Спосіб синтезу алмазів

1. Спосіб синтезу алмазів, який передбачає 38419 У діапазоні температур 530 - 940°С відбувається реакція дисоціації 4МnО2=2 Мn2O 3+O 2 При більш високих температурах діоксид марганцю розкладається з утворенням оксиду Мn3 O4 з виділенням кисню 3МnO2=Мn3 O4+O 2 Утворений при цьому кисень при високих температурах взаємодіє з вуглецевмісним матеріалом - графітом з утворенням СO2 Сrр.+O=СO2 У замкненому об'ємі без доступу СО 2 на поверхні графіту відновлюється до CO. СO2+Сrр.=2СО Ця реакція характеризується ендотермічним ефектом. СО при високих температурах відновлює оксиди металів-каталізаторів, а гетерогенні реакції на поверхні графіту і температурний градієнт, що виникає при цьому, забезпечує протікання реакції Будн уара з переносом вуглецю у газовій фазі, підвищуючи таким чином розчинність вуглецю (графіту), що позитивно вплине на збільшення виходу високоміцних алмазів. Подібні реакції з виділенням кисню відбуваються і при використанні інших відомих в те хніці окислювачів, зокрема, (NH4)2S2O8, KJO4 , КClO3, НСlO4, СаСО3 і т.п. При введенні у добавку солей заліза, наприклад, FеСО3, карбонат заліза FеСО3 вже при нагріванні до температури 300°С розкладається на монооксид заліза, двоокис вуглецю: FeCO3=FeO+CO2 Оксид заліза в свою чергу вступає в реакцію з перманганатом калію з виділенням кисню, що ще в більшій мірі підвищує розчинність вуглецю і ще в більшій мірі збільшує вихід високоміцних алмазів. Можливе використання будь якої солі (солей) заліза. Приклад 1. Спочатку приготовляли реакційну суміш. Для цього у вихідн у суміш металу-каталізатора Ni40Mn60 (можливе використання будь-якого відомого металу-каталізатора), взятого у кількості 1 кг з розміром частинок 500 - 1500 мкм, вуглецевмісного матеріалу - графіту марки С-3 у кількості 1 кг з розміром частинок 500 - 1500 мкм додають перманганат калію у кількості 20 г. (1,5 мас.% від маси металу-каталізатора), ретельно перемішують протягом 30 хв. Отриманою сумішшю заповнювали 1200 контейнерів, які почергово встановлювали в апарат високого тиску, створювали тиск 5,5 ГПа і температуру 1350°С і при цих умовах витримували 10 хв. В процесі нагрівання перманганата калія виділявся кисень, який знижував термодинамічну активність вуглецю, підвищуючи при цьому розчинність графіту, що в кінцевому результаті приведе до збільшення розміру зерен алмазу і підвищення виходу високоміцних алмазів. Отриманий продукт синтезу піддавали дробленню і класифікації за зернистостями згідно з ГОСТ 9206-80. Вихід алмазів складав 14%, якість алмазів в (мкм) - АС100 з розміром алмазів 400/315. Аналогічним шляхом було здійснено процес синтезу алмазів при граничних значеннях окислювача (приклади 2, 3), див. таблицю (додається), а також за межами цих границь (приклади 4, 5), крім того було здійснено процес в ти х самих умовах при додатковому введенні в реакційну суміш як добавки солі заліза - FеСО3 (приклади 6, 7) при співвідношенні окислювач : сіль заліза=1/1. У прикладах 8-9 показано варіант способу при використанні окислювача і однієї солі за межами інтервалу добавки, а у прикладі 10 - при використанні окислювача і двох солей усередині інтервалу добавки, а також при однакових умовах було реалізовано спосіб синтезу алмазів за прототипом (приклад 11). Як видно з таблиці, вихід високоякісних і крупних алмазів зріс орієнтовно в 2 - 2,5 рази, причому одночасно зростає вихід алмазів всіх інших зернистостей. Таблиця Об'єкт випробувань № п/п Спосіб синтезу алмазів згідно з винаходом 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Спосіб синтезу за прототипом Співвідношення компонентів добавки Окислювач KMnO Солі заліза (мас%) від маси FeCo Ca(CO) каталізатора (мас%) (мас%) 1,5 0,1 2,5 0,05 3,0 0,75 1,25 0,025 1.5 0,5 Мідь 1,5 0,75 1,25 0,025 1,5 0,5 0,5 2 Показники ефективності Розмір Якість Вихід алмазів алмазів, марка алмазів (мкм) (ГОСТ 9206-80) (%) 400/315 400/315 400/315 400/315 400/315 400/315 400/315 400/315 400/315 400/315 400/315 AC100 AC65 AC80 AC65 AC50 AC100 AC80 AС65 AC50 АС100 AC65 14 6 8 5 6 16 8 5 6 16 5 38419 __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2001 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 50 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 3