Нанокристаллические материалы: методы получения и свойства

Скачать в djvu «Нанокристаллические материалы: методы получения и свойства»


Давления в сотни тысяч атмосфер и температуры до не-скольких тысяч градусов, характеризующие детонационный


Рис. 1.4. Фазовая р-Г-диаграмма состояния углерода с указанием областей синтеза алмаза различ-


P, mg



40-


20

2000


4000 Т, К



ными методами [120]:



согена и соотношении примерно 1:1


I — детонационный (ударно-иолноной) синтез с нспользонаннсм графита, 2 — статическое пренращение с использощтием катализатора, 2 — статическое пренращение без катализатора, 4 — детонационный синтез с применением смеси тринитротолуола и гек


процесс, соответствуют области термодинамической


0


устойчивости алмазной фазы на р-Г-диаграмме возможных состояний углерода (рис. 1.4), поэтому применение детонационного метода для синтеза алмаза в динамических условиях вполне естественно. Вместе с тем надо иметь в виду, что при малом времени существования высоких давлений и температур, необходимых для образования алмаза, важное значение принадлежит кинетике образования и роста зародышей алмазной фазы. Подтверждением этого является, например, взрывное разложение тринитротолуола, при котором выделяется максимальное количество свободного углерода и параметры детонационной волны в плоскости Чепмена—Жуге ~ 18 ГПа, Т = 3500 К), когда химическая реакция уже практически закончилась, соответствуют области устойчивости алмазной фазы (см. рис. 1.4). Однако детонация тринитротолуола не дает заметного выхода алмазной фазы [121].


Для достижения заметного выхода алмазного порошка при детонации взрывчатых веществ потребовались более мощные составы, благодаря чему удалось повысить создаваемые ударной волной давление и температуру. Обычно для получения ультра-дисперсных алмазных порошков используют смеси тринитротолуола и гексогена в соотношении по массе 50 : 50 или 60 : 40 [121, 122]. Для этих смесей давление и температура в детонационной волне составляют р > 15 ГПа и Т > 3000 К. При “сухом” детонационном синтезе процесс проводят в специальных взрывных камерах, заполненных инертным или углекислым газом, который предотвращает окисление алмазных частиц и их превращение в графит. Образование частиц ультра дисперсного алмаза происходит до достижения плоскости Чепмена—Жуге и заканчивается за 0,2—0,5 мкс, что соответствует продолжительности зоны химической реакции для смесей тринитротолуол—гексоген. В зоне химической реакции давление и температура могут быть значительно выше, чем в плоскости Чепмена—Жуге, поэтому расчеты образования алмазной фазы, базирующиеся на параметрах детонационной волны Чепмена—Жуге, следует рассматривать как грубую оценку. Заметим также, что в детонационном синтезе при весьма малом времени образования алмазных частиц скорость их роста на несколько порядков выше таковой для статических условий. После взрыва конденсированные продукты синтеза собирают и обрабатывают в горячих хлорной НСЮи минеральных кислотах под давлением для удаления сажи и других примесей, затем многократно промывают в воде и сушат. Выход алмазного порошка составляет 8—9 % от исходной массы взрывчатых веществ, которая в различных устройствах может меняться от десятков грамм до нескольких килограмм [121].

Скачать в djvu «Нанокристаллические материалы: методы получения и свойства»