Способ получения искусственных алмазов из графита

Изобретение относится к технологии получения алмазов. Искусственные алмазы получают из графита на подложке в присутствии электродов путем расположения графита на подложке, являющейся электродом с отрицательным зарядом, расположенной в кварцевой пробирке, и при нагреве до 1000°C при атмосферном давлении в радиационной печи. Другой электрод, положительно заряженный, размещают на внешней стороне пробирки и подводят к электродам постоянный ток напряжением 2,0-10 кВ, не создавая замкнутую электрическую цепь. Технический результат изобретения заключается в упрощении технологии, снижении энергетических затрат и снижении себестоимости синтеза алмазов за счет простоты технического решения, доступности используемых материалов и оборудования.

 

Изобретение относится к способам получения алмазов, а более точно к способам прямого превращения графита в алмаз в области термодинамической устойчивости последнего.

Известен способ получения сверхтвердых материалов (алмазов), в котором превращаемый материал (графит) помещают в прочные металлические ампулы сохранения плоского или цилиндрического типа, в корпусе которых генерируют ударные волны детонацией заряда BB, находящегося в контакте с корпусом ампулы, или ударом о стенки ампулы лайнера, разгоняемого ПВ до больших скоростей [RU 94029279, МПК B01J 3/08, 10.07.1996]. Под воздействием высоких динамических давлений и температур осуществляется фазовый переход графит-алмаз в области термодинамической устойчивости последнего.

Недостатком данного способа является низкий (≅20%) выход материала. Комплексное воздействие остаточных температур и волны разрежения (снятие высокого давления практически до нуля за несколько мкс) приводит к частичному обратному переходу алмаза в графит.

Известен способ получения алмазоподобных фаз углерода, включающий воздействие на углеродсодержащий материал импульсов электрического тока с энергией импульса 3,5-18,0 кДж на 1 г углерода в углеродсодержащем материале [RU 2038294 от 27.06.1995].

Недостаток известного способа заключается в сложности получения алмазоподобных фаз за счет импульсного тока, что требует наличия дополнительного устройства.

Известен способ получения искусственных алмазов из графита путем его нагрева в присутствии электродов, к которым подводят постоянный ток, создавая замкнутую электрическую цепь, при этом графит нагревают до 1000°C при атмосферном давлении [US 5516500 от 14.05.1996].

Однако в данном способе для получения алмазов создают замкнутую электрическую цепь, что приводит к пересублимации графита с одного электрода на другой при пропускании тока.

Данный способ выбран за прототип.

Задачей изобретения является получение искусственных алмазов из графита при отсутствии пересублимации графита.

Решение этой технической задачи позволит упростить и удешевить технологию синтеза искусственных алмазов, а также получать искусственные алмазы, не меняя формы исходного графита.

Достигается это тем, что в способе получения искусственных алмазов из графита на подложке в присутствии электродов, на которые подают напряжение, согласно изобретению, графит помещают на подложку, являющуюся электродом с отрицательным зарядом, расположенную в кварцевой пробирке, другой электрод, положительно заряженный, размещают на внешней стороне пробирки, пробирку помещают в радиационную печь и нагревают до 1000°C при атмосферном давлении, а к электродам подводят постоянный ток напряжением 2,0-10 кВ, не создавая замкнутую электрическую цепь.

Данные условия воздействия на графит являются наиболее оптимальными для фазового перехода графита в алмаз. При температуре ниже 1000°C и напряжении менее 2 кВ процесс будет замедленным и экономически не оправданным, а повышение температуры выше 1000°C и напряжение более 10 кВ приводит к терморазрушению слоев графита и излишних затрат энергии.

Способ осуществляется следующим образом.

Предварительно подготавливается исходный образец. С этой целью кристаллические графитовые элементы (протяженные волокна диаметром до нескольких мкм, длиной до нескольких мм, отдельные частицы размером в несколько десятков мкм) помещают на подложку из металла. Металл подложки выбирают исходя их необходимых требований:

- невысокий температурный разогрев, обеспечивающий фазовый переход графит-алмаз в области термодинамической стабильности последнего.

- большая плотность металла в сжатом состоянии в области термодинамической стабильности алмаза по сравнению с последним

- крайне малая растворимость углерода в нем (<0,5%) в условиях воздействия температур.

Для осуществления способа проводили 3 эксперимента: образец графита размещали на стальной пластине, являющейся отрицательно заряженным электродом, помещали в кварцевую пробирку и нагревали до 1000°C в радиационной печи. Воздействие на графит осуществляют путем подачи электрического тока постоянного напряжения 2,0 кВ на электроды, положительно заряженный электрод расположен на внешней поверхности кварцевой пробирки, не создавая замкнутую электрическую цепь, т.е. ток не проходил через графит.

При подаче тока на пластину происходит повышение внутренней энергии графита, выше внутренней энергии алмаза, за счет чего и происходит самопроизвольное превращение выскоэнергетичного графита в менее энергетический алмаз с перестройкой кристаллической решетки при фазовом превращении. Скорость превращения графита в алмаз при этом наблюдалась в течение 1 часа.

При воздействии на графит электрического тока постоянного напряжения 5,0 кВ на электроды, скорость превращения графита в алмаз наблюдалась в течение 30 минут.

При воздействии на графит электрического тока постоянного напряжения 10,0 кВ на электроды, скорость превращения графита в алмаз наблюдалась в течение 20 минут.

Увеличение напряжения более 10 кВ приводит к терморазрушению слоев графита. Поэтому оптимальным будет воздействие на графит 2,0-10 кВ.

Таким образом, можно легко регулировать получение алмаза за счет напряжения постоянного тока.

Способ обеспечивает достижение следующих преимуществ по сравнению с известными ранее:

повышение качества синтезируемого продукта;

упрощение технологии, снижение энергетических затрат и снижение себестоимости синтеза алмазов за счет простоты технического решения, доступности используемых материалов и оборудования.

Способ получения искусственных алмазов из графита на подложке в присутствии электродов, на которые подают напряжение, отличающийся тем, что графит помещают на подложку, являющуюся электродом с отрицательным зарядом, расположенную в кварцевой пробирке, другой электрод, положительно заряженный, размещают на внешней стороне пробирки, пробирку помещают в радиационную печь и нагревают до 1000°C при атмосферном давлении, а к электродам подводят постоянный ток напряжением 2,0-10 кВ, не создавая замкнутую электрическую цепь.