СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НИТЕВИДНЫХ АЛМАЗОВ
METHOD OF OBTAINING DIAMOND WHISKERS

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.
2
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 PdCl при перемешивании в течение 5 часов. Образование алмазов нитевидной формы происходит при атмосферном давлении и температуре от -70°С до +100°С.
3
В дальнейшем обеспечивают отделение алмазов от сопровождающих компонентов и катализатора, который в свою очередь регенерируют путем обработки катализатора царской водкой (HNO+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
2
3
Пример 1. Из хлористого палладия PdCl 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 HNO+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%.
2
3
Пример 2. Из хлористого палладия PdCl 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 HNO+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%.
2
Пример 3. Из хлористого палладия PdCl 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%.
2
Пример 4. Из хлористого палладия PdCl 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%.
2
Пример 5. Из хлористого палладия PdCl 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%.
2
4
8
Пример 6. Из хлористого палладия PdCl получают 10% вводно-органический раствор. Для этого 5 г соли палладия растворяли в 32 г тетрагидрофурана CHO 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%.
2
4
8
Пример 7. Из хлористого палладия PdCl получают 20% водноорганический раствор. Для этого 10 г соли палладия растворяли в 32 г тетрагидрофурана CHO 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.