Способ получения лонсдейлита

 

Изобретение касаетсяполучения сверхтвердых материалов, в частности лонсдейлита, и позволяет повысить его выход и снизить в нем содержание алмаза. В камеру высокого давления попомещают кристаллический графит и подвергают его нногократнону воздействию давления при 5,7-9,5 ГПа и температуре 800-1900 С в течение 1-60 с, при этом возможно осуществление процесса при повышении давления до давления cvJHTesa со скоростью 0,1- 0,5 ГПа/с, температуры до температуры синтеза со скоростью 50-300 град/с, а снижение давления синтеза до атмосферного со скоростью 0,5-0,8 ГПл/с и температуры синтеза до комнатной со скоростью 200-400 град/с. Лонсдейлит, полученный по предлагаемому способу , представляет собой порошок с )дельной поверхностью 5-130 м /г, дисперсностью частиц 0,02-20 мкм, рентгеновской плотностью 3,48i 10,03 г/см параметрами решетки: а « 2,51610,005; с 4,18+0,02 А. . 3 з.п, ф-лы. (Л С

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1443320 А 1 (51) 5 С 01 В 31/06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСИОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (46) 23.06.91. Бюл. Р 23 (21) 4022641/26 (22) 13.02,86 (71) Институт физики высоких давлений им. А.Ф. Верещагина (72) Г.А. Дубицкий, С.А. Плотянская и А.С. Голубев (53) 546.26-162 (088.8) (56) Патент США Ф 3401019, кл. 23-209. 1; 1968.

Патент США Р 3488153, кл. 23-209.1, 1970.

Курдюмов А.В. и др. Кристаллическая структура лопедейлита, образующегося при высоких статических давлениях, В сб. Физика и техника высоких давлений, 1981,. вып. 4, с. 46. (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЛОНСДКЙЛИТА (57) Изобретение касается. получения сверхтвердых материалов, в частности лонсдейлита, и позволяет повысить его выход и снизить в нем содержание г алмаза. В камеру высокого давления попомещают кристаллический графит и подвергают его многократному воздействию давления при 5,7-9,5 ГПа и температуре 800-1900 С в течение 1-60 с, прн этом возможно осуществление процесса при повышении давления до давления синтеза со скоростью О, 10,5 ГПа/с, температуры до температуры синтеза со скоростью 50-300 град/с, а сникение давления синтеза до атмосферного со скоростью 0,5-0,8 ГПа/с, и температуры синтеза до комнатной со скоростью 200-400 град/с. Лонсдейлит, полученный по предлагаемому способу, представляет собой порошок с удельной поверхностью 5-130 и /г, дисперсностью частиц 0,02-20 мкм, рентгеновской плотностью 3,48 +

+0,03 г/см параметрами решетки„ а 2,516+0,0051 с = 4,18+0,02 А.

3 s,ï. ф-лы.

1443320

Изобретение касается получения сверхтвердых материалов, в частности лонсдейлита, и может быть использовано в инструментальной машиностроиР 5 тельной и электронной промьппленностях, Цель»о изобретения является повыше»»ие выхода лонсдейлита и снижение в нем содержания алмаза, 1Î

Пример 1. В контейнер из литографского камня помещают трубчатый нагреватель из графита марки

ИГОС4, берут 0,18 I порошка высококристаллического графита Завальевс- 15 кого месторождения с размером частиц до 1,5 мм, насыпают порошок в нагреватель, подпрессовывают и собранный контейнер помещают в камеру высокого давления. Создают давление 20 ,9,5 ГПа, а затем повышают температуру со скоростью 50 град/с до 800 С. выдерживают 60 с, снижают температуру до комнатной и- давление " до атмосферного, извлекают образец иэ реакционной зоны и помещают в новый контейнер с нагревателем. Так как образец после первого цикла имеет меньший объем, то свободное пространство нагревателя заполняют высококристаллическим графитом и цикл повторяют подобным образом еще 5 раз при давлении.9,5 ГПа, температуре

800 С;и выдержке 30 .с. После этого лонсдейлит выделяют иэ образца путем кипячения в хлорной кислоте. Остаток взвешивают. Рентгенофазовым анализом устанавливают, что конечный продукт содержит только лонсдейлит и не содержит структурносвяэанные с ним ЩО алмаз и "заклиненный" графит. Образец после первого цикла содержит только следы лонсдейлита. Путем проведения последующих циклов выход лонсдейлита увеличивают до 4 мас.X что составляег 7,2 мг, Пример 2. Все как в приме1, только создают давление 5,7 1"Па, а затем повышают температуру со скоростью 60 град/с до 1300 C, выдерживают 45 с, снижают температуру со скоростью 400 град/с до комнатной, давление снижают до атмосферного, извлекают образец иэ нагревателя, измельчают его на части (до 1,5 мм ), части образца снова помещают в нагреватель нового контейнера и цикл повторяют. Подобным образом проводят еще 3 цикла при давлении 5,,7 ГПа, Т 1300 Ñ, Выход лонсдейлита .—

7 мас.Л. 31о»»сде»»л»»т не содержит "эаклиненньп»" графит и ялмаэ, Вес полу" пенного лонсдейлита 12,6 мг.

Пример 3. Для изоляции реакционного объема от примесей помещают трубчатьп» экран иэ танталовой фольги толщиной 0,15 мм. Берут

0,25 г чешуйчатого графита и помещают в контейнер камеры, Подвергают графит воздействию 8,0 ГПа и температуры 1900 С в течение 1 с. Давление при этом создают со скоростью

0,4 ГПа/с, подъем температуры Осуществляют со скоростью 100 град/с.

Снижают температуру до комнатной со скоростью 300 град/с, снижают давление до атмосферного со скоростью

0,8 ГПа/с.Второй цикл осуществляют при давлении 7,5 ГПа и температуре

1200 С в течение 15 с. (377 от температуры первого цикла). Перед проведением третьего цикла полученный во втором цикле образец поворачивают

1»а 90 по отношению к направлению сжатия камеры высокого давления, добавляют графит в контейнер, чтобы компенсировать усадку образца и процесс проводят по режиму второго цикла. Выход лонсдейлита — 27 мас.X.

Лонсдейлит содержит следы алмаза и "заклиненного" графита, Вес конечНОГО продукта 67,5 мГ.

Пример 4. В контейнер из литографического камня беэ нагревателя помещают 2,3 r природного высококристаллического графита. Подвергают воздействию давления 5,7 ГПа и температуры 1250 С. Повьппают давление и температуру, соответственно, со скоростью 0,5 ГПа/с и 100 град/с, выдерживают 30 с, снижают температуру и давление до атмосферных, соответственно, со скоростью 200 град/с и 0,5 ГПа/с, затем в контейнер каме" ры высокого давления меньшего объема без нагревателя помещают 0,35 r графита иэ образца, полученного в предыдущем цикле и подвергают воздействию давления 7,5 ГПа (407 от давления 1-го цикла) и температуры

1250 С в течение 10 с. При этом повышение давления осуществляют эа

8 с„ а подъем температуры — эа 15 с.

Последующие 4 цикла проводят при

9 5 ГПа (267. от давления второго цикла). Образцы между циклами измельчают до размера частиц Р 5 ммз! 44 1 120 пенсируют усадкн образцов, добавляя частицы образца, полученного при проведении первого цикла. Выход лонсдейлита 42 мас.% по отношению к исходящему графиту (0,96 r). Лонсдей5 лит не содержит алмаз и заклиненный" графит.

П р и и е р 5. Все как в примере 4, только при проведении второго l0 цикла помещают в контейнер трубчатый экран из танталовой фольги и образец подвергают воздействию давления

8,0 Г11а и температуры 1900 С в течение 1 с, температуру увеличивают и снижают со скоростью 300 град/с, а давление — co скоростью 1,0 ГПа/с.

Третий и последующие 2 цикла проводят при давлении 8,0 ГПа и температуре

900 С. Выход лонсдейлита — 716 мг 20 (33 мас.X).

Пример 6. В контейнер из алгетского камня без нагревателя помещают природный высококристаллический графит в количестве 2,36 r. Под- 25 вергают воздействию давления 5,7 ГПа и температуры 950 С в течение 20 с, при этом давление повьппается со скоростью 0,5 ГПа/с, а температура - co скоростью 100 град/с. После ььдержки при указанных параметрах температуру и давление снижают одновременно соответственно со скоростью .

200 град/с и 0,5 ГПа/с, затем в контейнер камеры высокого давления по35 мещают часть образца весом 0,36 г, полученного в предьдущем цикле. Подвергают воздействию давления 8,0 ГПа (40X от давления первого цикла) и температуры 1375 С (50% от темпера- 40 туры первого цикла) в течение 5 с.

5-130

50" 100

2. Способ по п.1, о т л и ч аю щ и й.с я тем, что выдержку при синтезе осуществляют в течение 1-, 60 с.

3. Способ по п. 1, о т л и ч а— ю шийся тем, что воздействие давления и температуры указанных значений осуществляют от одного до пяти раз с промежуточным иэмельчением продукта после охлаждения.

Режимы увеличения и снижения давления и температуры во втором и последующих циклах как в первом цикле.

Последующие 4 цикла проводят при давлениях на 0,5 ГПа более низких по отношению к предьдущему и температуре 1300 С при вьдержке 10 с.

Образцы между циклами измельчают до размера частиц 1,5 мм и для компенсации усадки образцов, добавляют частицы образца, полученного в первом цикле. Выход по отношению к весу исходного графита составляет

1,08 r, что составляет 45 мас.X.

Полученньп по данному способу лонсдейлит в виде порошка имеет следующие характеристики: размер чa<. пщ, мкм 0,02"20

Удельная поверхность, .и /г

Параметр решетки, К а = 2, 516 0,005 с 4,18++0902

Рентгеновская плотность, кг/и {3,48+0,03)-!Os

Размер областей когерентного рассеяния, А

Иикронапряження

2-""о рода (О, 5-1) 10-2

Концентрация парамагнитных центров, спин/и 1 9- 10

Поликристаллы, полученные путем спекания порошков лонсдейлита при высоких статических давлениях, имеют высокодисперсную микроструктуру, прочность,близкую к прочности поликристаллов типа гексанит-Р,и являются перспективными конструкционными и инструментальными материалами.

Проведение процесса получения лонсдейлита при 5,?-9,5 ГПа позволяет использовать камеры высокого давления с полезным объемом в десятки раэ превосходящим объемы камер, используемых при осуществлении известных способов.

Формула изобретения

Способ получения лонсдейлита, включающий воздействие высокого статического давления и температуры на кристаллический графит до заданных значений синтеза, вьдержку " синтез продукта, последующее снижение давления и температуры, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью увеличения выхода лонсдейлита и сниже« ния содержания в нем алмаза, процесс синтеза проводят при 5,2-9,5 ГПа и

800-1900 С.

1 /

Составитель Л. Романцева

Техред A.Åðàâ÷óê

Редактор Н. Тимонина

Корректор В.Романенко

° о

Заказ 25á9

Тираж 305

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иосква, Ж-35, Рауаская наб., д. 4/5

Подписное

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

S 1443320 6

4. Способ но н. 1, о т л и ч а - и 50-300 С/с, а снижение этих параю шийся тем, что давление и тем- мьтров осуществляют сс скоростью пературу до значений нри синтезе ),5-0,8 ГПа и 200"400 С/с. пьвыпают со скоростью 0,1-0,5 П1а