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PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zur Herstellung von Diamant und/oder diamantähnlichen Modifikationen von Bornitrid aus dem umzuwandelnden Material, dem Kohlenstoff und/oder dem Bornitrid, unter Ausnutzung der Explosionsenergie, dadurch gekennzeichnet, dass die Explosionsenergie ausgenutzt wird, indem man eine Ladung, welche einen Sprengstoff und das umzuwandelnde Material enthält, zur Detonation bringt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man als Sprengstoffe Sprengstoffe verwendet, die es gestatten, bei der Detonation der Ladung einen Staudruck von 3 bis 60 GPa und Temperaturen von 200 bis 6000 "K zu erzeugen.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass man als Sprengstoffe Zyklotrimethylentrinitroamin, Zyklotetramethylentetranitroamin, Trinitrotoluol, Trinitrophenylmethylnitroamin, Tetranitropentaerythrit, Tetranitromethan oder Gemische der genannten Sprengstoffe verwendet.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man eine Ladung verwendet, welche 30 bis 99 Masseprozent Sprengstoff und 1 bis 70 Masseprozent des umzuwandelnden Materials enthält.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man eine Ladung verwendet, welche neben dem Sprengstoff und dem umzuwandelnden Material auch gegenüber dem umzuwandelnden Material inerte Zusatzstoffe, die hinter der Front der Detonationswelle verdampfen oder sich zersetzen, in einer Menge von 1 bis 50%, bezogen auf die Masse der Ladung, enthält.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass man eine Ladung verwendet, welche als inerte Zusatzstoffe Wasser, Eis, flüssigen Stickstoff, wässerige Lösungen von Metallsalzen, Kristallhydrate, Ammoniumsalze, Hydrazin, Hydrazinsalze, wässerige Lösungen von Hydrazinsalzen, flüssige oder feste Kohlenwasserstoffe enthält.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man eine Ladung verwendet, welche neben dem Sprengstoff und dem umzuwandelnden Material auch gegenüber dem umzuwandelnden Material inerte Zusatzstoffe, Metalle oder Metallsalze, mit einer Dichte von 2,2 g/cm3 enthält.
8. Verfahren nach Anspruch 1, 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass man vorher mindestens eine der Komponenten der Ladung oder gemeinsam verschiedene Kombinationen der Komponenten der Ladung granuliert.
9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man als Kohlenstoff hexagonalen Graphit, rhomboedrischen Graphit, Kolloidgraphit und Pyrolysegraphit verwendet.
10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man als Kohlenstoff seine röntgenamorphe Formen, Russe, Glaskohlenstoff, Koks, Schungit, Zuckerkohle, verwendet.
11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man als Bornitrid dessen hexagonale Modifikation oder Turbostratform verwendet.
12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Detonation die Ladung von einem Mantel aus einem gegenüber dem umzuwandelnden Material inerten Stoff umschlossen wird, der in Wasser, Säuren und Alkalilaugen löslich ist.
13. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Detonation in der Atmosphäre eines gegenüber den Endprodukten inerten Gases, in der Atmosphäre der gasförmigen Detonationsprodukte oder in einem Vakuum von 10-4 bis 10 Torr vorgenommen wird.
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Herstellung überharter Materialien, insbesondere betrifft sie Verfahren zur Herstellung von Diamant und/oder diamantähnlichen Modifikationen von Bornitrid.
Stand der Technik
Die Zusammendrückung von Stoffen durch Stosswellen führt zum Auftreten hoher Staudrücke und hoher Temperaturen und gestattet es, Stoffe (Endprodukte) in Form von Hochdruckphasen zu erhalten, welche eine hohe Härte besitzen. So gestattet es die Stosszusammendrückung auf Drücke über 20 HPa, Diamanten zu erhalten [Science, Bd. 133, Nr. 3467, herausgegeben im Juni 1961 (American Association for the Advancement of Science, Washington), PS. De Carli, J. C. Jamieson, Formation of Diamond bei Explosive Shock , Seiten 1821-1822].
Die Stosszusammendrückung von Bornitrid auf Drücke von mehr als 12 HPa gestattet es, eine dichte Modifikation dieser Verbindung zu erhalten [Beiträge der Akademie der Wissenschaften der UdSSR, Band 172, Nr. 5, herausgegeben im Februar 1967 (Verlag Nauka, Moskau): G.A. Adadurov, S.G, Aliev, L.O. Atovmyan, T.V. Bavina, Jn.G. Borodjko, O.N. Breusov, A.N. Dremin, A. Ch. Muranewich. S.V.
Pershin, Bildung der Wurtzit-Modifikation des Bornitrids bei der Stosszusammendrückung , Seiten 1066-1068].
Bekannt sind Verfahren zur Herstellung von überharten Materialien, Diamant und/oder diamantähnlichen Modifikationen des Bornitrids, in denen man die umzuwandelnden Materialien, Graphit und/oder hexagonales Bornitrid, in feste Metallbehälter, die sogenannten Erhaltungsampullen, flacher oder zylindrischer Art einbringt, in deren Wandungen Stosswellen durch Detonation von mit den Wandungen der Ampulle in Kontakt stehenden Sprengstoffladungen oder durch den Stoss gegen die Wandungen der Ampullen mit durch die Detonationsprodukte auf hohe Geschwindigkeiten beschleunigten Körpern generiert werden. Die Stosswellen treten von den Ampullenwandungen in das umzuwandelnde Material ein und drücken dieses zur Erzeugung in diesem erforderlicher Drücke und Temperaturen zusammen.
Zum Zwecke einer Erhöhung der Ausbeute an Endprodukt setzt man im allgemeinen dem umzuwandelnden Material andere Stoffe, beispielsweise Metalle, zu, die bei der Stosszusammendrückung in geringerem Grade als die sich bildende Hochdruckphase (das Endprodukt) erhitzt werden.
Im Ergebnis senken diese Zusatzstoffe die Temperatur der Hochdruckphase und verhindern ein Glühen der genannten Phase und deren Umwandlung in den Ausgangszustand (US-PS 3401 019, bekanntgemacht im Jahre 1968 am 10.
September, Klasse 23-209.1; GB-PS 1 281 002, Klasse COIB 31/06, bekanntgemacht im Jahre 1972 am 12. Juli).
Bekannt ist auch ein Verfahren zur Herstellung der genannten überharten Materialien, in dem die Stosswellen in dem Gemisch des umzuwandelnden Materials und der Kühlzustoffe durch die Detonation einer mit der Oberfläche des Gemisches in Kontakt stehenden Ladung oder durch den Stoss gegen eine solche Oberfläche mit einem durch die Explosionsprodukte beschleunigten Körper generiert werden.
Das Gemisch der Ausgangsphase mit dem Kühlzusatzstoff
befindet sich dabei in dem Hohlraum einer massiven und festen Metallunterlage, die ein Auseinanderfliegen des zu behandelnden Stoffes verhindert (GB-PS 1115 648, bekanntgemacht im Jahre 1968 am 29. Mai, Klasse COIB 31/06).
In allen bekannten Verfahren wird zur Erzeugung hoher Staudrücke und hoher Temperaturen die Stoffzusammendrückung der umzuwandelnden Materialien angewandt, die in massive speziell gefertigte einmalig verwendbare Behälter (Ampullen) eingebracht werden, die beim Öffnen vernichtet oder zerstört werden, wie dies in dem letzteren der genannten Verfahren der Fall ist. Alle Verfahren erfordern arbeitsintensive Operationen zur Herstellung und Öffnung der Ampullen und einen grossen Verbrauch von Konstruktionswerkstoffen und Sprengstoffen.
Darstellung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, in dem Verfahren zur Herstellung von Diamant und/oder diamantähnlichen Modifikationen von Bornitrid aus dem umzuwandelnden Material, dem Kohlenstoff und/oder Bornitrid, das die Explosionsenergie ausnutzt, solche Bedingungen für die Durchführung des Syntheseprozesses zu wählen, die es gestatten, diese überharte Materialien ohne Benutzung von einmalig verwendbaren Erhaltungsbehältern zu erhalten, die technologische und apparative Gestaltung der Synthese zu vereinfachen und zu verbilligen.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass ein Verfahren zur Herstellung von Diamant und/oder diamantähnlichen Modifikationen von Bornitrid aus dem umzuwandelnden Material, dem Kohlenstoff und/oder Bornitrid, unter Ausnutzung der Explosionsenergie vorgeschlagen wird, wobei erfindungsgemäss die Explosionsenergie ausgenutzt wird, indem man eine einen Sprengstoff und das umzuwandelnde Material enthaltende Ladung zur Detonation bringt.
Die Detonation der Ladung wird in dem erfindungsgemässen Verfahren vorteilhaft im Inneren eines hohlen, vor der Explosion hermetisch abgedichteten Stahlbehälters vorgenommen, der ein Volumen aufweist, das einen ausreichenden Expansionsgrad der gasförmigen Detonationsprodukte und geringe (1 bis 5 atm) Restdrücke der Gase gewährleistet.
Dadurch wird es möglich, den Behälter mehrmalig (einige tausend bis einige zehntausend Male) zu verwenden, die Anwendung spezieller einmalig verwendbarer Erhaltungsampullen zu vermeiden und dadurch den Verbrauch von Konstruktionswerkstoffen wesentlich zu senken. Die vorliegende Erfindung gestattet es auch, den Verbrauch von Sprengstoffen wesentlich (um das 10- bis 30fache) zu verringern, da die Sprengstoffe in unmittelbarem Kontakt mit dem umzuwandelnden Material stehen, weshalb die Notwendigkeit fortfällt, Stosswellen von grosser Wirkungsdauer zu erzeugen, wie dies in den bekannten Verfahren der Fall ist.
Das erfindungsgemässe Verfahren gestattet es auch: a) Endprodukte in hoher (bis zu 20%) Ausbeute zu erhalten; b) nach der Korngrössenzusammensetzung homogene Diamantpulver, einschliesslich der Submikrometer-Fraktionen mit einer Korngrösse von höchstens 1 ,um, ohne zusätzliche Fraktionierungsoperationen zielgerichtet zu erhalten; c) diamantähnliche Modifikationen von Bornitrid, die Wurtzit- oder im wesentlichen die kubische Modifikation zielgerichtet zu erhalten.
Die nach dem erfindungsgemässen Verfahren erhaltenen überharten Materialien können sowohl als Schleifmittel als auch als Ausgangsmaterialien für die Herstellung von polykristallinen Presslingen, aus denen Schneidwerkzeuge gefertigt werden, verwendet werden.
Die umzuwandelnden Materialien unterwirft man erfindungsgemäss einer Einwirkung hoher Standrücke und hoher Temperaturen, die sich unmittelbar in der Welle der kondensierten Sprengstoffe, und zwar in der Front der Detonationswelle, in der Reaktionszone und den Detonationsprodukten, die im wesentlichen CO, CO2, C, H2O und N2 enthalten, entwickeln.
Die Intervalle der Drücke und der Temperaturen werden in dem erfindungsgemässen Verfahren durch die qualitative und quantitative Zusammensetzung der Ladung bestimmt und hängen im wesentlichen von der Natur des Sprengstoffes, seiner Sprengkraft und Dichte ab.
Man verwendet zweckmässigerweise als Sprengstoff Stoffe, die es ermöglichen, bei der Detonation der Ladung Staudrücke von 3 bis 60 GPa und Temperaturen von 2000 bis 6000 "C zu erreichen. Solche Stoffe sind beispielsweise Zyklotrimethylentrinitroamin (Hexogen), Zyklotetramethylentetranitroamin (Oktogen), Trinitrotoluol (Trotyl), Trinitrophenylmethylnitroamin (Tetryl), Tetranitropentaerythrit (TEN), Tetranitromethan (TNM) oder Gemische der genannten Sprengstoffe. Der maximale Druck wird durch den Druck in dem chemischen Peak der Detonationswelle, der für das Hexogen von 1,8 g/cm3 Dichte 60 GPa beträgt, und der minimale Druck durch den Druck am Ende der Reaktionszone, der für das Trotyl von 0,8 g/cm3 Dichte 3,0 GPa beträgt, bestimmt.
Die genannten Temperaturbereiche werden durch Temperaturen bestimmt, die bei der Detonation eines Gemisches eines energiereichen Sprengstoffes mit minimaler Menge des umzuwandelnden Materials und der Detonation eines Gemisches eines energiearmen Sprengstoffes mit minimaler Menge des umzuwandelnden Stoffes entwikkelt werden (F.A. Baum, L. P. Orlenko, K. P. Stanyukovich, V.P. Chelyshev, B.J. Shekhter Physik der Explosion , bekanntgemacht im Jahre 1975, Verlag Nauka, Moskau, Seiten 97-125, 145-152).
Wesentlich ist, dass das Vorliegen sehr hoher Temperaturen (4500 bis 6000 "K) zum Schmelzen des umzuwandelnden Materials in der Reaktionszone, wenn dieses in Form einer feindispersen Fraktion mit einer Korngrösse von weniger als 1 ,um verwendet wird, und zur Herstellung feindisperser Fraktionen der Endprodukte führt. Wesentlich ist auch, dass beim Auseinanderfliegen der Explosionsprodukte, die Teilchen des Endproduktes enthalten, die Geschwindigkeit ihrer adiabatischen Abkühlung - 108 Grad/s beträgt, was das thermische Glühen der Endprodukte und deren Graphitisierung wesentlich verringert.
Das erfindungsgemässe Verfahren sieht die Verwendung von Ladungen vor, welche 30 bis 99 Masseprozent Spreng stoffund 1 bis 70 Masseprozent umzuwandelndes Material enthalten.
Zur Verhinderung einer chemischen Umsetzung des umzuwandelnden Materials mit den erhitzten Detonationsprodukten sowie zur Erhaltung des Endproduktes in den Detonationsprodukten verwendet man zweckmässigerweise eine Ladung, welche neben dem Sprengstoff und dem umzuwandelnden Material auch gegenüber dem umzuwandelnden Material inerte Zusatzstoffe, die hinter der Front der Detonationswelle verdampfen oder sich zersetzen, in einer Menge von 1 bis 50%, bezogen auf die Masse der Ladung, enthält.
Solche inerten Zusatzstoffe wie Wasser, Eis, flüssiger Stickstoff wässerige Lösungen von Metallsalzen, Kristallbydrate zersetzen sich oder verdampfen unter Aufnahme von Wärme, senken die Temperatur der Detonationsprodukte und begünstigen die Erhaltung des Endproduktes in den Detonationsprodukten. Solche Stoffe wie Ammoniumsalze, Hydrazin, Hydrazinsalze, flüssige oder feste Kohlenwasserstoffe bilden bei der Verdampfung oder Zerstörung gegenüber dem umzuwandelnden Material inerte gasförmige Produkte, wel che die Detonationsprodukte nicht nur abkühlen, sondern auch verdünnen, was ebenfalls die Erhaltung des Endproduktes begünstigt.
Ausserdem sieht das erfindungsgemässe Verfahren die Verwendung einer Ladung vor, die neben dem Sprengstoff und dem umzuwandelnden Material auch gegenüber dem umzuwandelnden Material inerte Zusatzstoffes Metalle oder Metallsalze, mit einer Dichte von mehr als 2,2 g/cm3 enthält.
In diesem Falle werden nicht nur die Bedingungen der Abkühlung des Endproduktes verbessert, sondern es steigt auch der mittlere Druck in der Reaktionszone selbst bei der Verwendung energiearmer Sprengstoffe. Wenn man ausserdem in dem genannten Fall als umzuwandelndes Material, Kohlenstoff, Graphit verwendet, so kann man Diamante mit bimodaler Korngrössenverteilung (cirka 0,05 bis 0,5 und 1,0 bis 5,011m) erhalten.
Das erfindungsgemässe Verfahren sieht die Verwendung der Komponenten der Ladung nicht nur in Form von feindispersen Fraktionen, sondern auch in Form von Granalien vor, die mindestens aus einer Komponente der Ladung oder aus verschiedenen Kombinationen der Komponenten bereitet werden. Die Granalien können verschiedene Abmessungen und verschiedene geometrische Form, Zylinder, Scheibe, Kugel, Kubus usw., aufweisen.
Für die Herstellung von Diamanten mit einer Korngrösse von 0,05 bis 5 llm verwendet man zweckmässigerweise als Kohlenstoff hexagonalen Graphit, rhomboedrischen Graphit, Kolloidgraphit und Pyrolysegraphit,
Für die Herstellung feindisperser Diamantfraktionen mit einer Korngrösse von 0,01 bis 1,0 pm verwendet man zweckmässigerweise röntgenamorphe Formen von Kohlenstoff Russe, Glaskohlenstoff Koks, Schungit, Zuckerkohle.
Als Ausgangs-Bornitrid verwendet man zweckmässigerweise seine hexagonale Modifikation oder Turbostratform.
Unter Turbostratform wird eine Kristallform verstanden, deren Hexagone nur innerhalb der jeweiligen Schicht orientiert sind, die Schichten aber regellos gegeneinander verschoben sind.
Das erfindungsgemässe Verfahren sieht die Verwendung eines Mantels aus einem gegenüber dem umzuwandelnden Material inerten Stoff vor, der in Wasser, Säuren und Alkalilaugen löslich ist. Die Ladung wird vor der Detonation in den genannten Mantel eingebracht. Der Mantel bewirkt eine Vergrösserung der Dauer der Einwirkung hoher Drücke und hoher Temperaturen auf das umzuwandelnde Material bei der Detonation der Ladung, was beispielsweise im Falle der Verwendung von Bornitrid zur Bildung seiner Hochtemperaturmodifikation kubischer Struktur führt. Wenn der Mantel aus solchen Stoffen wie Alkalisalze, Alkalikarbonate, Metalloxyde gefertigt ist, so zerspringt der Mantel durch die Detonation in kleinste Teilchen, die aus den Detonationsprodukten leicht entfernt werden können.
Das erfindungsgemässe Verfahren sieht die Durchführung der Detonation der Ladung in der Luftatmosphäre vor.
Jedoch nimmt man die Detonation der Ladung zweckmässigerweise im Medium eines gegenüber den Endprodukten inerten Gases vor, in der Atmosphäre der gasförmigen Detonationsprodukte oder in einem Vakuum von 10-4 bis 10 Torr vor. Die Einhaltung dieser Bedingungen führt zu einer
Steigerung der Ausbeute an Endprodukt, da dabei die Um setzung desselben mit dem Sauerstoff der Luft vermieden wird.
Die Grundlage der Erfindung ist die unmittelbare (direk te) Ausnutzung hoher Staudrücke (vorzugsweise 3 bis 60
GPa) und-hoher Temperaturen (vorzugsweise 2000 bis
6000 "K), die bei der Detonation der kondensierten
Sprengstoffe entwickelt werden, zur Herstellung von Dia mant und/oder diamantähnlichen Modifikationen von Bornitrid. Das Verfahren wird durch Detonation einer Ladung durchgeführt, die aus einem Sprengstoff und dem umzuwandelnden Material und gegebenenfalls aus gegenüber dem umzuwandelnden Material und den Endprodukten inerten Zusatzstoffen besteht.
Als genannte Zusatzstoffe kommen Wasser, Eis, flüssiger Stickstoff wässerige Lösungen von Metallsalzen, wie Natriumchlorid, Kalziumchlorid, Kristallhydrate, beispielsweise CuCl2 2H2O, CaCl2 6H2O; Ammoniumsalze, beispielsweise Ammoniumchlorid, Ammoniumnitrat, Ammoniumoxalat; Hydrazin, Hydrazinsalze, beispielsweise Hydrazinnitrat, Hydrazinsulfat; wässerige Lösungen von Hydrazinsalzen, wie Hydrazinnitrat, salzsaures Hydrazin; flüssige Kohlenwasserstoffe, beispielsweise Oktan, Benzol, Nitrobenzol; feste Kohlenwasserstoffe, beispielsweise Paraffin, Polyäthylen, Kautschuk; Metalle oder Metallsalze mit einer Dichte von mehr als 2,2 g/cm2, beispielsweise Kupfer, Eisen, Kalziumkarbonat, Bariumchlo rid, Bleinitrat, in Frage.
Die genannten Zusatzstoffe gestatten es, die Ausbeute an Endprodukten zu erhöhen.
In dem erfindungsgemässen Verfahren ist die Möglichkeit vorgesehen, die umzuwandelnden Materialien (Kohlenstoff und Bornitrid) in Form verschiedener Modifikationen verschiedener Kornfraktion zu verwenden. Letzteres gestattet es, Endprodukte auch unterschiedlicher Kornfraktion zu erhalten. Die Durchführung des Verfahrens unter Verwendung verschiedener inerter Zusatzstoffe bei verschiedenen Detonationsdrücken und verschiedenen Detonationstemperaturen gestattet es, Endprodukte vorgebbarer Modifikationen zu erhalten, und zwar Diamant kubischer Modifikation oder in Form eines Gemisches der hexagonalen (1 bis 40%) und der kubischen (60 bis 99%) Modifikation und Bornitrid der Wurtzitmodifikation oder in Form eines Gemisches der kubischen (1 bis 80%) und der Wurtzitmodifikation (20 bis 99%).
Die vorliegende Erfindung gestattet es, die Komponenten der Ladung sowohl in Form feindisperser Fraktionen als auch in Form von mindestens aus einer Komponenten der Ladung oder aus verschiedenen Komponenten derselben bereiteten Granalien zu verwenden. Dabei kann die Ladung ein Gemisch der in Form von feindispersen Fraktionen genommenen Komponenten darstellen oder, wenn die Komponenten in Form von Granalien vorliegen,
die Ladung - ein Gemisch der feindispersen Fraktion des Sprengstoffes mit den Granalien des umzuwandelnden Materials darstellen, - oder aus den aus einem Gemisch des Sprengstoffes mit dem umzuwandelnden Material bereiteten Granalien und der feindispersen Fraktion der gegenüber dem umzuwandelnden Material inerten Zusatzstoffe bestehen, - oder aus der feindispersen Fraktion des Sprengstoffes und den aus einem Gemisch des umzuwandelnden Materials mit den inerten Zusatzstoffen bereiteten Granalien bestehen, - oder aus einem Gemisch des Sprengstoffes, des umzuwandelnden Materials und der inerten Zusatzstoffen bereite te Granalien darstellen usw.
Die genannten Granalien können verschiedene Abmes sungen und verschiedene geometrische Form (Zylinder,
Scheibe, Kugel, Kubus usw.) aufweisen.
In der Erfindung ist eine Variante der Realisierung des
Verfahrens vorgesehen, wo die Ladung von einem Mantel aus einem gegenüber dem umzuwandelnden Material inerten
Stoff umschlossen wird, der in Wasser, Säuren und Alkali laugen löslich ist. Als solchen Stoff kann man beispielsweise
Natriumchlorid, Kalziumkarbonat, Bleioxid verwenden.
Das Vorliegen eines Mantels aus dem genannten Stoff be wirkt eine Vergrösserung der Dauer der Einwirkung hoher Drücke und hoher Temperaturen auf das umzuwandelnde Material bei der Detonation der Ladung.
Die Detonation der Ladung kann in der Atmosphäre von Luft, vorzugsweise in der Atmosphäre eines gegenüber den Endprodukten inerten Gases (beispielsweise des Stickstoffs, Wasserstoffs, Argons), in der Atmosphäre der gasförmigen Detonationsprodukte oder in einem Vakuum von 10-4 bis 10 Torr durchgeführt werden.
Bester Weg zur Ausführung der Erfindung
Im nachfolgenden wird das erfindungsgemässe Verfahren durch Beschreibung der bevorzugten Variante seiner Durchführung und die beiliegende Zeichnung näher erläutert, in der ein Stahlbehälter mit einer darin untergebrachten Ladung schematisch dargestellt ist. Gemäss der Zeichnung sind in den Wandungen des Stahlbehälters vier Öffnungen 2, 3, 4 und 5 ausgeführt, die mit Blindlanschen 6, 7, 8 und 9 versehen sind. Die Öffnung 3 ist für die Füllung des Behälters 1 mit einem gegenüber den Endprodukten inerten Gas bestimmt. Die Öffnung 4 ist für die Enthermetisierung des Behälters 1 nach der Explosion und das Ablassen des durch die Entwicklung der gasförmigen Detonationsprodukte verursachten Überdruckes bestimmt. Die Öffnung 5 ist für das Austragen der festen Detonationsprodukte nach einer oder mehreren Explosionen bestimmt.
Die Ladung 10 wird an einem Stahlstab 11 (der Stab kann aus einem anderen Werkstoff beispielsweise aus Holz, Zelluloid, hergestellt werden) montiert, der in dem Blindflansch 6 befestigt ist. In demselben Blindflansch sind zwei Stromdurchführungen 12 befestigt, die für den Anschluss der Leitungen einer Sprengkapsel 13 bestimmt sind, die in der Ladung 10 angeordnet ist.
Für die Realisierung des erfindungsgemässen Verfahrens im Falle der Herstellung von Diamant vermischt man 80 Masseprozent feindisperses Hexogen und 20 Masseprozent Ofenölruss mit einer spezifischen Oberfläche von 15 m2/g und formt aus dem bereiteten Gemisch eine zylindrische Ladung von 40 mm Durchmesser und 1,5 g/cm3 Dichte. Die erhaltene Ladung 10 befestigt man an dem in dem Blindflansch 6 angeordneten Stahlstab 11. In die Ladung setzt man die Sprengkapsel 13 ein und schliesst ihre Leitungen an die Stromdurchführungen 12 an. Dann bringt man die Ladung in den Behälter 1 ein und befestigt dicht den Blindflansch 6. Den genannten Behälter benutzt man mehrmals (einige tausend bis einige zehntausend Male). Durch die Öffnung 3 füllt man in den Behälter flüssigen Stickstoff bei der durch den Blindflansch 9 geschlossenen Öffnung 5 ein.
Der flüssige Stickstoff verdampft am Boden des Behälters 1 und der sich bildende gasförmige Stickstoff treibt die Luft aus dem Behälter durch die Öffnungen 3 und 4 aus. Dann befestigt man dicht die Blindflansche 7 und 8 und bringt durch das Anlegen einer Spannung an die Stromdurchführungen 12 die Ladung 10 zur Detonation. Man öffnet die Öffnung 4 und gleicht den Druck in dem Behälter dem atmosphärischen an. Danach werden durch die Öffnung 5 die festen Detonationsprodukte ausgetragen, die aus Diamant, unumgesetztem Kohlenstoff Sprengkapselsplittern, Feuchtigkeit und adsorbierten gasförmigen Detonationsprodukten bestehen. Die festen Detonationsprodukte behandelt man mit siedender Salpetersäure zum Auflösen der Sprengkapselsplitter. Dann wäscht man sie mit Wasser und behandelt mit siedender Perchlorsäure bis zur vollständigen Auflösung des in den Diamanten nicht umgewandelten Kohlenstoffs.
Der Diamant bleibt dabei unverändert. Der unlösliche Niederschlag wird durch Schleudern abgetrennt und mit heisser Lösung von Natriumhydroxid zum Entfernen beigemischter Silikate behandelt. Der Niederschlag wird mit Wasser gewaschen und getrocknet. Die Ausbeute an Diamanten beträgt
17%, bezogen auf den eingesetzten Russ. Das erhaltene Produkt stellt ein Pulver mit einer spezifischen Oberfläche von 35 m2/g und einer Korngrösse von 0,01 bis 1,0 pm dar, das vollständig aus Diamantteilchen der kubischen Modifikation besteht. Nach den Angaben der Röntgenstrukturanalyse werden die Diamantteilchen durch eine Grösse der Gebiete der kohärenten Streuung von 150 Ä und Mikrogitterstö rungen der 2. Art Sa/a < 5 10 10-4 gekennzeichnet.
Die Kon- zentration der paramagnetischen Zentren beträgt 1,05 g- 1 (nach den Angaben der Elektronenspinresonanz).
Für die Realisierung des erfindungsgemässen Verfahrens im Falle der Herstellung diamantähnlicher Modifikationen von Bornitrid vermischt man 25 Masseprozent hexagonales Bornitrid mit einer Korngrösse von weniger als 10 ,um und 75 Masseprozent feindisperses Hexogen und formt aus dem bereiteten Gemisch eine zylindrische Ladung von 30 mm Durchmesser und 1,75 g/cm3 Dichte. Die erhaltene Ladung 10 befestigt man an dem Stab 11, der in dem Blindflansch 6 angeordnet ist. In die Ladung setzt man die Sprengkapsel 13 ein und schliesst ihre Leitungen an die Stromdurchführungen 12 an. Dann bringt man die Ladung in den Behälter 1 ein und befestigt dicht den Blindflansch 6. Danach befestigt man dicht den Blindflansch 9 in der Öffnung 5 und füllt durch die Öffnung 3 den Behälter mit gasförmigem Stickstoff.
Dann befestigt man dicht die Blindflansche 7 und 8 in der Öffnung 3-beziehungsweise 4 und bringt durch Anlegen an die Stromdurchführungen 12 einer Spannung die Ladung 10 zur Detonation. Man öffnet die Öffnungen 4, gleicht den Druck in dem Behälter dem atmosphärischen an und trägt durch die Öffnung 5 die festen Detonationsprodukte aus, die aus diamantähnlichen Modifikationen von Bornitrid, unumgewandeltem hexagonalem Bornitrid, Sprengkapselsplittern, Feuchtigkeit, adsorbierten gasförmigen Detonationsprodukten und beigemischtem freiem Kohlenstoff bestehen. Die festen Detonationsprodukte behandelt man mit siedender Perchlorsäure bis zur vollständigen Auflösung des freien Kohlenstoffes.
Dann behandelt man die festen Detonationsprodukte nacheinander mit siedender Salpetersäure und siedender Perchlorsäure bis zur Entfernung der Sprengkapselsplitter und des freien Kohlenstoffes. Den unlöslichen Rückstand behandelt man mit einem Gemisch der konzentrierten Schwefelsäure und des Natriumfluorids (Masseverhältnis 20:3) bei einer Temperatur von 200 "C zur Entfernung des unumgesetzten hexagonalen Bornitrids. Der Rückstand wird abgetrennt, mit Wasser gewaschen und bei einer Temperatur von 100 "C getrocknet. Das erhaltene Produkt stellt ein Gemisch der kubischen und der Wurtzitmodifikation von Bornitrid (70 Masseprozent beziehungsweise 30 Masseprozent) dar. Die Gesamtausbeute an diamantähnlichen Modifikationen von Bornitrid beträgt 15%, bezogen auf das eingesetzte hexagonale Bornitrid.
Das erhaltene Produkt stellt ein Pul ver von 3,20 g/cm3 Dichte dar, das aus 0,05 bis 3,0 ym gros sen Teilchen besteht.
Das erfindungsgemässe Verfahren gestattet es, Diamant und diamantähnliche Modifikationen von Bornitrid in Form von Pulvern mit folgenden Eigenschaften zu erhalten:
Diamant Korngrösse, pm: aus Graphit 0,05 bis 5,0 aus Russ 0,01 bis 1,0
Spezifische Oberfläche, m2/g 10 bis 120
Dichte, g/cm3 3,15 bis 3,40
Schüttgewicht, g/cm3 0,35 bis 1,0
Grösse der Gebiete der kohärenten
Streuung, Ä 85 bis 200
Grösse der Mikrogitterstörungen der 2.
Art,
Aa/a 0 bis 2,5 - 10-3 Konzentration der paramagnetischen Zentren, g- aus Graphit /1,5 bis 4,5/ 1019 aus Russ /1,0 bis 1,3/ 1019 Thermostabilität im Vakuum innerhalb von 30 Minuten, "C über 800 Gewichtsverluste beim Erhitzen im Vakuum auf 800 "C, Masseprozent bis 5,0
Diamantähnliche Modifikationen von Bornitrid Korngrösse, llm 0,05 bis 5,0
Dichte, g/cm3 3,15 bis 3,30 Phasenzusammensetzung, %: kubisches Bornitrid 0 bis 80
Wurtzitbornitrid 20 bis 100
Zum besseren Verstehen der vorliegenden Erfindung werden nachstehend folgende Beispiele für ihre konkrete Ausführung angeführt.
In allen Fällen wird die Ausbeute an Endprodukt in Prozenten, bezogen auf die Masse des aus dem Endprodukt und dem unumgesetzten Ausgangsmaterial bestehenden Gemisches, angeführt (15 bis 20 Masseprozent des umzuwandelnden Ausgangsmaterials werden bei der Detonation der Ladung oxydiert).
Beispiel 1.
Man formt eine Ladung aus einem Gemisch, das zu 80 Masseprozent aus feindispersem Hexogen und zu 20 Masseprozent aus hexagonalem Graphit mit einer Korngrösse von weniger als 300 m besteht. Die Ladung wird in der Mitte eines mit Stickstoff gefüllten Behälters untergebracht. Man hermetisiert den Behälter, bringt die Ladung zur Detonation und trägt die festen Detonationsprodukte heraus, welche aus Diamant, unumgewandeltem Kohlenstoff, Sprengkapselsplittern, Feuchtigkeit und adsorbierten gasförmigen Detonationsprodukten bestehen. Die festen Detonationsprodukte behandelt man nacheinander mit siedender Salpetersäure und siedender Perchlorsäure zur Entfernung der Beimengungen des unumgewandelten Kohlenstoffes. Den Rückstand behandelt man mit siedender Lösung eines äquimolaren Gemisches von Natrium- und Kaliumhydroxid zur Auflösung der Silikatbeimengungen.
Den Niederschlag trennt man durch Schleudern ab, wäscht mit Wasser und trocknen bei einer Temperatur von 130 "C.
Das erhaltene Produkt stellt ein Diamantpulver dar, das zu 25 Masseprozent aus der hexagonalen Modifikation (Lonsdaleite) und zu 75 Masseprozent aus der kubischen Modifikation besteht. Die Korngrösse des Pulvers beträgt 0,1 bis 3,0 llm, die pyknometrische Dichte 3,25 g/cm3, die Konzentration der paramagnetischen Zentren 2,0 - 1019 g 1.
Die Gesamtausbeute an den genannten Diamantmodifikationen beträgt 1,5 Masseprozent.
Beispiel 2.
Aus 1,5 kg eines Gemisches, welches zu 66 Masseprozent aus feindispersem Hexogen, zu 17 Masseprozent aus hexagonalem Graphit mit einer Korngrösse von 40 bis 250 pm und 17 Masseprozent Wasser besteht, formt man eine Ladung.
Die Operationen werden analog zu Beispiel 1 durchgeführt.
Der mittlere Staudruck in der Front der Detonationswelle bei der Detonation der Ladung beträgt 8 HPa, die mittlere Temperatur zirka 3000 "K.
Das erhaltene Produkt stellt ein Diamantpulver dar, welches aus einem Gemisch der kubischen und der hexagonalen Modifikation (60 beziehungsweise 40 Masseprozent), besteht. Die Eigenschaften des erhaltenen Produktes sind den Eigenschaften des nach Beispiel 1 erhaltenen Produktes analog. Die Gesamtausbeute an den genannten Diamantmodifikationen beträgt 2,0 Masseprozent.
Beispiel 3.
Aus einem Gemisch, welches zu 75 Masseprozent aus feindispersem Hexogen und zu 25 Masseprozent aus Glaskohlenstoff (die Korngrösse des Glaskohlenstoffes beträgt 10 bis 300 () besteht, formt man eine Ladung von 1,1 g/cm3 Dichte. Die Detonation der Ladung und die nachfolgenden Operationen werden analog zu Beispiel 1 durchgeführt.
Das erhaltene Produkt stellt ein Diamantpulver der kubischen Modifikation mit einer Korngrösse von 0,1 bis 5,0 llm, einer spezifischen Oberfläche von 40 m2/g, einer Dichte von 3,15 g/cm3 dar. Beim Erhitzen im Vakuum bei einer Temperatur von 800 "C verliert der Diamant 5 Masseprozent flüchtige Beimengungen, seine Kristallstruktur bleibt jedoch unverändert. Die Ausbeute an Diamant beträgt 1,7 Masseprozent.
Beispiel 4.
Aus einem Gemisch von 990 g feindispersem Hexogen und 10 g Ceylongraphit von 50 bis 200 ym Korngrösse, der etwa 15 bis 20% rhomboedrische Modifikation enthält, wird eine Ladung von 1,0 g/cm3 Dichte geformt. Die Detonation der Ladung und die nachfolgenden Operationen werden analog zu Beispiel 1 durchgeführt.
Das erhaltene Produkt stellt ein Diamantpulver dar, das zu 70% aus der kubischen und zu 30% aus der hexagonalen Modifikation besteht. Die Eigenschaften des Diamanten sind den Eigenschaften des nach Beispiel 1 erhaltenen Diamanten analog. Die Gesamtausbeute an den genannten Diamantmodifikationen beträgt 5,0%.
Beispiel 5.
Aus einem Gemisch, welches zu 85,7 Masseprozent aus feindispersem TEN und zu 14,3 Masseprozent aus hexagonalem Bornitrid mit einer Korngrösse von weniger als 10 ,um besteht, wird eine Ladung geformt, bei deren Detonation in der Detonationswelle ein Staudruck von 30 HPa und eine Temperatur um 5000 "K entwickelt wird. Die Ladung wird in der Mitte eines Behälters untergebracht und ein Vakuum von 10 Torr erzeugt. Man bringt die Ladung zur Detonation und trägt die festen Detonationsprodukte aus dem Behälter heraus. Die festen Detonationsprodukte stellen ein Gemisch aus Bornitrid der Wurtzitmodifikation, unumgewandeltem hexagonalem Bornitrid, Boroxid, Sprengkapselresten, Feuchtigkeit, adsorbierten gasförmigen Detonationsprodukten und Beimengungen des freien Kohlenstoffes dar.
Die festen Detonationsprodukte behandelt man nacheinander mit siedender Salpetersäure und siedender Perchlorsäure zur Entfernung der Sprengkapselreste beziehungsweise des freien Kohlenstoffes sowie zur Entfernung des Boroxids und der adsorbierten gasförmigen Detonationsprodukte. Dann behandelt man den Rückstand mit einem Gemisch von konzentrierter Schwefelsäure und des Natriumfluorids (Masseverhältnis = 20:3) bei einer Temperatur von 200 "C zur Auflösung des unumgewandelten hexagonalen Bornitrids. Den unlöslichen Rückstand trennt man ab, wäscht mit Wasser und trocknet bei einer Temperatur von 100 "C.
Das erhaltene Produkt stellt Bornitrid der Wurtzitmodifikation mit einer Korngrösse von 0,05 bis 5,0 l1m und einer Dichte von 3,15 g/cm3 dar. Die Ausbeute an Produkt beträgt 2,0%.
Beispiel 6.
Aus einem Gemisch, das zu 30 Masseprozent aus feindispersem Hexogen und zu 70 Masseprozent aus hexagonalem Bornitrid mit einer Korngrösse von 10 m besteht, formt man eine Ladung, bei deren Detonation in der Front der Detonationswelle ein Staudruck von 3 HPa und eine Temperatur um 2000 "C erzeugt werden. Die Ladung wird in einer Argonatmosphäre zur Detonation gebracht. Die nachfolgenden Operationen der Abtrennung des Endproduktes aus den festen Detonationsprodukten sind den in Beispiel 5 beschriebenen analog.
Das erhaltene Produkt stellt Bornitrid der Wurtzmodifikation dar, dessen Eigenschaften den Eigenschaften des in Beispiel 5 erhaltenen Produktes analog sind. Die Ausbeute an Produkt beträgt 1,5%.
Beispiel 7.
Aus einem Gemisch, das zu 91 Masseprozent aus feindispersem Hexogen und zu 9 Masseprozent aus sphärischen Granalien von 0,5 bis 1,0 mm besteht, die zu 50 Masseprozent aus hexagonalem Bornitrid mit einer Korngrösse von weniger als 5 um und zu 50 Masseprozent aus Ammo niumchlorid mit einer Korngrösse von 1 bis 100 um bestehen, formt man eine Ladung mit einer mittleren Dichte von 1,6 g/cm3. Die Ladung wird in der Atmosphäre der gasförmigen Detonationsprodukte zur Detonation gebracht, die sich bei der vorher durchgeführten Detonation einer ähnlichen Ladung gebildet haben. Die nachfolgenden Operationen sind den in Beispiel 5 beschriebenen analog.
Das erhaltene pulverförmige Produkt stellt ein Gemisch der kubischen und der Wurtzitmodifikation von Bornitrid (30 beziehungsweise 70 Masseprozent) dar. Das Pulver weist eine Korngrösse von 0,5 bis 3,0 um und eine Dichte von 3,30 g/cm3 auf. Die Gesamtausbeute an den diamantähnlichen Modifikationen von Bornitrid beträgt 3,3%.
Beispiel 8.
Man granuliert ein Gemisch aus Paraffin, pulverförmigem Kupfer (von 8,9 g/cm3 Dichte) mit einer Korngrösse von weniger als 40 um und hexagonalem Naturgraphit mit einer Korngrösse von weniger als 500 um bei einem Masseverhältnis derselben von 1:1:1, indem man sphärische Granalien von etwa 1 mm Durchmesser erhält. Aus einem Gemisch, das zu 85,7 Masseprozent aus feindispersem Hexogen und zu 14,3 Masseprozent aus dem genannten Granulat besteht, formt man eine Ladung zylindrischer Form. Man bringt die Ladung zur Detonation und führt die nachfolgenden Operationen analog zu Beispiel 1 durch.
Das erhaltene Produkt stellt ein Gemisch dar, dass zu 40% aus der hexagonalen und zu 60% aus der kubischen Diamantmodifikation besteht. Die Korngrösse des Pulvers beträgt 1 bis 5 um, die spezifische Oberfläche 10 m2/g, die Dichte 3,40 g/cm3. Die Gesamtausbeute an den genannten Diamantmodifikationen beträgt 3,5 Masseprozent.
Beispiel 9.
Aus einem Gemisch von 1,0 kg feindispersem Hexogen und 0,2 kg zylindrischen Granalien von 5 mm Durchmesser und 5 mm Höhe, die zu 80 Masseprozent aus pulverförmigem Eisen (von 7,8 g/cm3 Dichte) mit einer Korngrösse von weniger als 40 um und zu 20 Masseprozent aus hexagonalem Graphit mit einer Korngrösse von weniger als 40 um bestehen, formt man eine Ladung. Die Ladung wird in der Luftatmosphäre zur Detonation gebracht. Die Operationen der Abtrennung des Endproduktes aus den festen Detonationsprodukten sind den in Beispiel 1 beschriebenen analog.
Das erhaltene Produkt stellt ein Gemisch aus 70% der kubischen und 30% der hexagonalen Diamantmodifikation dar. Die Eigenschaften des Diamanten sind den Eigenschaften des in Beispiel 8 erhaltenen Diamanten analog. Die Gesamtausbeute an den genannten Diamantmodifikationen beträgt 5,0%.
Beispiel 10.
Aus einem Gemisch, das zu 10 Masseprozent aus Ofenölruss mit einer spezifischen Oberfläche von 15 m2/g und zu 90 Masseprozent aus zylindrischen Granalien von 3 mm Durchmesser und 10 mm Höhe, die zu 95 Masseprozent aus feindispersem Hexogen und zu 5 Masseprozent aus Paraffin bestehen, formt man eine Ladung von 1,1 g/cm3 Dichte. Die Detonation der Ladung und die Operationen der Abtrennung des Endproduktes sind den in Beispiel 1 beschriebenen analog.
Das erhaltene Produkt stellt ein Pulver von Diamant der kubischen Modifikation mit einer spezifischen Oberfläche von 35 m2/g, einer Korngrösse von 0,01 bis 1,0 um, einer Grösse der Gebiete der kohärenten Streuung von 150 , einer Grösse der Mikrogitterstörungen der 2. Art von etwa 10-3, einer Konzentration der paramagnetischen Zentren von 1,3 - 1019 g- 1 dar. Die Ausbeute an Diamant beträgt 3,5%.
Beispiel 11.
Aus einem Gemisch, das zu 75 Masseprozent aus Trinitrotoluol mit einer Korngrösse von weniger als 200 um zu 24 Masse % aus hexagonalem Bornitrid mit einer Korngrösse von weniger als 3 um und zu 1 Masseprozent aus Hydrazin besteht, formt man eine Ladung. Die Ladung wird in einem Vakuum von 10 Torr zur Detonation gebracht. Die Operationen der Abtrennung des Endproduktes werden analog zu Beispiel 5 durchgeführt.
Das erhaltene Produkt stellt ein Pulver von Bornitrid der Wurtzitmodifikation mit einer Korngrösse von 0,1 bis 1,0 um und einer Dichte von 3,20 g/cm3 dar. Die Ausbeute an Produkt beträgt 2,7%.
Beispiel 12.
Aus einem Gemisch, das zu 75 Masseprozent aus feindispersem Hexogen, zu 12,5 Masseprozent aus hexagonalem Bornitrid mit einer Korngrösse von weniger als 10 um und zu 12,5 Masseprozent aus Kupferdichlorid-2-Hydrat mit einer Korngrösse von weniger als 1 um besteht, formt man eine Ladung von 1,55 g/cm3 Dichte. Die Ladung wird in der Luftatmosphäre zur Detonation gebracht. Die festen Detonationsprodukte, die aus der Wurtzit- und der hexagonalen Modifikation von Bornitrid, Sprengkapselresten, Zersetzungsprodukten des Kupfersdichlorids, Feuchtigkeit, adsorbierten gasförmigen Detonationsprodukten und Beimengungen von freiem Kohlenstoff bestehen, behandelt man mit siedender Perchlorsäure zur Entfernung der Beimengungen des freien Kohlenstoffes, der Feuchtigkeit und der gasförmigen Detonationsprodukte.
Den Rückstand behandelt man mit siedender Salpetersäure zur Entfernung der Sprengkapselreste und der Zersetzungsprodukte des Kupferdichlorids, wäscht mit Wasser, trocknet und behandelt mit einem Gemisch der konzentrierten Schwefelsäure und des Natriumfluorids (bei einem Masseverhältnis von 20:3) bei einer Temperatur von 200 "C zur Auflösung des unumgesetzten hexagonalen Bornitrides. Der Rückstand wird abgetrennt, mit Wasser gewaschen und bei einer Temperatur von 100 "C getrocknet.
Das erhaltene Produkt stellt die Wurtzitmodifikation von Bornitrid dar. Die Eigenschaften des Produktes sind den Eigenschaften des in Beispiel 11 erhaltenen Produktes analog. Die Ausbeute an diamantähnlicher Modifikation von Bornitrid beträgt 3,5%.
Beispiel 13.
Aus einem Gemisch, das zu 75 Masseprozent aus feindispersem Hexogen, zu 15 Masseprozent aus Pyrolysegraphit mit einer Korngrösse von weniger als 200 um und zu 10 Masseprozent aus einer gesättigten wässerigen Lösung von Hydrazinnitrat besteht, formt man eine Ladung von 1,2 g/ cm3 Dichte. Die Detonation der Ladung und die nachfol genden Operationen werden analog zu Beispiel 1 durchgeführt.
Das erhaltene Produkt stellt ein Pulver von Diamant dar, der in seiner Zusammensetzung und seinen Eigenschaften dem in Beispiel 4 beschriebenen Pulver analog ist. Die Diamantausbeute beträgt 4,0%.
Beispiel 14.
Aus einem Gemisch, das zu 70 Masseprozent aus Tetryl mit einer Korngrösse von weniger als 300 pm, zu 20 Masseprozent aus Ofenölruss mit einer spezifischen Oberfläche von 15 m2/g und zu 10 Masseprozent aus Oktan besteht, formt man eine zylindrische Ladung von 40 mm Durchmesser und 1,4 g/cm3 Dichte. Die Ladung wird in einer Wasserstoffatmosphäre zur Detonation gebracht. Die nachfolgenden Operationen sind den in Beispiel 1 beschriebenen analog.
Das erhaltene pulverförmige Produkt stellt Diamant der kubischen Modifikation dar. Die Dichte des Pulvers beträgt 3,23 g/cm3, die spezifische Oberfläche 40 m2/g, die Konzentration der paramagnetischen Zentren gegen 1,2 - 1019 g-l, die Grösse der Gebiete der kohärenten Streuung 160 . Die Diamantausbeute beträgt 5,0%.
Beispiel 15.
Aus einem Gemisch, das zu 80 Masseprozent aus Oktagen mit einer Korngrösse von weniger als 500 um, zu 10 Masseprozent aus Schungit mit einer Korngrösse von weniger als 100 um und zu 10 Masseprozent aus Isoprenkautschuk besteht, formt man eine flache Ladung von 5 mm Dicke, 100 mm Breite und 200 mm Länge. Die Detonation der Ladung und die nachfolgenden Operationen werden analog zu Beispiel 1 durchgeführt.
Das erhaltene Produkt stellt ein Pulver von Diamant der kubischen Modifikation dar, dessen Eigenschaften den Eigenschaften des in Beispiel 14 erhaltenen Diamanten analog sind. Die Diamantausbeute beträgt 5,5%.
Beispiel 16.
Aus einem Gemisch, das zu 80 Masseprozent aus feindispersem Hexogen, zu 10 Masseprozent aus thermischem Spaltölruss mit einer spezifischen Oberfläche von 75 m2/g und zu 10 Masseprozent aus einer gesättigten wässerigen Lösung von Natriumchlorid besteht, formt man eine Ladung von 1,5 g/cm3 Dichte. Die Detonation der Ladung und die nachfolgenden Operationen werden analog zu Beispiel 1 durchgeführt.
Das erhaltene Produkt stellt ein Pulver des kubischen Diamanten mit einer spezifischen Oberfläche von 77 m2/g dar. Die Thermostabilität des erhaltenen Diamanten übersteigt 800 "C. Die Diamantausbeute beträgt 3,0%.
Beispiel 17.
Aus einem Gemisch, das zu 80 Masseprozent aus feindispersem Hexogen, zu 10 Masseprozent aus thermischem Spaltölruss mit einer spezifischen Oberfläche von 75 m2/g und zu 10 Masseprozent aus 40%iger wässeriger Lösung von Kalziumchlorid besteht, formt man eine Ladung von 1,5 g/ cm3 Dichte. Die Detonation der Ladung und die nachfolgenden Operationen werden analog zu Beispiel 1 durchgeführt.
Das erhaltene Produkt ist in seinen Eigenschaften dem in Beispiel 16 erhaltenen Diamanten analog. Die Diamantausbeute beträgt 3,0%.
Beispiel 18.
Aus einem Gemisch, das zu 60 Masseprozent aus feindispersem Hexogen, zu 10 Masseprozent aus hexagonalem Bornitrid mit einer Korngrösse von weniger als 10 llm und zu 30 Masseprozent aus Kalziumchlorid-6-Hydrat besteht, formt man eine Ladung von 1,8 g/cm3 Dichte. Die Detonation der Ladung und die nachfolgenden Operationen werden analog zu Beispiel 12 durchgeführt.
Die Eigenschaften des Produktes, das die Wurtzitmodifikation von Bornitrid darstellt, sind analog den Eigenschaften des in Beispiel 12 erhaltenen Produktes. Die Ausbeute an Wurzitmodifikation von Bornitrid beträgt 4,0%.
Beispiel 19.
Aus einem Gemisch, das zu 75 Masseprozent aus feindispersem Hexogen, zu 15 Masseprozent aus Pyrolysegraphit mit einer Korngrösse von weniger als 200 um und zu 10 Masseprozent aus Hydrazinnitrat besteht, formt man eine Ladung von 1,2 g/cm3 Dichte. Die Detonation der Ladung und die nachfolgenden Operationen werden analog zu Beispiel 1 durchgeführt.
Das erhaltene Produkt stellt ein Pulver von Diamant dar, dessen Zusammensetzung und Eigenschaften denen des in Beispiel 4 beschriebenen Pulvers analog sind. Die Diamantausbeute beträgt 5,0%.
Beispiel 20.
Aus einem Gemisch, das zu 75 Masseprozent aus feindispersem Hexogen, zu 15 Masseprozent aus Pyrolysegraphit mit einer Korngrösse von weniger als 200 m und zu 10 Masseprozent aus Hydrazinsulfat besteht, formt man eine Ladung von 1,2 g/cm3 Dichte. Die Detonation der Ladung und die nachfolgenden Operationen werden analog zu Beispiel 1 durchgeführt.
Das erhaltene Produkt stellt ein Diamantpulver dar, dessen Zusammensetzung und Eigenschaften denen des in Beispiel 4 beschriebenen Produktes analog sind. Die Diamantausbeute beträgt 4,5%.
Beispiel 21.
Aus einem Gemisch, das zu 75 Masseprozent aus feindispersem Hexogen, zu 15 Masseprozent aus Pyrolysegraphit mit einer Korngrösse von weniger als 200 um und zu 10 Masseprozent aus 40%iger wässeriger Lösung von Hydrazinhydrochlorid besteht, formt man eine Ladung von 1,2 g/ cm3 Dichte. Die Detonation und die nachfolgenden Operationen werden analog zu Beispiel 1 durchgeführt.
Das erhaltene Produkt stellt ein Diamantpulver dar, dessen Zusammensetzung und Eigenschaften denen des in Beispiel 4 beschriebenen Pulvers analog sind. Die Diamantausbeute beträgt 3,5%.
Beispiel 22.
Aus einem Gemisch, das zu 75 Masseprozent aus feindispersem Hexogen, zu 17 Masseprozent aus hexagonalem Graphit und zu 18 Masseprozent aus Eisen mit einer Korngrösse von 40 bis 200 um besteht, formt man eine Ladung von 1,6 g/cm3 Dichte. Die Detonation und die nachfolgenden Operationen werden analog zu Beispiel 1 durchgeführt.
Das erhaltene Produkt stellt ein Diamantpulver der kubischen Modifikation mit bimodaler Korngrössenverteilung: 0,05 bis 0,5 um (30 Relativprozent) und 1,0 bis 5,0 um (70 Relativprozent) dar. Die Konzentration der paramagnetischen Zentren beträgt gegen 4,5 - 1019 g-l. Die Diamantausbeute beträgt 6,5%.
Beispiel 23.
Aus einem Gemisch, das zu 80 Masseprozent aus feindispersem Hexogen und zu 20 Masseprozent aus Turbostratbornitrid mit einer Korngrösse von weniger als 10 um besteht, formt man eine zylindrische Ladung von 40 mm Durchmesser, die von einem Mantel aus gepresstem Natriumchlorid von 20 mm Dicke umschlossen wird. Die La dung wird in einem Vakuum von 101 1 Torr zur Detonation gebracht. Die nachfolgenden Operationen werden analog zu Beispiel 5 durchgeführt.
Das erhaltene Produkt stellt ein Pulver dar, das zu 80% aus der kubischen und zu 20% aus der Wurtzitmodifikation von Bornitrid besteht. Die Ausbeute an den diamantähnlichen Modifikationen von Bornitrid beträgt 15%. Die Eigenschaften des Pulvers sind den Eigenschaften des in Beispiel 7 erhaltenen Produktes analog.
Beispiel 24.
Aus einem Gemisch, das zu 80 Masseprozent aus Oktogen mit einer Korngrösse von weniger als 300 m und zu 20 Masseprozent aus Zuckerkohle mit einer Korngrösse von weniger als 300 um besteht, formt man eine zylindrische Ladung von 30 mm Durchmesser, die von einem Mantel aus gepresstem Kalziumkarbonat von 25 mm Dicke umschlossen wird. Die Detonation der Ladung und die nachfolgenden Operationen werden analog zu Beispiel 1 durchgeführt.
Das erhaltene pulverförmige Produkt stellt die kubische Diamantmodifikation mit einer Korngrösse von 0,1 bis 2,0 m, mit einer Dichte von 3,3 gjcm3, einer Grösse der Gebiete der kohärenten Streuung von 130 , Mikrogitterstörungen der 2. Art von weniger als 5 - 10-4, einer Konzentra tion der paramagnetischen Zentren von 1,35 - 1019 g- 1 dar.
Die diamantausbeute beträgt 13,1%.
Beispiel 25.
Aus einem Gemisch, das zu 79 Masseprozent aus feindispersem Hexogen und zu 21 Masseprozent aus besonders reinem hexagonalem Graphit mit einer Teilchengrösse von weniger als 100 ,um besteht, formt man eine zylindrische Ladung von 30 mm Durchmesser und 1,58 g/cm3 Dichte, die mit einem Mantel aus gepresstem Natriumchlorid von 20 mm Dicke umschlossen wird. Die Detonation der Ladung und die nachfolgenden Operationen werden analog zu Beispiel 1 durchgeführt.
Das erhaltene Produkt stellt ein Diamantpulver der kubischen Modifikation mit einer Korngrösse von 0,05 bis 5,0 um, einer spezifischen Oberfläche von 32 m2/g, einer Dichte von 3,40 g/cm3, einer Grösse der Gebiete der kohärenten Streuung von 85 , einer Grösse der Mikrogitterstörungen der 2. Art von 1,5 - 10-3, einer Konzentration der paramagnetischen Zentren von 1,5 - 1019 g-l dar. Die Diamantausbeute beträgt 15,1%.
Beispiel 26.
Aus einem Gemisch, das zu 83 Masseprozent aus feindispersem Hexogen und zu 17 Masseprozent aus hexagonalem Bornitrid mit einer Korngrösse von weniger als 10 um besteht, formt man eine zylindrische Ladung von 1,65 g/cm3 Dichte und 30 mm Durchmesser. Die Ladung wird von einem Mantel aus gepresstem Bleioxid von 10 mm Dicke umschlossen. Die Ladung wird in einer Stickstoffatmosphäre zur Detonation gebracht. Die festen Detonationsprodukte behandelt man mit siedender Perchlorsäure bis zur vollständigen Entfernung des freien Kohlenstoffes. Dann behandelt man den Rückstand mit siedender Salpetersäure zur Auflösung der Sprengkapselsplitter und der Bleioxide.
Den unlöslichen Rückstand behandelt man mit einem Gemisch von konzentrierter Schwefelsäure und Natriumfluorid (Masseverhältnis 20:3) bei einer Temperatur von 200 "C zur Auflösung des unumgewandelten hexagonalen Bornitrids. Den Niederschlag trennt man ab, wäscht mit Wasser und trocknet bei einer Temperatur von 100 "C.
Das erhaltene Produkt stellt ein Gemisch der kubischen und der Wurtzitmodifikation von Bornitrid dar. Das genannte Produkt ist in seiner Zusammensetzung und seinen Eigenschaften dem in Beispiel 23 erhaltenen Produkt analog.
Die Gesamtausbeute an den diamantähnlichen Modifikationen von Bornitrid beträgt 16%.
Beispiel 27.
Aus einem Gemisch von 150 g feindispersem Hexogen mit einer Korngrösse von weniger als 100 um und 50 g Kolloidgraphit formt man eine Ladung von 1,5 g/cm3 Dichte.
Die Detonation der Ladung und die nachfolgenden Operationen werden analog zu Beispiel 1 durchgeführt.
Das erhaltene Produkt stellt ein Diamantpulver mit einer spezifischen Oberfläche von 120 m2/g, einer Grösse der Gebiete der kohärenten Streuung von 130 Â, einer Grösse der Mikrogitterstörungen der 2. Art von weniger als 5 10-4, einer Konzentration der paramagnetischen Zentren von 1,35 1019 g-l 1 dar. Die Diamantausbeute beträgt 10%.
Beispiel 28.
Aus einem Gemisch, das zu 75 Masseprozent aus feindispersem Hexogen und zu 25 Masseprozent aus Russ besteht, der durch thermisches Elektrokracken aus Gas erhalten wurde und eine spezifische Oberfläche von 20 m2/3g aufweist, formt man eine zylindrische Ladung von 40 mm Durchmesser. Die Detonation der Ladung und die nachfolgenden Operationen werden analog zu Beispiel 1 durchgeführt.
Das erhaltene Produkt stellt ein Diamantpulver der kubischen Modifikation mit einer spezifischen Oberfläche von 35 m2/g, einer Grösse der Gebiete der kohärenten Streuung von 170 , einer Grösse der Mikrogitterstörungen der 2. Art von weniger als 5 - 10-4, einer Konzentration der paramagnetischen Zentren von 1,13 - 1019 g-l dar. Die Diamantausbeute beträgt 8,5%.
Beispiel 29.
Aus einem Gemisch, das zu 75 Masseprozent aus feindispersem Hexogen und zu 25 Masseprozent Erdölkoks mit einer Korngrösse von weniger als 350 um, der bei einer Temperatur von 1300 "C thermisch behandelt wurden, besteht, formt man eine Ladung von 0,5 g/cm3 Dichte. Die Detonation der Ladung und die nachfolgenden Operationen werden analog zu Beispiel 1 durchgeführt.
Das erhaltene Produkt stellt ein Diamantpulver der kubischen Modifikation mit einer Korngrösse von 0,3 bis 3,0 um, einer Dichte von 3,27 g/cm3, einer Grösse der Gebiete der kohärenten Streuung von 120 A dar. Die Diamantausbeute beträgt 12,3%.
Beispiel 30.
Aus einem Gemisch, das zu 83 Masseprozent aus feindi spersem Hexogen und zu 17 Masseprozent aus spektral reinem hexagonalem Graphit besteht, formt man eine zylindri sche Ladung von 1,6 g/cm3 Dichte. Die Ladung wird in einem Vakuum von 10-4 Torr zur Detonation gebracht. Die nachfolgenden Operationen werden analog zu Beispiel 1 durchgeführt.
Das erhaltene Produkt stellt ein Diamantpulver der kubi schen Modifikation dar, dessen Eigenschaften den Eigen schaften des in Beispiel 25 erhaltenen Produktes analog sind.
Die Diamantausbeute beträgt 20%.
Beispiel 31.
Aus einem Gemisch, das zu 79 Masseprozent aus feindi spersem Hexogen und zu 21 Masseprozent aus hexagonalem
Bornitrid mit einer Korngrösse von weniger als 10 um be steht, formt man eine Ladung in Form einer Scheibe von 60 mm Durchmesser und 30 mm Dicke. Die Ladung wird in einer Stickstoffatmosphäre unter gleichzeitigem Initiieren mit zwei an den entgegengesetzten Stirnflächen der Scheibe ihrer Achse nach angeordneten Sprengkapseln zur Detonation gebracht. An der Grenze des Zusammenstosses der Detonationsgegenwellen wird ein Staudruck von über 60 HPa und eine Temperatur um 6000 "K erzeugt. Die nachfolgenden Operationen werden analog zu Beispiel 5 durchgeführt.
Das erhaltene Produkt stellt ein Pulver eines Gemisches der kubischen und der Wurtzitmodifikation von Bornitrid (70% beziehungsweise 30%) dar. Die Korngrösse des Pulvers liegt zwischen 0,05 und 3,0 zum. Die Dichte beträgt 3,3 g/cm3. Die Gesamtausbeute an den diamantähnlichen Modifikationen von Bornitrid beträgt 15,0%.
Beispiel 32.
750 g Hexogen löst man in Dimethylformamid auf und dispergiert in der erhaltenen Lösung 250 g Ofenölruss mit einer spezifischen Oberfläche von 15 m2/g. Die erhaltene Suspension giesst man in die 10fach Menge von Wasser. Der ausgefallene Niederschlag, der ein Gemisch des umkristallisierten Hexogens mit einer Korngrösse von weniger als 10 um mit Russ darstellt, wird abfiltriert und getrocknet.
Aus dem erhaltenen Gemisch formt man eine zylindrische Ladung von 40 mm Durchmesser mit einer Dichte von 1,5 g/cm3. Die Detonation der Ladung und die nachfolgenden Operationen werden analog zu Beispiel 1 durchgeführt.
Das erhaltene Produkt stellt ein Diamantpulver der kubischen Modifikation mit einer spezifischen Oberfläche von 59 m2/g, einer Grösse der Gebiete der kohärenten Streuung von 200 , einer Grösse der Mikrogitterstörungen der 2. Art von weniger als 5 - 10-4, einer Konzentration der paramagneti schen Zentren um 1,25 1019 g-l l dar. Die Diamantausbeute beträgt 19,3%.
Beispiel 33.
Aus einem Gemisch, das aus 450 g feindispersem Hexogen, 75 g spektral reinem hexagonalem Graphit mit einer Korngrösse von weniger als 200 um und 75 g hexagonalem Bornitrid mit einer Korngrösse von weniger als 10 um besteht, formt man eine rohrförmige Ladung von 100 mm Durchmesser mit einer Wanddicke von 10 mm, die eine Dichte von 1,6 g/cm3 aufweist. Die Ladung wird in einer Stickstoffatmosphäre zur Detonation gebracht. Die festen Detonationsprodukte stellen ein Gemisch aus Diamant und diamantähnlichen Modifikationen von Bornitrid, unumgewandeltem Kohlenstoff und unumgewandeltem hexagonalem Bornitrid, Boroxid, Sprengkapselsplittern, Feuchtigkeit und adsorbierten gasförmigen Detonationsprodukten dar.
Die festen Detonationsprodukte behandelt man nacheinander mit siedender Salpetersäure und siedender Perchlorsäure zur Entfernung der Sprengkapselsplitter, des Boroxids, der Nichtdiamantformen des Kohlenstoffes und der gasförmigen Detonationsprodukte. Den unlöslichen Rückstand behandelt man mit einem Gemisch aus konzentrierter Schwefelsäure und Nätriumfluorid (Masseverhältnis 20:3) bei einer Temperatur von 200 "C, trennt ab, wäscht und trocknet.
Das Produkt stellt ein Gemisch der kubischen Modifikation von Diamant, der kubischen Modifikation von Bornitrid und der Wurtzitmodifikation von Bornitrid bei einem Masseverhältnis von 70:20:10 dar. Die Gesamtausbeute an den genannten Modifikationen des Produktes beträgt 15%.
Beispiel 34.
Aus einem Gemisch, das zu 75 Masseprozent aus feindispersem Hexogen, zu 20 Masseprozent aus spektral reinem hexagonalem Graphit mit einer Korngrösse von weniger als 40 um und zu 5 Masseprozent aus Ammoniumnitrat mit einer Korngrösse von weniger als 1 mm besteht, formt man eine flache Ladung von 30 mm Dicke, 60 mm Breite und 200 mm Länge, die eine Dichte von 1,7 g/cm3 aufweist. Die Detonation der Ladung und die nachfolgenden Operationen werden analog zu Beispiel 1 durchgeführt.
Das erhaltene Produkt stellt ein Diamantpulver der kubischen Modifikation dar, dessen Eigenschaften den Eigenschaften des in Beispiel 25 erhaltenen Diamantpulvers analog sind. Die Diamantausbeute beträgt 22%.
Beispiel 35.
Aus einem Gemisch, das zu 80 Masseprozent aus feindispersem Hexogen und zu 20 Masseprozent aus Russ, der in in einer Diffusionsflamme erhalten wurde und eine spezifische Oberfläche von 200 m2/g aufweist, besteht, formt man eine flache Ladung von 15 mm Dicke, 30 mm Breite und 150 mm Länge. Die Detonation der Ladung und die nachfolgenden Operationen werden analog zu Beispiel 1 durchgeführt.
Das erhaltene Produkt stellt ein Diamantpulver der kubischen Modifikation mit einer mittleren Korngrösse von etwa 150 Ä und einer Grösse der Gebiete der kohärenten Streuung von 140 Ä dar. Die Diamantausbeute beträgt 10%.
Beispiel 36.
Aus einem Gemisch, das zu 75 Masseprozent aus feindispersem Hexogen und zu 25 Masseprozent aus hexagonalem Naturgraphit mit einer Korngrösse von weniger als 400 um besteht, formt man eine Ladung von 1,2 g/cm3 Dichte. Die erhaltene Ladung durchtränkt man mit flüssigem Stickstoff der in einer Menge von 10%, bezogen auf die Masse der Ladung, genommen wird. Die Detonation der Ladung und die nachfolgenden Operationen werden analog zu Beispiel 1 durchgeführt.
Das erhaltene Produkt stellt ein Diamantpulver dar, welches zu 70% aus der kubischen Modifikation und zu 30% aus der hexagonalen Modifikation besteht. Die Grösse der Mikrogitterstörungen der 2. Art beträgt für die kubische Modifikation in diesem Produkt 2 10-3, die spezifische Oberfläche des Pulvers 30 m2/g, die Gesamtausbeute an den genannten Diamantmodifikationen 5,0%.
Beispiel 37.
Aus einem Gemisch, das zu 60 Masseprozent aus Tetranitromethan, zu 20 Masseprozent aus Ofenöhuss mit einer spezifischen Oberfläche von 15 m2/g und zu 20 Masseprozent aus Nitrobenzol besteht, formt man eine zylindrische Ladung von 40 mm Durchmesser. Die Detonation der Ladung und die nachfolgenden Operationen werden analog zu Beispiel 1 durchgeführt.
Durch die Detonation der Ladung der genannten zusammensetzung wird ein Staudruck von 12 HPa und eine Temperatur von 5000 "K erzeugt.
Das erhaltene Produkt stellt ein Diamantpulver der kubischen Modifikation dar, dessen Eigenschaften den Eigenschaften des in Beispiel 32 erhaltenen Diamantpulvers analog sind. Die Diamantausbeute beträgt 15%.
Beispiel 38.
Granalien von 5 mm Durchmesser, die zu 80 Masseprozent aus feindispersem Hexogen, zu 15 Masseprozent aus spektral reinem hexagonalem Graphit mit einer Korngrösse von weniger als 100 um und zu 5 Masseprozent aus Poly äthylen mit einer Korngrösse von weniger als 100 um bestehen, vermischt man in einem Masseverhältnis von 3:1 mit Hexogen mit einer Korngrösse von weniger als 0,5 mm und formt aus dem erhaltenen Gemisch eine Ladung von 1,6 g/ cm3 Dichte. Die Detonation der Ladung und die nachfol genden Operationen werden analog zu Beispiel 1 durchgeführt.
Das erhaltene Produkt stellt ein Diamantpulver der kubischen Modifikation dar, dessen Eigenschaften den Eigenschaften des in Beispiel 30 erhaltenen Diamantpulvers analog sind. Die Diamantausbeute beträgt 21%.
Beispiel 39.
Aus einem Gemisch, das zu 15 Masseprozent aus Ofenölruss mit einer spezifischen Oberfläche von 15 m2/g, zu 80 Masseprozent aus feindispersem Hexogen und zu 5 Masseprozent aus Benzol besteht, formt man eine Ladung von 1,45 g/cm3 Dichte. Die Detonation der Ladung und die nachfolgenden Operationen werden analog zu Beispiel 1 durchgeführt.
Das erhaltene Produkt stellt ein Diamantpulver der kubischen Modifikation dar, dessen Eigenschaften den Eigenschaften des in Beispiel 14 erhaltenen Diamantpulvers analog sind. Die Diamantausbeute beträgt 8%.
Beispiel 40.
Aus einem Gemisch, das zu 40 Masseprozent aus feindispersem Hexogen, zu 10 Masseprozent aus hexagonalen Bornitrid mit einer Korngrösse von weniger als 10 um und zu 50 Masseprozent aus Bariumchlorid (Dichte 3 g/cm3) mit einer Korngrösse von weniger als 500 um besteht, formt man eine zylindrische Ladung von 40 mm Durchmesser. Die Detonation der Ladung und die nachfolgenden Operationen werden analog zu Beispiel 12 durchgeführt.
Das erhaltene Produkt stellt die Wurtzitmodifikation von Bornitrid dar, deren Eigenschaften den Eigenschaften des in Beispiel 12 erhaltenen Produktes analog sind. Die Ausbeute an der Wurtzitmodifikation von Bornitrid beträgt 5,0%.
Beispiel 41.
Aus einem Gemisch, das zu 30 Masseprozent aus feindispersem TEN und zu 70 Masseprozent aus Glaskohlenstoff in Form von Granalien besteht, die 1 mm dicke Platten mit einer mittleren linearen Grösse von 8 mm darstellen, formt man eine zylindrische Ladung von 40 mm Durchmesser und 1,70 g/cm3 Dichte. Die Detonation der Ladung und die nachfolgenden Operationen werden analog zu Beispiel 1 durchgeführt.
Das erhaltene Produkt stellt ein Diamantpulver der kubischen Modifikation dar. Die Ausbeute an Produkt beträgt 1,0%.
Beispiel 42.
Aus einem Gemisch, das zu 80 Masseprozent aus feindispersem Hexogen, zu 1 Masseprozent aus Turbostratbornitrid und zu 19 Masseprozent aus Kalziumkarbonat (Dichte 2,9 g/cm3) besteht, formt man eine zylindrische Ladung von 40 mm Durchmesser und 1,3 g/cm3 Dichte. Die Ladung wird unter einem Vakuum von 1 Torr zur Detonation gebracht.
Die nachfolgenden Operationen werden analog zu Beispiel 5 durchgeführt.
Das erhaltene Produkt stellt ein Pulver von Bornitrid der Wurtzitmodifikation dar, dessen Eigenschaften den Eigenschaften des in Beispiel 5 erhaltenen Produktes analog sind.
Die Ausbeute an Produkt beträgt 3,5%.
Gewerbliche Verwertbarkeit
Die nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellten überharten Werkstoffe können sowohl als Schleifmittel auch als als auch als Ausgangsmaterialien für die Herstellung von polykristallinen Presslingen verwendet werden, aus denen Schneidwerkzeuge hergestellt werden.
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PATENT CLAIMS
1. A method for producing diamond and / or diamond-like modifications of boron nitride from the material to be converted, the carbon and / or the boron nitride, using the explosion energy, characterized in that the explosion energy is exploited by a charge, which is an explosive and containing the material to be converted detonates.
2. The method according to claim 1, characterized in that the explosives used are explosives which make it possible to generate a dynamic pressure of 3 to 60 GPa and temperatures of 200 to 6000 "K when the charge detonates.
3. The method according to claim 2, characterized in that the explosives used are cyclotrimethylene trinitroamine, cyclotetramethylene tetranitroamine, trinitrotoluene, trinitrophenylmethylnitroamine, tetranitropentaerythritol, tetranitromethane or mixtures of the explosives mentioned.
4. The method according to claim 1, characterized in that a charge is used which contains 30 to 99 percent by mass of explosives and 1 to 70 percent by mass of the material to be converted.
5. The method according to claim 1, characterized in that a charge is used which, in addition to the explosive and the material to be converted, also additives which are inert to the material to be converted and which evaporate or decompose behind the front of the detonation wave, in an amount of 1 to 50 %, based on the mass of the cargo.
6. The method according to claim 5, characterized in that a charge is used which contains water, ice, liquid nitrogen, aqueous solutions of metal salts, crystal hydrates, ammonium salts, hydrazine, hydrazine salts, aqueous solutions of hydrazine salts, liquid or solid hydrocarbons as inert additives .
7. The method according to claim 1, characterized in that a charge is used which, in addition to the explosive and the material to be converted, also contains additives, metals or metal salts which are inert with respect to the material to be converted, with a density of 2.2 g / cm 3.
8. The method according to claim 1, 5 to 7, characterized in that previously granulated at least one of the components of the charge or together different combinations of the components of the charge.
9. The method according to claim 1, characterized in that is used as carbon hexagonal graphite, rhombohedral graphite, colloidal graphite and pyrolysis graphite.
10. The method according to claim 1, characterized in that its X-ray amorphous forms, Russian, glassy carbon, coke, shungite, sugar coal are used as carbon.
11. The method according to claim 1, characterized in that the hexagonal modification or turbostrat shape is used as boron nitride.
12. The method according to claim 1, characterized in that before the detonation, the charge is enclosed by a jacket made of a substance which is inert towards the material to be converted and which is soluble in water, acids and alkali solutions.
13. The method according to claim 1, characterized in that the detonation is carried out in the atmosphere of a gas which is inert towards the end products, in the atmosphere of the gaseous detonation products or in a vacuum of 10-4 to 10 Torr.
Technical field
The present invention relates to the field of manufacturing super hard materials, in particular it relates to processes for the production of diamond and / or diamond-like modifications of boron nitride.
State of the art
The compression of substances by shock waves leads to the occurrence of high dynamic pressures and high temperatures and allows substances (end products) to be obtained in the form of high pressure phases which are extremely hard. For example, shock compression at pressures above 20 HPa allows diamonds to be obtained [Science, Vol. 133, No. 3467, issued June 1961 (American Association for the Advancement of Science, Washington), PS. De Carli, J.C. Jamieson, Formation of Diamond at Explosive Shock, pages 1821-1822].
The compression of boron nitride at pressures of more than 12 HPa allows a dense modification of this connection to be obtained [Articles of the USSR Academy of Sciences, Volume 172, No. 5, published in February 1967 (Nauka Publishing House, Moscow): G.A. Adadurov, S.G, Aliev, L.O. Atovmyan, T.V. Bavina, Jn.G. Borodjko, O.N. Breusov, A.N. Dremin, A. Ch. Muranewich. S.V.
Pershin, Formation of the Wurtzite Modification of Boron Nitride in Collision Compression, pages 1066-1068].
Methods are known for the production of superhard materials, diamond and / or diamond-like modifications of boron nitride, in which the materials to be converted, graphite and / or hexagonal boron nitride, are introduced into solid metal containers, the so-called preservation ampoules, of flat or cylindrical type, in whose walls shock waves generated by detonating explosive charges in contact with the walls of the ampoule or by bumping against the walls of the ampoules with bodies accelerated to high speeds by the detonation products. The shock waves enter from the ampoule walls into the material to be converted and compress it to produce the pressures and temperatures required therein.
For the purpose of increasing the yield of the end product, other substances, for example metals, are generally added to the material to be converted, which substances are heated to a lesser extent than the high pressure phase (the end product) which forms during the impact compression.
As a result, these additives lower the temperature of the high-pressure phase and prevent the said phase from glowing and its transformation into the initial state (US Pat. No. 3401,019, published in 1968 on December 10,
September, class 23-209.1; GB-PS 1 281 002, class COIB 31/06, published in 1972 on July 12).
Also known is a method for producing the above-mentioned hard materials, in which the shock waves in the mixture of the material to be converted and the cooling substances by the detonation of a charge in contact with the surface of the mixture or by the impact against such a surface with a through the Explosion products of accelerated bodies are generated.
The mixture of the starting phase with the cooling additive
is located in the cavity of a solid and solid metal base that prevents the material to be treated from flying apart (GB-PS 1115 648, published in 1968 on May 29, class COIB 31/06).
In all known methods, the material compression of the materials to be converted is used to generate high dynamic pressures and high temperatures, which are introduced into massive, specially manufactured, single-use containers (ampoules) which are destroyed or destroyed when opened, as is the case in the latter of the methods mentioned Case is. All processes require labor-intensive operations to manufacture and open the ampoules and a large consumption of construction materials and explosives.
Presentation of the invention
The invention has for its object in the process for the production of diamond and / or diamond-like modifications of boron nitride from the material to be converted, the carbon and / or boron nitride, which uses the explosion energy, to select such conditions for carrying out the synthesis process that it allow to obtain these over-hard materials without the use of single-use maintenance containers, to simplify and cheapen the technological and apparatus design of the synthesis.
This object is achieved in that a method for producing diamond and / or diamond-like modifications of boron nitride from the material to be converted, the carbon and / or boron nitride, is proposed using the explosion energy, the explosion energy being exploited according to the invention by using a Explosives and the charge containing the material to be detonated.
The detonation of the charge is advantageously carried out in the process according to the invention inside a hollow steel container hermetically sealed from the explosion, which has a volume which ensures a sufficient degree of expansion of the gaseous detonation products and low (1 to 5 atm) residual pressures of the gases.
This makes it possible to use the container several times (a few thousand to a few tens of thousands), to avoid the use of special disposable ampoules that can be used once, and thus to significantly reduce the consumption of construction materials. The present invention also makes it possible to significantly reduce the consumption of explosives (10 to 30 times) since the explosives are in direct contact with the material to be converted, which is why there is no longer any need to generate shock waves with a long duration of action, as shown in FIG the known methods is the case.
The process according to the invention also allows: a) to obtain end products in high (up to 20%) yield; b) according to the grain size composition, homogeneous diamond powders, including the submicrometer fractions with a grain size of at most 1, in order to obtain in a targeted manner without additional fractionation operations; c) to obtain diamond-like modifications of boron nitride, the wurtzite or essentially the cubic modification.
The superhard materials obtained by the process according to the invention can be used both as abrasives and as starting materials for the production of polycrystalline compacts from which cutting tools are made.
According to the invention, the materials to be converted are subjected to the effects of high stand pressures and high temperatures, which are directly in the wave of the condensed explosives, namely in the front of the detonation wave, in the reaction zone and the detonation products, which are essentially CO, CO2, C, H2O and Contain N2, develop.
The intervals of the pressures and the temperatures are determined in the method according to the invention by the qualitative and quantitative composition of the charge and essentially depend on the nature of the explosive, its explosive power and density.
Appropriately, the explosives used are substances which make it possible to achieve dynamic pressures of 3 to 60 GPa and temperatures of 2000 to 6000 ° C. when the charge detonates. Such substances are, for example, cyclotrimethylene trinitroamine (hexogen), cyclotetramethylene tetranitroamine (octogen), trinitrotoluene (trotyl ), Trinitrophenylmethylnitroamine (tetryl), tetranitropentaerythritol (TEN), tetranitromethane (TNM) or mixtures of the explosives mentioned.The maximum pressure is determined by the pressure in the chemical peak of the detonation wave, which is 60 GPa for the hexogen of 1.8 g / cm3 density , and the minimum pressure is determined by the pressure at the end of the reaction zone, which is 3.0 GPa for the trotyl of 0.8 g / cm 3 density.
The temperature ranges mentioned are determined by temperatures which are developed when a mixture of a high-energy explosive is detonated with a minimal amount of the material to be converted and the detonation of a mixture of a low-energy explosive with a minimal amount of the substance to be converted (FA Baum, LP Orlenko, KP Stanyukovich, VP Chelyshev, BJ Shekhter Physik der Explosion, published in 1975, Verlag Nauka, Moscow, pages 97-125, 145-152).
It is essential that the presence of very high temperatures (4500 to 6000 "K) for melting the material to be converted in the reaction zone, if this is used in the form of a finely dispersed fraction with a grain size of less than 1 .mu.m, and for producing finely dispersed fractions of the It is also important that when the explosion products containing particles of the end product fly apart, the speed of their adiabatic cooling is - 108 degrees / s, which significantly reduces the thermal annealing of the end products and their graphitization.
The method according to the invention provides for the use of charges which contain 30 to 99 percent by weight of explosive and 1 to 70 percent by weight of material to be converted.
To prevent chemical conversion of the material to be converted with the heated detonation products and to maintain the end product in the detonation products, a charge is expediently used which, in addition to the explosive and the material to be converted, also contains additives which are inert to the material to be converted and which evaporate behind the front of the detonation wave or decompose in an amount of 1 to 50%, based on the mass of the cargo.
Such inert additives such as water, ice, liquid nitrogen, aqueous solutions of metal salts, crystal hydrates decompose or evaporate while absorbing heat, lower the temperature of the detonation products and promote the preservation of the end product in the detonation products. Such substances as ammonium salts, hydrazine, hydrazine salts, liquid or solid hydrocarbons form in the evaporation or destruction inert to the material to be converted gaseous products, which che not only cool the detonation products, but also dilute, which also favors the preservation of the end product.
In addition, the method according to the invention provides for the use of a charge which, in addition to the explosive and the material to be converted, also contains metals or metal salts which are inert to the material to be converted, with a density of more than 2.2 g / cm 3.
In this case, not only are the conditions for cooling the end product improved, but also the mean pressure in the reaction zone increases even when low-energy explosives are used. If, in addition, carbon, graphite is used as the material to be converted, diamonds with a bimodal grain size distribution (approximately 0.05 to 0.5 and 1.0 to 5.011 m) can be obtained.
The method according to the invention provides for the use of the components of the load not only in the form of finely dispersed fractions, but also in the form of granules which are prepared from at least one component of the load or from various combinations of the components. The granules can have different dimensions and different geometric shapes, cylinders, disks, spheres, cubes, etc.
For the production of diamonds with a grain size of 0.05 to 5 llm, hexagonal graphite, rhombohedral graphite, colloidal graphite and pyrolysis graphite are expediently used as carbon,
For the production of finely dispersed diamond fractions with a grain size of 0.01 to 1.0 pm, X-ray amorphous forms of carbon black, glassy carbon, coke, shungite, and sugar coal are expediently used.
It is expedient to use its hexagonal modification or turbostrat form as the starting boron nitride.
The turbostrate form is understood to be a crystal form whose hexagons are oriented only within the respective layer, but the layers are randomly shifted from one another.
The method according to the invention provides for the use of a jacket made of a substance which is inert to the material to be converted and which is soluble in water, acids and alkali metal solutions. The charge is placed in the jacket mentioned before the detonation. The jacket increases the duration of the action of high pressures and high temperatures on the material to be converted upon detonation of the charge, which, for example, leads to the formation of its high-temperature modification of cubic structure when using boron nitride. If the sheath is made from such substances as alkali salts, alkali carbonates, metal oxides, the sheath will burst into small particles due to the detonation, which can be easily removed from the detonation products.
The method according to the invention provides for the detonation of the charge to be carried out in the air atmosphere.
However, the detonation of the charge is expediently carried out in the medium of a gas which is inert towards the end products, in the atmosphere of the gaseous detonation products or in a vacuum of 10-4 to 10 Torr. Compliance with these conditions leads to a
Increasing the yield of the end product, since the implementation of the same with the oxygen in the air is avoided.
The basis of the invention is the direct (direct) exploitation of high dynamic pressures (preferably 3 to 60
GPa) and high temperatures (preferably 2000 to
6000 "K) which condensed upon detonation
Explosives are being developed for the manufacture of diamond and / or diamond-like modifications of boron nitride. The method is carried out by detonating a charge consisting of an explosive and the material to be converted and, if appropriate, additives which are inert to the material to be converted and the end products.
The additives mentioned are water, ice, liquid nitrogen, aqueous solutions of metal salts, such as sodium chloride, calcium chloride, crystal hydrates, for example CuCl2 2H2O, CaCl2 6H2O; Ammonium salts, for example ammonium chloride, ammonium nitrate, ammonium oxalate; Hydrazine, hydrazine salts, for example hydrazine nitrate, hydrazine sulfate; aqueous solutions of hydrazine salts such as hydrazine nitrate, hydrochloric acid hydrazine; liquid hydrocarbons, for example octane, benzene, nitrobenzene; solid hydrocarbons, for example paraffin, polyethylene, rubber; Metals or metal salts with a density of more than 2.2 g / cm 2, for example copper, iron, calcium carbonate, barium chloride, lead nitrate, in question.
The additives mentioned allow the yield of end products to be increased.
The method according to the invention provides for the possibility of using the materials to be converted (carbon and boron nitride) in the form of various modifications of different grain fractions. The latter allows end products of different grain sizes to be obtained. Carrying out the process using various inert additives at different detonation pressures and different detonation temperatures makes it possible to obtain end products of predefinable modifications, namely diamond cubic modification or in the form of a mixture of the hexagonal (1 to 40%) and the cubic (60 to 99% ) Modification and boron nitride of the wurtzite modification or in the form of a mixture of the cubic (1 to 80%) and the wurtzite modification (20 to 99%).
The present invention allows the components of the charge to be used both in the form of finely dispersed fractions and in the form of granules prepared from at least one component of the charge or from various components thereof. The charge can be a mixture of the components taken in the form of finely dispersed fractions or, if the components are in the form of granules,
the cargo - represent a mixture of the finely dispersed fraction of the explosive with the granules of the material to be converted, - or consist of the granules prepared from a mixture of the explosive with the material to be converted and the finely dispersed fraction of the additives which are inert to the material to be converted, - or which finely disperse fraction of the explosive and the granules prepared from a mixture of the material to be converted with the inert additives, - or represent granules prepared from a mixture of the explosive, the material to be converted and the inert additives, etc.
The granules mentioned can have different dimensions and different geometric shapes (cylinders,
Disc, sphere, cube, etc.).
In the invention is a variant of the realization of the
Process provided where the charge from a jacket inert to the material to be converted
Is enclosed material that is soluble in water, acids and alkalis. One such example is
Use sodium chloride, calcium carbonate, lead oxide.
The presence of a jacket made of the substance mentioned increases the duration of exposure to high pressures and high temperatures on the material to be converted when the charge detonates.
The detonation of the charge can be carried out in the atmosphere of air, preferably in the atmosphere of a gas which is inert towards the end products (e.g. nitrogen, hydrogen, argon), in the atmosphere of the gaseous detonation products or in a vacuum of 10-4 to 10 Torr .
Best way to carry out the invention
The method according to the invention is explained in more detail below by describing the preferred variant of its implementation and the accompanying drawing, in which a steel container with a charge accommodated therein is shown schematically. According to the drawing, four openings 2, 3, 4 and 5 are made in the walls of the steel container, which are provided with blind flanges 6, 7, 8 and 9. The opening 3 is intended for filling the container 1 with a gas which is inert towards the end products. The opening 4 is intended for the demisterization of the container 1 after the explosion and the release of the excess pressure caused by the development of the gaseous detonation products. The opening 5 is intended for the discharge of the solid detonation products after one or more explosions.
The load 10 is mounted on a steel rod 11 (the rod can be made of a different material, for example wood, celluloid), which is fastened in the blind flange 6. Two current feedthroughs 12 are fastened in the same blind flange and are intended for connecting the lines of an explosive device 13 which is arranged in the charge 10.
To implement the method according to the invention in the case of the production of diamond, 80% by mass of finely dispersed hexogen and 20% by mass of furnace oil soot with a specific surface area of 15 m2 / g are mixed and a cylindrical charge of 40 mm in diameter and 1.5 g / is formed from the mixture prepared. cm3 density. The charge 10 obtained is fastened to the steel rod 11 arranged in the blind flange 6. The detonator capsule 13 is inserted into the charge and its lines are connected to the current feedthroughs 12. Then the load is placed in container 1 and the blind flange 6 is tightly fastened. The container mentioned is used several times (a few thousand to a few tens of thousands). Through the opening 3, liquid nitrogen is filled into the container at the opening 5 closed by the blind flange 9.
The liquid nitrogen evaporates at the bottom of the container 1 and the gaseous nitrogen which forms drives the air out of the container through the openings 3 and 4. Then the blind flanges 7 and 8 are tightly attached and the charge 10 is detonated by applying a voltage to the current feedthroughs 12. Open the opening 4 and adjust the pressure in the container to the atmospheric. Then the solid detonation products are discharged through the opening 5, which consist of diamond, unreacted carbon detonator fragments, moisture and adsorbed gaseous detonation products. The solid detonation products are treated with boiling nitric acid to dissolve the detonator fragments. Then they are washed with water and treated with boiling perchloric acid until the carbon that is not converted in the diamond has completely dissolved.
The diamond remains unchanged. The insoluble precipitate is separated off by centrifuging and treated with a hot solution of sodium hydroxide to remove added silicates. The precipitate is washed with water and dried. The yield of diamonds is
17%, based on the soot used. The product obtained is a powder with a specific surface of 35 m2 / g and a grain size of 0.01 to 1.0 pm, which consists entirely of diamond particles of the cubic modification. According to the X-ray structure analysis, the diamond particles are characterized by a size of the areas of coherent scattering of 150 Å and micro-grid disturbances of the 2nd type Sa / a <5 10 10-4 marked.
The concentration of the paramagnetic centers is 1.05 g-1 (according to the electron spin resonance).
To implement the process according to the invention in the case of the production of diamond-like modifications of boron nitride, 25 percent by mass of hexagonal boron nitride with a grain size of less than 10 μm and 75 percent by mass of finely dispersed hexogen are mixed and a cylindrical charge of 30 mm in diameter and 1. 75 g / cm3 density. The charge 10 obtained is fastened to the rod 11, which is arranged in the blind flange 6. The detonator 13 is inserted into the charge and its lines are connected to the current feedthroughs 12. The charge is then introduced into the container 1 and the blind flange 6 is tightly fastened. Then the blind flange 9 is tightly fastened in the opening 5 and the container 3 is filled with gaseous nitrogen through the opening 3.
Then the blind flanges 7 and 8 are tightly fastened in the opening 3 or 4 and the charge 10 is detonated by applying a voltage to the current feedthroughs 12. Open the openings 4, equalize the pressure in the container to the atmospheric and discharge through the opening 5 the solid detonation products, which consist of diamond-like modifications of boron nitride, unconverted hexagonal boron nitride, detonator fragments, moisture, adsorbed gaseous detonation products and admixed free carbon. The solid detonation products are treated with boiling perchloric acid until the free carbon has completely dissolved.
The solid detonation products are then treated in succession with boiling nitric acid and boiling perchloric acid until the detonator fragments and the free carbon are removed. The insoluble residue is treated with a mixture of concentrated sulfuric acid and sodium fluoride (mass ratio 20: 3) at a temperature of 200 ° C. to remove the unreacted hexagonal boron nitride. The residue is separated off, washed with water and dried at a temperature of 100 ° C. The product obtained is a mixture of the cubic and the wurtzite modification of boron nitride (70% by mass and 30% by mass, respectively). The overall yield of diamond-like modifications of boron nitride is 15%, based on the hexagonal boron nitride used.
The product obtained is a powder of 3.20 g / cm 3 density, which consists of 0.05 to 3.0 ym large particles.
The process according to the invention makes it possible to obtain diamond and diamond-like modifications of boron nitride in the form of powders with the following properties:
Diamond grain size, pm: from graphite 0.05 to 5.0 from carbon black 0.01 to 1.0
Specific surface area, m2 / g 10 to 120
Density, g / cm3 3.15 to 3.40
Bulk weight, g / cm3 0.35 to 1.0
Size of the areas of coherent
Scattering, Ä 85 to 200
Size of the micro grid disturbances of the 2nd
Kind,
Aa / a 0 to 2.5 - 10-3 concentration of the paramagnetic centers, g- from graphite / 1.5 to 4.5 / 1019 from carbon black / 1.0 to 1.3 / 1019 thermostability in vacuum within 30 minutes , "C over 800 weight losses when heated in a vacuum to 800" C, mass percentage up to 5.0
Diamond-like modifications of boron nitride grain size, llm 0.05 to 5.0
Density, g / cm3 3.15 to 3.30 phase composition,%: cubic boron nitride 0 to 80
Wurtzitbornitrid 20 to 100
In order to better understand the present invention, the following examples are given for its concrete implementation.
In all cases, the yield of the end product is given in percentages, based on the mass of the mixture consisting of the end product and the unreacted starting material (15 to 20 percent by mass of the starting material to be converted are oxidized when the charge is detonated).
Example 1.
A charge is formed from a mixture consisting of 80 percent by mass of finely dispersed hexogen and 20 percent by mass of hexagonal graphite with a grain size of less than 300 m. The load is placed in the middle of a container filled with nitrogen. The container is hermetically sealed, the charge detonated, and the solid detonation products are removed, which consist of diamond, unconverted carbon, detonator fragments, moisture and adsorbed gaseous detonation products. The solid detonation products are treated in succession with boiling nitric acid and boiling perchloric acid to remove the additions of the unconverted carbon. The residue is treated with a boiling solution of an equimolar mixture of sodium and potassium hydroxide to dissolve the silicate admixtures.
The precipitate is separated by spinning, washed with water and dried at a temperature of 130 "C.
The product obtained is a diamond powder which consists of 25 percent by mass of the hexagonal modification (Lonsdaleite) and 75 percent by mass of the cubic modification. The grain size of the powder is 0.1 to 3.0 llm, the pycnometric density 3.25 g / cm3, the concentration of the paramagnetic centers 2.0 - 1019 g 1.
The total yield of the diamond modifications mentioned is 1.5 percent by mass.
Example 2.
A charge is formed from 1.5 kg of a mixture which consists of 66 percent by mass of finely dispersed hexogen, 17 percent by weight of hexagonal graphite with a grain size of 40 to 250 pm and 17 percent by weight of water.
The operations are carried out analogously to Example 1.
The average dynamic pressure in the front of the detonation wave when detonating the charge is 8 HPa, the average temperature about 3000 "K.
The product obtained is a diamond powder which consists of a mixture of the cubic and the hexagonal modification (60 or 40 percent by mass). The properties of the product obtained are analogous to the properties of the product obtained according to Example 1. The total yield of the diamond modifications mentioned is 2.0 percent by mass.
Example 3.
A charge of 1.1 g / cm3 density is formed from a mixture which consists of 75 percent by mass of finely dispersed hexogen and 25 percent by mass of glassy carbon (the grain size of the glassy carbon is 10 to 300 ()). The charge detonation and the subsequent operations are carried out analogously to Example 1.
The product obtained is a diamond powder of cubic modification with a grain size of 0.1 to 5.0 llm, a specific surface area of 40 m2 / g, a density of 3.15 g / cm3. When heated in a vacuum at a temperature of 800 "C, the diamond loses 5 percent by mass of volatile additives, but its crystal structure remains unchanged. The yield of diamond is 1.7 percent by mass.
Example 4.
A charge of 1.0 g / cm 3 density is formed from a mixture of 990 g of finely dispersed hexogen and 10 g of Ceylon graphite with a grain size of 50 to 200 μm and containing about 15 to 20% rhombohedral modification. The charge detonation and the subsequent operations are carried out analogously to Example 1.
The product obtained is a diamond powder which consists of 70% cubic and 30% hexagonal modification. The properties of the diamond are analogous to the properties of the diamond obtained in Example 1. The overall yield on the diamond modifications mentioned is 5.0%.
Example 5.
A charge is formed from a mixture consisting of 85.7 percent by mass of finely dispersed TEN and 14.3 percent by mass of hexagonal boron nitride with a grain size of less than 10 .mu.m, upon detonation in the detonation wave a dynamic pressure of 30 HPa and a temperature around 5000 "K is developed. The load is placed in the middle of a container and a vacuum of 10 torr is created. The charge is detonated and the solid detonation products are carried out of the container. The solid detonation products are a mixture of boron nitride from the wurtzite modification, unconverted hexagonal boron nitride, boron oxide, detonator remains, moisture, adsorbed gaseous detonation products and additions of free carbon.
The solid detonation products are treated in succession with boiling nitric acid and boiling perchloric acid to remove the detonator residues or free carbon and to remove the boron oxide and the adsorbed gaseous detonation products. The residue is then treated with a mixture of concentrated sulfuric acid and sodium fluoride (mass ratio = 20: 3) at a temperature of 200 ° C. to dissolve the unconverted hexagonal boron nitride. The insoluble residue is separated off, washed with water and dried at a temperature of 100 "C.
The product obtained represents boron nitride of the wurtzite modification with a grain size of 0.05 to 5.0 l1m and a density of 3.15 g / cm3. The yield of the product is 2.0%.
Example 6.
A charge is formed from a mixture consisting of 30 percent by mass of finely dispersed hexogen and 70 percent by mass of hexagonal boron nitride with a grain size of 10 m. When it detonates in the front of the detonation wave, a dynamic pressure of 3 HPa and a temperature around 2000 " C are generated. The charge is detonated in an argon atmosphere. The subsequent operations of separating the end product from the solid detonation products are analogous to those described in Example 5.
The product obtained represents boron nitride of the Wurtz modification, the properties of which are analogous to the properties of the product obtained in Example 5. The yield of the product is 1.5%.
Example 7.
From a mixture consisting of 91% by mass of finely dispersed hexogen and 9% by mass of spherical granules from 0.5 to 1.0 mm, 50% by mass of hexagonal boron nitride with a grain size of less than 5 µm and 50% by mass of ammo nium chloride with a grain size of 1 to 100 µm, a charge with an average density of 1.6 g / cm3 is formed. The charge is detonated in the atmosphere of the gaseous detonation products that have formed in the previous detonation of a similar charge. The following operations are analogous to those described in Example 5.
The powdery product obtained is a mixture of the cubic and the wurtzite modification of boron nitride (30 and 70 percent by mass). The powder has a grain size of 0.5 to 3.0 μm and a density of 3.30 g / cm 3. The overall yield on the diamond-like modifications of boron nitride is 3.3%.
Example 8.
A mixture of paraffin, powdered copper (of 8.9 g / cm 3 density) with a grain size of less than 40 μm and hexagonal natural graphite with a grain size of less than 500 μm at a mass ratio of 1: 1: 1 is granulated by spherical granules approximately 1 mm in diameter are obtained. A charge of cylindrical shape is formed from a mixture consisting of 85.7 percent by mass of finely dispersed hexogen and 14.3 percent by mass of the granules mentioned. The charge is detonated and the following operations are carried out analogously to Example 1.
The product obtained is a mixture that consists of 40% hexagonal and 60% cubic diamond modification. The grain size of the powder is 1 to 5 µm, the specific surface 10 m2 / g, the density 3.40 g / cm3. The total yield of the diamond modifications mentioned is 3.5 percent by mass.
Example 9.
From a mixture of 1.0 kg of finely dispersed hexogen and 0.2 kg of cylindrical granules of 5 mm in diameter and 5 mm in height, 80% by mass of powdered iron (of 7.8 g / cm3 density) with a grain size of less than 40 To form 20% by mass of hexagonal graphite with a grain size of less than 40 µm, a charge is formed. The charge is detonated in the air atmosphere. The operations of separating the end product from the solid detonation products are analogous to those described in Example 1.
The product obtained is a mixture of 70% of the cubic and 30% of the hexagonal diamond modification. The properties of the diamond are analogous to the properties of the diamond obtained in Example 8. The overall yield on the diamond modifications mentioned is 5.0%.
Example 10.
A mixture consisting of 10% by mass of furnace oil soot with a specific surface area of 15 m2 / g and 90% by mass of cylindrical granules of 3 mm in diameter and 10 mm in height, which consist of 95% by mass of finely dispersed hexogen and 5% by mass of paraffin. a charge of 1.1 g / cm3 density is formed. The detonation of the charge and the operations of removing the end product are analogous to those described in Example 1.
The product obtained is a powder of cubic modification diamond with a specific surface area of 35 m 2 / g, a grain size of 0.01 to 1.0 µm, a size of the areas of coherent scattering of 150, a size of the micro-grid defects of FIG. 2. Kind of about 10-3, a concentration of the paramagnetic centers from 1.3 - 1019 g-1. The yield of diamond is 3.5%.
Example 11.
A charge is formed from a mixture consisting of 75% by mass of trinitrotoluene with a particle size of less than 200 µm, 24% by mass of hexagonal boron nitride with a particle size of less than 3 µm and 1% by mass of hydrazine. The charge is detonated in a vacuum of 10 torr. The operations for removing the end product are carried out analogously to Example 5.
The product obtained is a powder of boron nitride of the wurtzite modification with a grain size of 0.1 to 1.0 μm and a density of 3.20 g / cm 3. The yield of the product is 2.7%.
Example 12.
A mixture consisting of 75% by mass of finely dispersed hexogen, 12.5% by mass of hexagonal boron nitride with a grain size of less than 10 µm and 12.5% by weight of copper dichloride-2-hydrate with a grain size of less than 1 µm, a load of 1.55 g / cm3 density is formed. The charge is detonated in the air atmosphere. The solid detonation products, which consist of the wurtzite and hexagonal modifications of boron nitride, detonator capsule residues, decomposition products of copper dichloride, moisture, adsorbed gaseous detonation products and additions of free carbon, are treated with boiling perchloric acid to remove the additions of free carbon, moisture and of the gaseous detonation products.
The residue is treated with boiling nitric acid to remove the detonator residue and the decomposition products of the copper dichloride, washed with water, dried and treated with a mixture of concentrated sulfuric acid and sodium fluoride (at a mass ratio of 20: 3) at a temperature of 200 ° C. Dissolution of the unreacted hexagonal boron nitride. The residue is separated off, washed with water and dried at a temperature of 100 ° C.
The product obtained represents the wurtzite modification of boron nitride. The properties of the product are analogous to the properties of the product obtained in Example 11. The yield of diamond-like modification of boron nitride is 3.5%.
Example 13.
A charge of 1.2 g / cm3 density is formed from a mixture consisting of 75% by mass of finely dispersed hexogen, 15% by mass of pyrolysis graphite with a grain size of less than 200 μm and 10% by mass of a saturated aqueous solution of hydrazine nitrate . The detonation of the charge and the subsequent operations are carried out analogously to Example 1.
The product obtained is a powder of diamond whose composition and properties are analogous to the powder described in Example 4. The diamond yield is 4.0%.
Example 14.
A cylindrical charge with a diameter of 40 mm is formed from a mixture consisting of 70% by mass of tetryl with a grain size of less than 300 pm, 20% by mass of furnace oil soot with a specific surface area of 15 m2 / g and 10% by mass of octane and 1.4 g / cm3 density. The charge is detonated in a hydrogen atmosphere. The following operations are analogous to those described in Example 1.
The powdery product obtained represents diamond of the cubic modification. The density of the powder is 3.23 g / cm3, the specific surface 40 m2 / g, the concentration of the paramagnetic centers against 1.2 - 1019 g-l, the size of the areas of the coherent scatter 160. The diamond yield is 5.0%.
Example 15.
A flat charge of 5 mm thick is formed from a mixture consisting of 80 percent by mass of octagen with a grain size of less than 500 μm, 10 percent by mass of shungite with a grain size of less than 100 μm and 10 percent by mass of isoprene rubber, 100 mm wide and 200 mm long. The charge detonation and the subsequent operations are carried out analogously to Example 1.
The product obtained is a powder of cubic modification diamond, the properties of which are analogous to the properties of the diamond obtained in Example 14. The diamond yield is 5.5%.
Example 16.
A charge of 1.5 g / is formed from a mixture consisting of 80% by mass of finely dispersed hexogen, 10% by mass of thermal cracked oil soot with a specific surface area of 75 m2 / g and 10% by mass of a saturated aqueous solution of sodium chloride. cm3 density. The charge detonation and the subsequent operations are carried out analogously to Example 1.
The product obtained is a powder of cubic diamond with a specific surface area of 77 m2 / g. The thermal stability of the diamond obtained exceeds 800 "C. The diamond yield is 3.0%.
Example 17.
A charge of 1.5 g is formed from a mixture consisting of 80 percent by mass of finely dispersed hexogen, 10 percent by mass of thermal cracked oil soot with a specific surface area of 75 m2 / g and 10 percent by mass of a 40% aqueous solution of calcium chloride / cm3 density. The charge detonation and the subsequent operations are carried out analogously to Example 1.
The properties of the product obtained are analogous to those of the diamond obtained in Example 16. The diamond yield is 3.0%.
Example 18.
A charge of 1.8 g / cm3 density is formed from a mixture consisting of 60 percent by mass of finely dispersed hexogen, 10 percent by mass of hexagonal boron nitride with a grain size of less than 10 llm and 30 percent by mass of calcium chloride 6-hydrate . The charge detonation and the subsequent operations are carried out analogously to Example 12.
The properties of the product, which is the wurtzite modification of boron nitride, are analogous to the properties of the product obtained in Example 12. The yield of root modification of boron nitride is 4.0%.
Example 19.
A charge of 1.2 g / cm 3 density is formed from a mixture consisting of 75 percent by mass of finely dispersed hexogen, 15 percent by mass of pyrolysis graphite with a grain size of less than 200 μm and 10 percent by mass of hydrazine nitrate. The charge detonation and the subsequent operations are carried out analogously to Example 1.
The product obtained is a powder of diamond, the composition and properties of which are analogous to those of the powder described in Example 4. The diamond yield is 5.0%.
Example 20
A charge of 1.2 g / cm3 density is formed from a mixture consisting of 75% by mass of finely dispersed hexogen, 15% by mass of pyrolysis graphite with a grain size of less than 200 m and 10% by mass of hydrazine sulfate. The charge detonation and the subsequent operations are carried out analogously to Example 1.
The product obtained is a diamond powder, the composition and properties of which are analogous to those of the product described in Example 4. The diamond yield is 4.5%.
Example 21.
A charge of 1.2 g / cm3 is formed from a mixture consisting of 75% by mass of finely dispersed hexogen, 15% by mass of pyrolysis graphite with a grain size of less than 200 μm and 10% by mass of a 40% aqueous solution of hydrazine hydrochloride Density. The detonation and the subsequent operations are carried out analogously to Example 1.
The product obtained is a diamond powder, the composition and properties of which are analogous to those of the powder described in Example 4. The diamond yield is 3.5%.
Example 22.
A charge of 1.6 g / cm3 density is formed from a mixture consisting of 75% by mass of finely dispersed hexogen, 17% by mass of hexagonal graphite and 18% by mass of iron with a grain size of 40 to 200 µm. The detonation and the subsequent operations are carried out analogously to Example 1.
The product obtained is a diamond powder of the cubic modification with a bimodal grain size distribution: 0.05 to 0.5 μm (30 relative percent) and 1.0 to 5.0 μm (70 relative percent). The concentration of the paramagnetic centers is around 4.5 - 1019 g-l. The diamond yield is 6.5%.
Example 23
A mixture consisting of 80% by mass of finely dispersed hexogen and 20% by mass of turbostratononitride with a grain size of less than 10 µm is used to form a cylindrical charge of 40 mm diameter, which is enclosed by a jacket made of pressed sodium chloride of 20 mm thickness . The charge is detonated in a vacuum of 101 1 torr. The following operations are carried out analogously to Example 5.
The product obtained is a powder consisting of 80% cubic and 20% wurtzite modification of boron nitride. The yield of the diamond-like modifications of boron nitride is 15%. The properties of the powder are analogous to the properties of the product obtained in Example 7.
Example 24.
A mixture consisting of 80% by mass of octogen with a grain size of less than 300 m and 20% by mass of sugar coal with a grain size of less than 300 µm is formed into a cylindrical load of 30 mm in diameter, which is pressed from a jacket Calcium carbonate of 25 mm thickness is enclosed. The charge detonation and the subsequent operations are carried out analogously to Example 1.
The powdery product obtained represents the cubic diamond modification with a grain size of 0.1 to 2.0 m, with a density of 3.3 gjcm3, a size of the areas of coherent scattering of 130, microgrid defects of the second Kind of less than 5 - 10-4, a concentration of the paramagnetic centers of 1.35 - 1019 g-1.
The diamond yield is 13.1%.
Example 25
A mixture consisting of 79% by mass of finely dispersed hexogen and 21% by mass of particularly pure hexagonal graphite with a particle size of less than 100 µm is formed into a cylindrical charge of 30 mm in diameter and 1.58 g / cm3 density, which is enclosed with a jacket made of pressed sodium chloride of 20 mm thickness. The charge detonation and the subsequent operations are carried out analogously to Example 1.
The product obtained is a cubic modification diamond powder with a grain size of 0.05 to 5.0 µm, a specific surface area of 32 m 2 / g, a density of 3.40 g / cm 3, a size of the areas of coherent scatter of 85 , a size of the micro grid disturbances of the 2nd Kind of 1.5 - 10-3, a concentration of the paramagnetic centers of 1.5 - 1019 g-l. The diamond yield is 15.1%.
Example 26.
A cylindrical charge with a density of 1.65 g / cm 3 and a diameter of 30 mm is formed from a mixture consisting of 83% by mass of finely dispersed hexogen and 17% by mass of hexagonal boron nitride with a grain size of less than 10 μm. The load is enclosed in a jacket made of pressed lead oxide with a thickness of 10 mm. The charge is detonated in a nitrogen atmosphere. The solid detonation products are treated with boiling perchloric acid until the free carbon has been completely removed. The residue is then treated with boiling nitric acid to dissolve the detonator fragments and the lead oxides.
The insoluble residue is treated with a mixture of concentrated sulfuric acid and sodium fluoride (mass ratio 20: 3) at a temperature of 200 ° C. to dissolve the unconverted hexagonal boron nitride. The precipitate is separated off, washed with water and dried at a temperature of 100 "C.
The product obtained is a mixture of the cubic and the wurtzite modification of boron nitride. The composition and properties of the product mentioned are analogous to the product obtained in Example 23.
The overall yield on the diamond-like modifications of boron nitride is 16%.
Example 27
A charge of 1.5 g / cm 3 density is formed from a mixture of 150 g of finely dispersed hexogen with a grain size of less than 100 μm and 50 g of colloidal graphite.
The charge detonation and the subsequent operations are carried out analogously to Example 1.
The product obtained is a diamond powder with a specific surface area of 120 m 2 / g, a size of the areas of coherent scattering of 130 Â, a size of the micrograting defects of the second Kind of less than 5 10-4, a concentration of paramagnetic centers of 1.35 1019 g-l 1. The diamond yield is 10%.
Example 28.
A cylindrical charge of 40 mm diameter is formed from a mixture consisting of 75% by mass of finely dispersed hexogen and 25% by mass of carbon black, which was obtained from gas by thermal electro-cracking and has a specific surface area of 20 m2 / 3 g. The charge detonation and the subsequent operations are carried out analogously to Example 1.
The product obtained is a diamond powder of the cubic modification with a specific surface area of 35 m 2 / g, a size of the areas of coherent scattering of 170, a size of the micro-grid defects of FIG. 2. Kind of less than 5 - 10-4, a concentration of paramagnetic centers from 1.13 - 1019 g-l. The diamond yield is 8.5%.
Example 29
A charge of 0.5 g / cm 3 is formed from a mixture consisting of 75% by mass of finely dispersed hexogen and 25% by mass of petroleum coke with a grain size of less than 350 μm, which has been thermally treated at a temperature of 1300 ° C. Density. The charge detonation and the subsequent operations are carried out analogously to Example 1.
The product obtained is a diamond powder of the cubic modification with a grain size of 0.3 to 3.0 μm, a density of 3.27 g / cm 3 and a size of the regions of coherent scattering of 120 A. The diamond yield is 12.3%.
Example 30
A mixture of 83% by mass of finely dispersed hexogen and 17% by mass of spectrally pure hexagonal graphite is used to form a cylindrical charge of 1.6 g / cm3 density. The charge is detonated in a vacuum of 10-4 torr. The following operations are carried out analogously to Example 1.
The product obtained is a diamond powder of the cubic modification, the properties of which are analogous to the properties of the product obtained in Example 25.
The diamond yield is 20%.
Example 31.
From a mixture that is 79% by mass from finely divided hexogen and 21% by mass from hexagonal
Boron nitride with a grain size of less than 10 µm is formed, a charge is formed in the form of a disc of 60 mm in diameter and 30 mm in thickness. The charge is detonated in a nitrogen atmosphere with simultaneous initiation with two detonators arranged on the opposite end faces of the disk along its axis. At the limit of the collision of the detonation counter waves, a dynamic pressure of over 60 HPa and a temperature around 6000 "K is generated. The following operations are carried out analogously to Example 5.
The product obtained is a powder of a mixture of cubic and wurtzite modifications of boron nitride (70% and 30%, respectively). The grain size of the powder is between 0.05 and 3.0. The density is 3.3 g / cm3. The overall yield on the diamond-like modifications of boron nitride is 15.0%.
Example 32.
750 g of hexogen are dissolved in dimethylformamide and 250 g of furnace oil soot with a specific surface area of 15 m2 / g are dispersed in the solution obtained. The suspension obtained is poured into a 10-fold amount of water. The precipitate, which is a mixture of the recrystallized hexogen with a grain size of less than 10 μm with carbon black, is filtered off and dried.
A cylindrical charge with a diameter of 40 mm and a density of 1.5 g / cm 3 is formed from the mixture obtained. The charge detonation and the subsequent operations are carried out analogously to Example 1.
The product obtained is a diamond powder of the cubic modification with a specific surface area of 59 m 2 / g, a size of the areas of coherent scattering of 200, a size of the micro-grid disturbances of FIG. 2. Kind of less than 5 - 10-4, a concentration of paramagnetic centers around 1.25 1019 g-l l. The diamond yield is 19.3%.
Example 33.
A tubular charge of 100 mm in diameter is formed from a mixture consisting of 450 g of finely dispersed hexogen, 75 g of spectrally pure hexagonal graphite with a grain size of less than 200 μm and 75 g of hexagonal boron nitride with a grain size of less than 10 μm a wall thickness of 10 mm, which has a density of 1.6 g / cm3. The charge is detonated in a nitrogen atmosphere. The solid detonation products are a mixture of diamond and diamond-like modifications of boron nitride, unconverted carbon and unconverted hexagonal boron nitride, boron oxide, detonator fragments, moisture and adsorbed gaseous detonation products.
The solid detonation products are treated in succession with boiling nitric acid and boiling perchloric acid to remove the detonator fragments, boron oxide, non-diamond forms of carbon and the gaseous detonation products. The insoluble residue is treated with a mixture of concentrated sulfuric acid and sodium fluoride (mass ratio 20: 3) at a temperature of 200 ° C., separated, washed and dried.
The product represents a mixture of the cubic modification of diamond, the cubic modification of boron nitride and the wurtzite modification of boron nitride at a mass ratio of 70:20:10. The overall yield of the above modifications of the product is 15%.
Example 34.
A flat charge is formed from a mixture consisting of 75% by mass of finely dispersed hexogen, 20% by mass of spectrally pure hexagonal graphite with a grain size of less than 40 µm and 5% by weight of ammonium nitrate with a grain size of less than 1 mm 30 mm thick, 60 mm wide and 200 mm long, which has a density of 1.7 g / cm3. The charge detonation and the subsequent operations are carried out analogously to Example 1.
The product obtained is a diamond powder of the cubic modification, the properties of which are analogous to the properties of the diamond powder obtained in Example 25. The diamond yield is 22%.
Example 35.
A mixture consisting of 80% by mass of finely dispersed hexogen and 20% by mass of soot, which was obtained in a diffusion flame and has a specific surface area of 200 m2 / g, is formed into a flat charge of 15 mm thick, 30 mm Width and 150 mm length. The charge detonation and the subsequent operations are carried out analogously to Example 1.
The product obtained is a diamond powder of the cubic modification with an average grain size of approximately 150 Å and a size of the areas of coherent scatter of 140 Å. The diamond yield is 10%.
Example 36.
A charge of 1.2 g / cm3 density is formed from a mixture consisting of 75% by mass of finely dispersed hexogen and 25% by mass of hexagonal natural graphite with a grain size of less than 400 µm. The charge obtained is impregnated with liquid nitrogen, which is taken in an amount of 10%, based on the mass of the charge. The charge detonation and the subsequent operations are carried out analogously to Example 1.
The product obtained is a diamond powder, which consists of 70% cubic modification and 30% hexagonal modification. The size of the micro grid disturbances of the 2nd The type for the cubic modification in this product is 2 10-3, the specific surface of the powder is 30 m2 / g, the overall yield of the diamond modifications mentioned is 5.0%.
Example 37.
A cylindrical charge with a diameter of 40 mm is formed from a mixture consisting of 60 percent by mass of tetranitromethane, 20 percent by mass of kilnwood with a specific surface area of 15 m2 / g and 20 percent by mass of nitrobenzene. The charge detonation and the subsequent operations are carried out analogously to Example 1.
By detonating the charge of the composition mentioned, a dynamic pressure of 12 HPa and a temperature of 5000 "K is generated.
The product obtained is a diamond powder of the cubic modification, the properties of which are analogous to the properties of the diamond powder obtained in Example 32. The diamond yield is 15%.
Example 38
Granules with a diameter of 5 mm, consisting of 80% by mass of finely dispersed hexogen, 15% by mass of spectrally pure hexagonal graphite with a grain size of less than 100 µm and 5% by mass of polyethylene with a grain size of less than 100 µm are mixed in a mass ratio of 3: 1 with hexogen with a grain size of less than 0.5 mm and forms a charge of 1.6 g / cm 3 density from the mixture obtained. The detonation of the charge and the subsequent operations are carried out analogously to Example 1.
The product obtained is a diamond powder of the cubic modification, the properties of which are analogous to the properties of the diamond powder obtained in Example 30. The diamond yield is 21%.
Example 39
A charge of 1.45 g / cm3 density is formed from a mixture consisting of 15% by mass of furnace oil soot with a specific surface area of 15 m2 / g, 80% by mass of finely dispersed hexogen and 5% by mass of benzene. The charge detonation and the subsequent operations are carried out analogously to Example 1.
The product obtained is a diamond powder of the cubic modification, the properties of which are analogous to the properties of the diamond powder obtained in Example 14. The diamond yield is 8%.
Example 40.
Forms from a mixture consisting of 40% by mass of finely dispersed hexogen, 10% by mass of hexagonal boron nitride with a grain size of less than 10 µm and 50% by weight of barium chloride (density 3 g / cm3) with a grain size of less than 500 µm a cylindrical charge of 40 mm in diameter. The charge detonation and the subsequent operations are carried out analogously to Example 12.
The product obtained represents the wurtzite modification of boron nitride, the properties of which are analogous to the properties of the product obtained in Example 12. The yield of the wurtzite modification of boron nitride is 5.0%.
Example 41.
From a mixture consisting of 30% by mass of finely dispersed TEN and 70% by mass of glassy carbon in the form of granules, which represent 1 mm thick plates with an average linear size of 8 mm, a cylindrical charge of 40 mm in diameter and 1, 70 g / cm3 density. The charge detonation and the subsequent operations are carried out analogously to Example 1.
The product obtained is a diamond powder of the cubic modification. The yield of the product is 1.0%.
Example 42.
A cylindrical charge of 40 mm in diameter and 1.3 g / cm3 is formed from a mixture consisting of 80% by mass of finely dispersed hexogen, 1% by mass of turbostraton nitride and 19% by mass of calcium carbonate (density 2.9 g / cm3) Density. The charge is detonated under a vacuum of 1 torr.
The following operations are carried out analogously to Example 5.
The product obtained is a powder of boron nitride of the wurtzite modification, the properties of which are analogous to the properties of the product obtained in Example 5.
The yield of the product is 3.5%.
Commercial usability
The superhard materials produced by the process according to the invention can be used both as abrasives and as starting materials for the production of polycrystalline compacts from which cutting tools are produced.