Способ получения нитевидных алмазов

Изобретение относится к области неорганической химии, а именно к получению синтетических алмазов нитевидной формы, и может найти применение в промышленном производстве алмазов специального назначения, например для буровых коронок, а также в качестве деталей узлов звуко- или видеовоспроизведения, для изготовления щупов, в микромеханических устройствах. Нитевидные алмазы получают путем гетерогенной жидкофазной кристаллизации алмаза при взаимодействии углеродсодержащего вещества с катализатором с последующим получением алмазов в кристаллическом состоянии. В качестве катализатора используют ультрадисперсный порошок палладия с размером частиц 20-50 нм, полученный путем пропускания газообразного монооксида углерода через 2-20% водный или вводно-органический растворы хлористого палладия PdCl2 при перемешивании в течение 5 часов. Образование алмазов нитевидной формы происходит при атмосферном давлении и температуре от -70°С до +100°С. В дальнейшем обеспечивают отделение алмазов от сопровождающих компонентов и катализатора, который в свою очередь регенерируют путем обработки катализатора царской водкой (HNO3+3HCl) в соотношении порошок палладия: царская водка, равном 1:3. Полученный раствор фильтруют, а затем осуществляют термообработку твердого осадка при температуре 600°С. Техническим результатом изобретения является упрощение процесса получения нитевидных алмазов. 7 пр.

 

Изобретение относится к области неорганической химии, а именно к получению синтетических алмазов нитевидной формы, и может найти применение в промышленном производстве алмазов специального назначения, например для буровых коронок, а также в качестве деталей узлов звуко- или видеовоспроизведения, для изготовления щупов, в микромеханических устройствах и т.д.

Методика выращивания нитевидных или пластинчатых кристаллов была разработана в нашей стране за счет тщательного подбора температуры синтеза и температурного градиента в месте нахождения растущего кристалла. Единичные кристаллы выращивались на затравках в метастабильных условиях, сведения об этом содержатся в следующих источниках информации: Ю.А.Литвин и Э.М.Никифорова. «Синтетические алмазы», 1973, №4, с.3-7 и В.Бутузов, В.Лаптев и С.Дунин - ДАН СССР 1975, 20, с.177-720.

Известно также о получении нитевидных или игольчатых алмазов в реакционной ячейке сложной конструкции: в трубку из металлической фольги помещают спектроскопический графит, в который вставляется пруток из нитрида бора. Перед сборкой ячейки на внутреннюю поверхность металлической трубки осаждали путем испарения в вакууме слой золота толщиной несколько тысяч ангстрем. Максимальная длина иглообразных кристаллов составляет 0,8 мм, отношение длины кристалла к его ширине от 2 до 20. Выход таких алмазов составлял около 10% от общей массы кристаллов за один цикл синтеза. Авторы утверждают, что добавка Au всегда является необходимой для образования удлиненных алмазов, а влияние температурного градиента обнаружить нельзя. А.Ёсида, Ё.Миямото и др. - Сб. Сверхтвердые материалы: синтез, свойства, применение. Наук. Думка. Киев, 1983, с.45.

К недостаткам вышеприведенных технологий относятся необходимость в сложном оборудовании и расход драгметалла Au.

Известны различные методы получения игольчатых и нитевидных алмазов, в том числе известен «Способ синтеза игольчатых и удлиненных алмазов», включающий использование шихты из сплава Mn-Ni-Fe в весовом соотношении 60±5:30±5:10±5 и порошка графита, смешение их и обработку смеси при давлении >40 кбар и Т>950°С, причем скорость нагрева регулируют так, чтобы она составляла <100°С/мин. Патент Японии №48-42355, кл. С01В 31/06, 1973 г.

Известен «Способ синтеза игольчатых и удлиненных алмазов», который включает смешивание шихты из сплава Mn-Ni-Fe в весовом соотношении 60±5:30±5:10±5 и порошка углесодержащего вещества и обработку смеси при давлении >40 кбар и Т>950°С при скорости нагрева менее 100°С/мин. В качестве углеродсодержащего вещества используют игольчатый кокс или графит на базе кокса с однокомпонентной анизотропной структурой со степенью графитизации не менее 0,55 относительных единиц.

Патент РФ на изобретение №2318588, МПК: С01В 31/06, публ. 08.03.10. К недостаткам данного способа следует отнести сложность технологии изготовления.

Известен способ синтеза алмазов в форме иглы, имеющих электропроводные свойства, по которому алмазы иглообразной формы получаются при добавлении бора в реакционную ячейку специальной конструкции. Патент США №3310501, кл. 252-502, 1957 г.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому в качестве изобретения техническому решению является «Способ гетерогенной жидкофазной кристаллизации алмаза» путем взаимодействия углеводородов с катализатором, причем в качестве углеводородов используют дегидрированные компоненты битума и процесс осуществляют адсорбционным взаимодействием этих компонентов с гидридной поверхностью катализатора, образующейся хемосорбцией водорода при высокотемпературном и каталитическом дегидрировании полидисперсных высокомолекулярных компонентов битум-смол и асфальтенов с последующим адсорбционным переходом последних в кристаллическое состояние - алмаз. Патент РФ на изобретение №2169700, МПК: С01В 31/06, публ. 27.06.2001 г.

Техническим результатом изобретения является упрощение процесса получения нитевидных алмазов.

Достижение указанного результата обеспечивается за счет того, что способ получения нитевидных алмазов осуществляют путем гетерогенной жидкофазной кристаллизации алмаза при взаимодействии углеродсодержащего вещества с катализатором с последующим получением алмазов в кристаллическом состоянии. В качестве катализатора используют ультрадисперсный порошок палладия с размером частиц 20-50 нм, полученный путем пропускания газообразного монооксида углерода через 2-20% водный или вводно-органический растворы хлористого палладия PdCl2 при перемешивании в течение 5 часов. Образование алмазов нитевидной формы происходит при атмосферном давлении и температуре от -70°С до +100°С.

В дальнейшем обеспечивают отделение алмазов от сопровождающих компонентов и катализатора, который в свою очередь регенерируют путем обработки катализатора царской водкой (HNO3+3HCl) в соотношении порошок палладия: царская водка, равном 1:3. Полученный раствор фильтруют, а затем осуществляют термообработку твердого осадка при температуре 600°С.

Примеры конкретной реализации способа

Пример 1. Из хлористого палладия PdCl2 получают 2% раствор. Для этого 1 г соли палладия растворяли в 50 г воды, затем раствор при перемешивании обрабатывали монооксидом углерода СО при t=0°С и атмосферном давлении в течение 5 часов. При этом происходит образование ультрадисперсного порошка палладия Pd с размером частиц 20-50 нм. По окончании обработки порошок палладия Pd отделяют от раствора и растворяют в царской водке HNO3+3HCl в соотношении 1:3, затем отфильтровывали и полученный осадок сжигали при t=600°С. В полученном остатке были идентифицированы алмазные нити диаметром 5-20 мкм и длиной 0,1-20 мм. Выход нитевидных алмазов длиной 15 мм составил 28%.

Пример 2. Из хлористого палладия PdCl2 получают 20% раствор. Для этого 10 г соли палладия растворяли в 50 г воды, затем раствор при перемешивании обрабатывали монооксидом углерода СО при t=+100°С и атмосферном давлении в течение 5 часов. При этом происходит образование ультрадисперсного порошка палладия Pd с размером частиц 20-50 нм. По окончании обработки порошок палладия Pd отделяют от раствора и растворяют в царской водке HNO3+3HCl в соотношении 1:3, затем отфильтровывали и полученный осадок сжигали при t=600°С. В полученном остатке были идентифицированы алмазные нити диаметром 5-20 мкм и длиной 0,08-19 мм. Выход нитевидных алмазов длиной 15 мм составил 30%.

Пример 3. Из хлористого палладия PdCl2 получают 10% раствор. Для этого 5 г соли палладия растворяли в 50 г воды, этот раствор затем обрабатывали монооксидом углерода СО при t=-70°С и атмосферном давлении в течение 5 часов. При этом происходит образование ультрадисперсного порошка палладия Pd. По окончании обработки порошок палладия Pd отделяют от раствора и растворяют в царской водке 1:3, затем отфильтровывали и полученный осадок сжигали при t=600°С.

В полученном остатке были идентифицированы алмазные нити диаметром 5-20 мкм и длиной 0,1-22 мм Выход нитевидных алмазов длиной 15 мм составил 32%.

Пример 4. Из хлористого палладия PdCl2 получают 10% вводно-органический раствор. Для этого 5 г соли палладия растворяли в 32 г ацетона и 12 г воды, затем раствор обрабатывали монооксидом углерода СО при t=-70°С и атмосферном давлении в течение 5 часов. При этом происходит образование ультрадисперсного порошка палладия Pd. По окончании обработки порошок палладия Pd отделяют от раствора и растворяют в царской водке 1:3, затем отфильтровывали и полученный осадок сжигали при t=600°С.

В полученном остатке были идентифицированы алмазные нити диаметром 3-10 мкм и длиной 20-2000 мм. Выход нитевидных алмазов длиной 16 мм составил 34%.

Пример 5. Из хлористого палладия PdCl2 получают 20% вводно-органический раствор. Для этого 10 г соли палладия растворяли в 32 г ацетона и 12 г воды, затем раствор обрабатывали монооксидом углерода СО при t=+60°С и атмосферном давлении в течение 5 часов. При этом происходит образование ультрадисперсного порошка палладия Pd. По окончании обработки порошок палладия Pd отделяют от раствора и растворяют в царской водке 1:3, затем отфильтровывали и полученный осадок сжигали при t=600°С.

В полученном остатке были идентифицированы алмазные нити диаметром 5-15 мкм и длиной 20-2100 мм. Выход нитевидных алмазов длиной 18 мм составил 36%.

Пример 6. Из хлористого палладия PdCl2 получают 10% вводно-органический раствор. Для этого 5 г соли палладия растворяли в 32 г тетрагидрофурана C4H8O и 12 г воды, затем раствор обрабатывали монооксидом углерода СО при t=-70°С и атмосферном давлении в течение 5 часов. При этом происходит образование ультрадисперсного порошка палладия Pd. По окончании обработки порошок палладия Pd отделяют от раствора и растворяют в царской водке 1:3, затем отфильтровывали и полученный осадок сжигали при t=600°С.

В полученном остатке были идентифицированы алмазные нити диаметром 3-10 мкм и длиной 20-2000 мм. Выход нитевидных алмазов длиной 16 мм составил 34%.

Пример 7. Из хлористого палладия PdCl2 получают 20% водноорганический раствор. Для этого 10 г соли палладия растворяли в 32 г тетрагидрофурана C4H8O и 12 г воды, затем раствор обрабатывали монооксидом углерода СО при t=+60°С и атмосферном давлении в течение 5 часов. При этом происходит образование ультрадисперсного порошка палладия Pd. По окончании обработки порошок палладия Pd отделяют от раствора и растворяют в царской водке 1:3, затем отфильтровывали и полученный осадок сжигали при t=600°С.

В полученном остатке были идентифицированы алмазные нити диаметром 5-15 мкм и длиной 20-2100 мм. Выход нитевидных алмазов длиной 18 мм составил 36%.

Предлагаемый в качестве изобретения «Способ получения нитевидных алмазов» не требует сложного оборудования и легко осуществим, что позволяет добиться упрощения процесса получения нитевидных алмазов с одновременным увеличением их выхода за один цикл процесса.

Способ получения нитевидных алмазов путем гетерогенной жидкофазной кристаллизации алмаза при взаимодействии углеродсодержащего вещества с катализатором с последующим получением алмазов в кристаллическом состоянии, отличающийся тем, что в качестве катализатора используют ультрадисперсный порошок палладия с размером частиц 20-50 нм, полученный путем пропускания газообразного монооксида углерода через 2-20%-ный водный или водно-органический растворы хлористого палладия PdCl2 при перемешивании в течение 5 ч, при этом образование алмазов нитевидной формы происходит при атмосферном давлении и температуре от -70°С до +100°С, в дальнейшем обеспечивают отделение алмазов от сопровождающих компонентов и катализатора, который, в свою очередь, регенерируют путем обработки катализатора царской водкой (HNO3+3HCl) в соотношении порошок палладия: царская водка, равном 1:3, полученный раствор фильтруют, а затем осуществляют термообработку твердого осадка при температуре 600°С.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к технологии взрывчатых веществ (ВВ) и может быть использовано в детонаторах и других взрывных устройствах, использующих процесс перехода горения ВВ во взрыв.
Изобретение относится к технологии получения полупроводниковых наноматериалов. .

Изобретение относится к области гальванопластики и может быть применено для изготовления деталей устройств нанотехнологического оборудования, использующих метод сканирующего зонда, например, кантилеверов.

Изобретение относится к области нанотехнологии и наноэлектроники, а конкретно - к получению латерально расположенных нитевидных нанокристаллов оксида цинка. .

Изобретение относится к технологии выращивания нитевидных кристаллов неорганических соединений и может быть использовано для получения нитевидных монодисперсных кристаллов азида серебра с воспроизводимыми характеристиками.
Изобретение относится к технологии получения полупроводниковых наноматериалов и предназначено для управляемого выращивания наноразмерных нитевидных кристаллов кремния.

Изобретение относится к области гальваностегии и может быть применено для выращивания нитевидных кристаллов путем электроосаждения металлов из электролита. .

Изобретение относится к области неорганической химии, а именно к получению синтетических алмазов игольчатой формы, и может найти применение в промышленном производстве алмазов специального назначения, например, для буровых коронок и правящих карандашей, а также в качестве деталей узлов звуко- или видеовоспроизведения, для изготовления щупов, в микромеханических устройствах и т.д.

Изобретение относится к химической технологии получения соединений алюминия, а именно к технологии получения нитевидного нитрида алюминия AlN в виде нитевидных кристаллов, пригодных для изготовления сенсорных зондов на кантилеверах атомно-силовых микроскопов, применяемых при исследовании морфологии и топографии поверхности, адгезионных и механических свойств элементов микроэлектроники, объектов нанобиотехнологий и особо при высокотемпературных измерениях в нанометаллургии.

Изобретение относится к способам создания внутри алмазов изображений, несущих информацию различного назначения, например коды идентификации, метки, идентифицирующие алмазы.

Изобретение относится к области получения наноалмазов, представляющих интерес для использования в послеоперационной поддерживающей терапии. .

Изобретение относится к технологии неорганических веществ и материалов. .

Изобретение относится к технологии обработки алмаза, в частности к его термохимической обработке. .

Изобретение относится к микроэлектронике и может быть использовано в магнитометрии, квантовой оптике, биомедицине, а также в информационных технологиях, основанных на квантовых свойствах спинов и одиночных фотонов.

Изобретение относится к области обработки (геммологического облагораживания) природных и синтетических алмазов с конечной целью улучшения их декоративных свойств.

Изобретение относится к области обработки алмазных зерен, которые могут быть использованы для изготовления алмазных инструментов, таких как шлифовальные круги, правящий инструмент, инструмент для буровой техники, для контрольно-измерительных приборов.

Изобретение относится к изготовлению слоя бесцветного алмаза (монокристаллического и поликристаллического) химическим осаждением из паровой фазы (ХОПФ-алмаза), который может быть использован, например, для оптических применений или в качестве драгоценных камней.
Изобретение относится к технологии нанесения пленок на подложки, конкретно - к предварительной обработке подложек (нанесению центров зародышеобразования) для последующего роста поликристаллических алмазных пленок, применяемых в ядерной технике, в мощных непрерывных технологических CO2-лазерах, в электрохимии.

Изобретение относится к области неорганической химии, а именно к получению синтетических алмазов нитевидной формы, и может найти применение в промышленном производстве алмазов специального назначения, например для буровых коронок, а также в качестве деталей узлов звуко- или видеовоспроизведения, для изготовления щупов, в микромеханических устройствах

Наверх