклу - оскільки менший тиск досягається швидше - та зростання фактичного реакційного об'єму при тому ж зусиллі пресу, у 3-5 разів зростає продуктивність прес-установок ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Киів-133, бульв Лесі Українки, 26 (044)295-81-42, 295-61-97 Підписано до друку 2002 р Формат 60x84 1/8 Обсяг обл -вид арк Тираж 50 прим Зам УкрІНТЕІ, 03680, Киів-39 МСП, вул Горького, 180 (044) 268-25-22