Технологiя утилiзацii нiкелю та марганцю у виробництвi синтетичних алмазiв
Дипломная работа - Химия
Другие дипломы по предмету Химия
вленнi.
Одразу ж пiсля успiшного синтезу алмазiв типа балас почалось iх застосування у промисловiсть на Московському комбiнатi твердих сплавiв, Украiнському iнститутi надтвердих матерiалiв та Полтавському заводi синтетичних алмазiв. Дослiдження синтетичних баласiв у бурильнiй технiцi показало iх високу ефективнiсть при проходженнi скважин в рiзних по характеру ТСрунтах, та особливо широко синтетичний балас застосовуСФться зараз при виготовленнi волок при виробництвi проволоки.
Поряд з роботою над методами синтезу алмазiв проводилися дослiдження фiзико-хiмiчних властивостей отриманих речовин та вивчення механiзму iх синтезу. ОстаннСФ питання являСФ собою науковий iнтерес та в повному обСФмi залишаСФться не розiбраним i по сьогоднiшнiй день.
Усi вiдомi способи виготовлення алмазiв можна вiднести до трьох великих груп.
Перша група обСФднуСФ рiзнi варiанти, якi СФ найбiльш розповсюдженими у технологii синтезу алмазiв при високих статичних тисках. Вiн утворюСФться стисненням на нагрiванням механiчноi сумiшi порошку вуглеграфiтового матерiалу у присутностi частинок метала-каталiзатора в областi термодинамiчноi стiйкостi алмаза в камерi високого тиску. Зазвичай при синтезi алмазiв в якостi каталiзатора застосовують декiлька металiв або iх сплави [1].
До другоi групи вiдносяться синтез алмазу при високих динамiчних тисках, в детонацiйних та ударних хвилях iз рiзноманiтних вуглецьвмiстних матерiалiв. Цей метод синтезу у зрiвняннi зi статичним даСФ можливiсть на декiлька порядкiв скоротити тривалiсть циклу та застосувати тиски до 104 МПа, у дiапазонi температур 20004000 К. При цьому на вiдмiну вiд синтезу при високих статичних тисках, елементи контейнерiв iз реакцiйними матерiалами виготовляють зi сталi або iнших матерiалiв, до яких не входить вольфрам. Вибуховий метод характеризуСФться виготовленням мiкрочастинок алмазу у виглядi кристалiв iз невеликою кiлькiстю дефектiв поверхнi. Алмази отримують з вiдносно невеликим виходом по вiдношенню до всiСФi маси початкового продукту [2].
Прямий перехiд графiту до алмазу при ударному нагруженнi Алдером та Християном у 1961 р. У 1975 роцi був розроблений метод отримання вибухових алмазiв у системi металвуглець методом ударнохвильового нагруження. Такi алмази виготовляють у виглядi мiкропорошкiв пiдвищеноi абразивноi здатностi з розмiром 1-80, а iнодi й до 200 мкм. Детонацiйнi алмази отриманi шляхом осадження iз газовоi фази, що мiстить вуглець та плазми при iх високотемпературному детонацiйному сжиманнi [3]. Такi алмази представляють собою ультра дисперсний порошок iз розмiром зерен до 20 нм.
Третя група включаСФ до себе засоби синтезу алмазiв при низьких тисках iз газовоi середи, що включаСФ в себе вуглець, з плазми та потокiв атомiв та iонiв вуглецю (в областi термiчноi мета стiйкостi алмазу).
Вiдомi засоби осадження алмазних плiвок iз застосуванням високо енергетичних атомних та iонних пучкiв шляхом лазерного та плазмохiмiчного осадження. В багатьох випадках отримують не алмазнi, а алмазоподiбнi плiвки, тобто такi, в яких атоми вуглецю повязанi мiж собою хiмiчним звязком, яка характерна для алмаза, але не утворюСФ достатньо великих областей когерентного розсiювання, як у алмаза [2].
Нарощування затравочних частинок алмазу вiдбуваСФться у газовiй середi, що мiстить вуглець, та при тисках нижчих за атмосферний та температурах близько 1273 К. Тому як бiльш стiйка в цих умовах фаза вуглецю графiт блокуСФ поверхню затравочних кристалiв, тому й товщина наростаючого слою рiдко коли перевищуСФ 13 мкм. Тому частiш за все утворюються алмазографiтовi зони, що по черзi змiнюються [2].
Алмазнi кристали можуть утворюватися у графiтових блоках при дii на них лазерним променем. У цьому випадку атоми вуглецю переходять у збуджений стан до енергii в 1 еВ, а iх конденсат представляСФ собою вмiст вуглецевих фаз iз густиною близько 2,48 г/см3. Мiцнiсть iмпульсу при випромiнюваннi досягаСФ 109 Вт. Посилаючи такий промiнь на графiтовий блок, можна досягнути утворення в ньому алмазних мiкрочастинок [1].
Таким чином, синтез алмазiв iз матерiалiв, що мiстять вуглець у присутностi металiвкаталiзаторiв при статичному тиску СФ найбiльш ефективним та найбiльш розповсюдженим.
1.2 Фiзико-хiмiчнi основи процесу синтезу алмазiв
РЖснуючу технологiю синтезу алмазiв умовно можна роздiлити на двi стадii: синтез в апарат високого тиску i збагачення одержаного продукту синтезу з видiленням очищеного товарного алмазного продукту. Розглянемо окремо кожну з цих стадiй.
1.2.1 Синтез в апаратах високого тиску
В даний час вiдомо два методи синтезу алмазу в областi його термодинамiчноi стабiльностi: дiя на матерiал, що мiстить вуглець, високим статичним тиском i температурою у присутностi розчинника вуглецю; дiя високим статичним тиском i температурою без застосування розчинникiв (прямий перехiд графiту в алмаз). Теорiя синтезу алмазу по першому методу вперше була розроблена О.И. Лейпунськiм [4].
Алмаз в системах металвуглець одержують в апаратах при тиску близько 4000 МПа i температурах понад 1400 К, використовуючи як джерело вуглецю графiт. Розчинники обираються з ряду перехiдних металiв, в який входять: Fe, Co, Ni, Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt, Cr, Ta, Mn i iн. [1, 4]. Експериментально встановлено, що для кожного розчинника СФ своя область утворення алмазу, якою вiдповiдають мiнiмальна температура та тиск. Якщо розташувати метали-розчинники вуглецю в ряд по зростанню температури плавлення, а саме: Mn, Ni, Co, Fe, Pt, Cr, Nb, T