RU2335455C2 - Method of substance synthesis and compacting - Google Patents
Method of substance synthesis and compacting Download PDFInfo
- Publication number
- RU2335455C2 RU2335455C2 RU2003117248/15A RU2003117248A RU2335455C2 RU 2335455 C2 RU2335455 C2 RU 2335455C2 RU 2003117248/15 A RU2003117248/15 A RU 2003117248/15A RU 2003117248 A RU2003117248 A RU 2003117248A RU 2335455 C2 RU2335455 C2 RU 2335455C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- substance
- heating
- diamond
- mixture
- cooled
- Prior art date
Links
- 239000000126 substance Substances 0.000 title claims abstract description 56
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 37
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 title description 17
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 title description 15
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 26
- 239000010432 diamond Substances 0.000 claims abstract description 24
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 15
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 11
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims abstract description 10
- 230000035939 shock Effects 0.000 claims abstract description 10
- 239000003832 thermite Substances 0.000 claims abstract description 7
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 6
- 241000256602 Isoptera Species 0.000 claims abstract description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims abstract description 3
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 claims description 22
- 239000002360 explosive Substances 0.000 claims description 16
- 239000007858 starting material Substances 0.000 claims description 6
- 238000005474 detonation Methods 0.000 claims description 5
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 4
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 claims 1
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 9
- 238000011049 filling Methods 0.000 abstract description 3
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 abstract description 2
- 238000005422 blasting Methods 0.000 abstract 3
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 abstract 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 14
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 7
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 6
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- 229910052582 BN Inorganic materials 0.000 description 4
- PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N Boron nitride Chemical compound N#B PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 4
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 4
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 4
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 3
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 3
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 3
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 3
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 3
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical group [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical group [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 2
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 2
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000047 product Substances 0.000 description 2
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 2
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003082 abrasive agent Substances 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002238 attenuated effect Effects 0.000 description 1
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002775 capsule Substances 0.000 description 1
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 1
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 1
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005056 compaction Methods 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 238000005087 graphitization Methods 0.000 description 1
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 1
- 238000007731 hot pressing Methods 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012254 powdered material Substances 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000013076 target substance Substances 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- -1 titanium carbides Chemical class 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000003624 transition metals Chemical class 0.000 description 1
- 230000001960 triggered effect Effects 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемое изобретение относится к области высокотемпературного синтеза и может быть использовано при получении сверхтвердых и абразивных материалов. Аналогом технического решения является способ синтеза алмаза или кубического нитрида бора (Волков А.Е. Патент РФ №2199380 "Способ синтеза алмаза или кубического нитрида бора". С2 7В01J 3/00, 2000 г.), где под действием давления в веществе с одновременным его нагревом могут происходить фазовые переходы и химические реакции, вещество охлаждается для сохранения полученной фазы, при этом обрабатываемое вещество нагревают за счет экзотермической реакции в присутствии катализатора, а охлаждение конечного продукта проводят на отдельной охлаждаемой металлической поверхности. Данным способом получают искусственные алмазы, кубический нитрид бора, карбиды титана и т.п. вещества.The present invention relates to the field of high temperature synthesis and can be used to obtain superhard and abrasive materials. An analogue of the technical solution is a method for the synthesis of diamond or cubic boron nitride (Volkov A.E. RF Patent No. 2199380 "Method for the synthesis of diamond or cubic boron nitride".
Наиболее близким техническим решением является способ синтеза алмаза взрывным прессованием пористого графита (Прюммер Р. Обработка порошкообразных материалов взрывом. М.: Мир, 1990 г., стр.98-99), где на фронте ударной волны образуется высокая температура. Для быстрого выравнивания температуры к порошку графита подмешивается порошок меди, имеющий небольшую температуру ударного сжатия. Таким способом достигается выход искусственного алмаза около 20%. В случае применения очень большого заряда диаметром 1300 мм и высотой в несколько метров, в который установлена по центру труба, содержащая смесь порошков и диаметр которой составляет 150 мм, выход алмаза достигает 80%. Изготовленный таким способом алмаз состоит из частиц размером 1÷100 мкм.The closest technical solution is the method of diamond synthesis by explosive pressing of porous graphite (R. Prümmer, Processing of powdered materials by explosion. M: Mir, 1990, pp. 98-99), where high temperature is formed at the front of the shock wave. For quick temperature equalization, copper powder having a low temperature of shock compression is mixed with graphite powder. In this way, an artificial diamond yield of about 20% is achieved. In the case of using a very large charge with a diameter of 1300 mm and a height of several meters, in which a pipe is installed in the center containing a mixture of powders and whose diameter is 150 mm, the diamond yield reaches 80%. A diamond made in this way consists of particles with a size of 1 ÷ 100 μm.
Целью изобретения является повышение эффективности использования и расширение технических возможностей, т.е. увеличение выхода целевого вещества и уменьшение энергозатрат более чем в два раза.The aim of the invention is to increase the efficiency of use and expansion of technical capabilities, i.e. an increase in the yield of the target substance and a decrease in energy consumption by more than two times.
Поставленная цель достигается тем, что известный способ синтеза алмаза, включающий нагрев исходного вещества за счет экзотермической реакции горения термитной смеси, содержащей катализатор, воздействие на него ударного давления, создаваемого детонацией заряда взрывчатого вещества, и его охлаждение на отдельной металлической поверхности, отличается тем, что охлаждаемую металлическую поверхность выполняют в виде трубы, заряд взрывчатого вещества размещают вокруг него, исходное вещество используют в виде геометрического отображения трубной полости и вокруг него размещают термитную смесь, причем воздействие ударного давления проводят после нагрева исходного вещества, его перемещения в трубную полость и ее заполнения.This goal is achieved in that the known method for the synthesis of diamond, including heating the starting material due to the exothermic reaction of burning a thermite mixture containing a catalyst, the impact on it of the shock pressure created by the detonation of the explosive charge, and its cooling on a separate metal surface, characterized in that the cooled metal surface is made in the form of a pipe, the explosive charge is placed around it, the starting material is used in the form of a geometric representation of t a termite mixture is placed and around it, and the impact of shock pressure is carried out after heating the initial substance, moving it into the pipe cavity and filling it.
Предложенный способ реализует установка, представленная на фиг.1. Установка включает охлаждаемую подложку 1, выполненную в виде трубы, обрабатываемое вещество 2, нагревательную смесь 3, изолятор 4 и взрывчатое вещество 5.The proposed method implements the installation shown in figure 1. The installation includes a cooled substrate 1, made in the form of a pipe, the processed
Отдельные модификации установок могут содержать отражательные экраны, которые позволяют поддерживать большой градиент температур между охлаждаемой подложкой 1 и нагретым веществом 2. Тем самым уменьшаются габариты устройства, повышается КПД процесса, увеличивается скорость теплоотвода из новой фазы на подложке, при защите ее от теплового излучения за счет экрана.Certain modifications of installations may contain reflective screens that allow maintaining a large temperature gradient between the cooled substrate 1 and the
Кроме того, определенные модификации установок могут включать систему дополнительного охлаждения для подложки 1, это может быть вода, жидкий азот, кислород и т.д. За счет этого скорость теплоотвода из обрабатываемого вещества дополнительно повышается. При использовании меди в качестве охлаждаемой подложки 1 (медь имеет максимальную теплоотводящую способность, так как произведение ее плотности, теплоемкости и теплопроводности наибольшее, чем у других материалов), охлаждаемой жидкостью, толщину медной трубы можно резко уменьшить.In addition, certain plant modifications may include an additional cooling system for substrate 1, which may be water, liquid nitrogen, oxygen, etc. Due to this, the rate of heat removal from the processed substance is further increased. When using copper as a cooled substrate 1 (copper has a maximum heat dissipation, since the product of its density, heat capacity and thermal conductivity is greater than that of other materials) with a liquid cooled, the thickness of the copper pipe can be sharply reduced.
Нагреваемое вещество 2 и нагревательная порошковая смесь 3 могут представлять собой единое целое [3], т.е. в качестве нагревательной смеси 3 и обрабатываемого вещества 2 может быть продукт самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС). Метод СВС основан на том, что при взаимодействии исходных веществ экзотермической реакции происходит образование нового вещества, термодинамический потенциал которого меньше такового у исходных реагирующих веществ. В процессе реакции выделяется теплота, которая при быстром протекании процесса приводит к образованию очень высоких температур, резко ускоряя диффузионные процессы, протекающие при взаимодействии исходных веществ.The heated
Конструкция устройства, изображенного на фиг.1, предложенного для реализации способа, позволяет отводить тепловую энергию из модифицированного вещества, сжатого повышенным давлением, настолько, что после снятия давления это способствует сохранению полученной новой более плотной модификации вещества. Для максимального получения новой модификации вещества при осуществлении способа с наименьшими энергозатратами целесообразно поддерживать наибольший градиент температур между нагретым веществом и охлаждаемой подложкой, т.е. перед обработкой вещества давлением следует, как можно больше нагреть вещество или довести его до температуры плавления, при поддержании на охлаждаемой подложке как можно более низкой температуры.The design of the device shown in Fig. 1, proposed for implementing the method, allows heat energy to be removed from the modified substance compressed by increased pressure, so that after depressurization it helps to maintain the resulting new denser modification of the substance. To maximize the new modification of a substance during the implementation of the method with the lowest energy consumption, it is advisable to maintain the largest temperature gradient between the heated substance and the cooled substrate, i.e. Before processing the substance with pressure, it is necessary to heat the substance as much as possible or bring it to the melting point, while maintaining the temperature as low as possible on the cooled substrate.
Как известно из работы [2], (стр.65-67) во многих случаях нагрев вещества перед прессованием оказывается полезным, снижает твердость вещества и дает возможность использовать более низкие давления для его прессования. Оптимальное прессование благодаря нагреву достигается при меньшем количестве взрывчатого вещества с низкой скоростью детонации. К тому же максимальная плотность получается выше, чем без нагрева. Кривая Гюгонио нагретого порошка уже при небольших давлениях сближается с кривой для твердого тела. К тому же увеличение внутренней энергии при горячем прессовании меньше, чем при холодном. Вопреки хорошей перспективе развития, как сказано в работе [2], прессование нагретых порошков, к сожалению, до сих пор не нашло широкого использования в исследованиях по материаловедению.As is known from [2], (pp. 65-67) in many cases, heating a substance before pressing is useful, reduces the hardness of the substance and makes it possible to use lower pressures for pressing. Optimum pressing due to heating is achieved with less explosive with a low detonation speed. In addition, the maximum density is higher than without heating. The Hugoniot curve of the heated powder, even at low pressures, approaches the curve for a solid. In addition, the increase in internal energy during hot pressing is less than during cold pressing. Despite a good development prospect, as stated in [2], the pressing of heated powders, unfortunately, still has not found widespread use in research on materials science.
Так, например, если использовать предлагаемое изобретение для производства алмаза, то нагревательная смесь 3 может дополнительно использоваться как катализатор процесса синтеза, так как в ее состав входят вещества-катализаторы. Среди 24 исследованных элементов самым эффективным катализатором графитации является никель, затем другие металлы группы железа - железо, кобальт, затем молибден, хром, а также платина, бор. Эти элементы в расплавленном состоянии хорошо растворяли углерод. Отмечается, что возможность переходных металлов быть катализаторами графитации коррелирует с их способностью катализировать синтез алмаза, каталитические добавки увеличивают выход алмаза в 3÷6 раз. Кроме того, алмаз без присутствия катализаторов образуется при давлениях не ниже 6,5 ГПа и температурах не ниже 1750°С. В присутствии же катализатора для синтеза алмаза необходима температура не ниже 1150°С и соответствующее давление 4,2 ГПа.So, for example, if we use the present invention for the production of diamond, then the
Применяя для синтеза теплоту, выделяющуюся при экзотермической реакции специальных порошков, появляются огромные преимущества метода перед классическим нагревом, когда отпадает необходимость в печном и т.п. оборудовании. Так как для осуществления способа взрывчатое вещество должно находиться в непосредственной близости с нагретым веществом, это представляет большие технологические трудности при использовании классических видов нагрева. В предлагаемом способе это противоречие решается за счет применения для нагрева вещества термитных смесей. Более того, за счет этого появляется возможность автоматизировать процесс. Горение "термитной смеси" 3, одновременно нагревая обрабатываемое вещество 2 до максимальной температуры, приводит механизм запуска продвижения вещества в полость подложки 1, с таким расчетом, чтобы не произвести возгорания взрывчатого слоя раньше времени, т.е. когда обрабатываемое вещество еще не достигло полного заполнения полости охлаждаемой трубы. Детонация взрывчатого вещества 5 происходит от созданного для этого запала, который срабатывает сразу же, в момент полного поступления вещества в полость трубы.Applying the heat released during the exothermic reaction of special powders for the synthesis, there are huge advantages of the method over classical heating, when there is no need for a furnace, etc. equipment. Since for the implementation of the method the explosive must be in close proximity to the heated substance, this presents great technological difficulties when using classical types of heating. In the proposed method, this contradiction is solved by using thermite mixtures for heating the substance. Moreover, due to this, it becomes possible to automate the process. Combustion of the “thermite mixture” 3, while simultaneously heating the processed
В отличие от аналога, установка, показанная на фиг.1, позволяет осуществлять способ со следующими преимуществами: получение готового вещества, при использовании равного количества взрывчатого вещества, происходит под воздействием больших детонационных сил, так как ударная волна, обжимая подложку и обрабатываемое вещество, усиливается. В аналоге волна, проходя сквозь слой термита, изолятор и вещество, ослабляется. Кроме того, обжатое вещество в трубе, после снятия давления, находится под некоторым остаточным давлением сжатия, что позволяет в большей мере сохранять произведенную фазу, чем в аналоге. С точки зрения технологичности произведенное вещество находится в единой капсуле, а в случае аналога его требуется улавливать в специальных устройствах. Основное же отличие предлагаемого способа над аналогом - это возможность получения более крупной фракции синтезируемого вещества, за счет комплекса принципиальных отличий, а именно большого давления, времени сжатия и скорости охлаждения.In contrast to the analogue, the installation shown in Fig. 1 allows a method with the following advantages: the preparation of the finished substance, using an equal amount of explosive, occurs under the influence of large detonation forces, since the shock wave, compressing the substrate and the processed substance, is amplified . In an analogue, a wave passing through a termite layer, an insulator and a substance is attenuated. In addition, the compressed substance in the pipe, after depressurization, is under some residual compression pressure, which allows a greater degree of conservation of the produced phase than in the analogue. From the point of view of manufacturability, the produced substance is in a single capsule, and in the case of an analogue it must be captured in special devices. The main difference of the proposed method over the analogue is the possibility of obtaining a larger fraction of the synthesized substance, due to a set of fundamental differences, namely high pressure, compression time and cooling rate.
В отличие от прототипа схема предлагаемого процесса разделяет место нагрева вещества от места его обработки давлением. За счет этого нагрев вещества можно довести до очень высоких температур, а подложка, напротив, может очень сильно охлаждаться, что позволяет резко увеличить скорость формирования новой фазы, одновременно увеличивая скорость теплоотвода из обрабатываемого материала. Предлагаемый процесс, в отличие от прототипа, позволяет значительно снизить количество взрывчатого вещества, так как принципиальная схема прототипа предполагает проведение разогрева вещества за счет его обработки давлением, что приводит к значительным энергозатратам. Нагревая вещество взрывным прессованием, одновременно происходит нагрев подмешиваемого медного порошка, который выполняет роль охлаждаемой подложки, что в дальнейшем снижает скорость теплоотвода. Как уже было сказано выше, основная доля ударной волны расходуется на нагрев обрабатываемого вещества. Если изобразить предлагаемый способ и прототип в виде "линии времени" на диаграмме состояния углерода (фиг.2), то мы увидим принципиальные отличия в протекании двух процессов.In contrast to the prototype, the scheme of the proposed process divides the place of heating of the substance from the place of its pressure treatment. Due to this, the heating of the substance can be brought to very high temperatures, and the substrate, on the contrary, can cool very much, which can dramatically increase the rate of formation of a new phase, while simultaneously increasing the rate of heat removal from the processed material. The proposed process, in contrast to the prototype, can significantly reduce the amount of explosive, as the circuit diagram of the prototype involves heating the substance due to its processing by pressure, which leads to significant energy consumption. When a substance is heated by explosive pressing, the mixed copper powder is heated simultaneously, which acts as a cooled substrate, which further reduces the heat sink rate. As mentioned above, the bulk of the shock wave is spent on heating the processed substance. If we depict the proposed method and the prototype in the form of a “time line” on the carbon state diagram (Fig. 2), then we will see fundamental differences in the course of the two processes.
Как известно, чем больше давление или температура, тем раньше начинается реакция фазового превращения, поэтому реакция в прототипе начнется в точке 1, а в предлагаемом способе, при более низком давлении, в точке 2, при этом разность величин давления ΔP1 может достигать значительных величин. Обратная реакция распада полученной фазы в области ее нестабильности начнется также раньше в прототипе, т.е. в области более высокого давления за счет более высокой температуры, а следовательно, это будет точка 3, в предлагаемом способе это будет точка 4, которые также будут отличаться на величину давления ΔР2. Как видно из приведенных графиков, длина "линии времени" прототипа на отрезке 1-3, где происходит фазовый переход в алмаз, намного короче участка 2-4 предлагаемого способа, причем участок прототипа находится в зоне более низких температур, а следовательно, алмаза по способу прототипа будет синтезировано в несколько раз меньше. Длина же участка "линии времени" прототипа, где происходит распад полученной алмазной фазы, напротив, значительно больше, и она находится в зоне более высоких температур, что соответственно приводит к значительным потерям образованного алмаза по сравнению с предлагаемым способом. То есть данная схема (фиг.2) наглядно показывает, что прототип не слишком интенсивно накапливая синтезируемую фракцию алмаза, достаточно интенсивно ее теряет в сравнении с предлагаемым способом. При этом прототип, в отличие от предлагаемого способа, требует использования значительного объема взрывчатого материала, а главное - в прототипе из-за технологических трудностей не применяется предварительный нагрев вещества, что резко снижает выход годного. Следовательно, при равных зарядах, используемых в данных способах, будет получено различное количество синтетического алмаза. В соответствии с графиком новый способ минимум в три-четыре раза способен больше произвести синтетического алмаза, чем прототип, причем образованная фракция также в 2÷5 раз будет крупнее.As you know, the greater the pressure or temperature, the earlier the reaction of phase transformation begins, therefore, the reaction in the prototype will begin at point 1, and in the proposed method, at a lower pressure, at
Установка, изображенная на фиг.1, позволяет за счет своей простоты конструкции воздействовать на вещество с максимально возможными давлениями и с максимально возможной скоростью производить отвод тепла из модифицированного вещества, причем на большой площади поверхности, что позволяет получать большой объем продукции при относительно малых затратах.The installation depicted in figure 1, due to its simplicity of design, acts on the substance with the highest possible pressures and at the highest possible speed to remove heat from the modified substance, and on a large surface area, which allows to obtain a large volume of production at relatively low cost.
Поэтому применение предлагаемого способа для получения искусственного алмаза и подобных веществ, а также для их компактирования в относительно больших объемах, может считаться перспективным и полезным для производства.Therefore, the application of the proposed method for producing artificial diamond and similar substances, as well as for their compaction in relatively large volumes, can be considered promising and useful for production.
Как в этом случае, так и в аналоге нагрев обрабатываемого вещества происходит за счет контактной теплопередачи, т.е. термитная смесь за счет контакта с веществом передает ему свое тепло. В случае с патентом 2199380, если рассмотреть чертеж, нагрев происходит со стороны, противоположной стороне, которая в дальнейшем будет соприкасаться с охлаждаемой подложкой. В заявляемом изобретении нагрев происходит со стороны, которая в дальнейшем будет соприкасаться с охлаждаемой подложкой.As in this case, and in the analogue, the heating of the processed substance occurs due to contact heat transfer, i.e. due to contact with the substance, the thermite mixture transfers its heat to it. In the case of patent 2199380, if we consider the drawing, the heating occurs from the side opposite to the side, which will subsequently come into contact with the cooled substrate. In the claimed invention, heating occurs from the side that will subsequently come into contact with the cooled substrate.
Согласно формуле, где тепловой поток, определяемый количеством теплоты ΔQ, проходящим через поперечное сечение тела площадью А за промежуток времени Δt, определяется выражением:According to the formula, where the heat flux determined by the amount of heat ΔQ passing through the cross-section of the body with area A for the time period Δt is determined by the expression:
ΔQ/Δt=k·A·T2-T1/l;ΔQ / Δt = k · A · T 2 -T 1 / l;
где l - расстояние, на которое передается тепло, с температурами на концах этого расстояния Т2 и T1 соответственно, a k - коэффициент теплопроводности вещества.where l is the distance to which heat is transferred, with temperatures at the ends of this distance T 2 and T 1, respectively, ak is the thermal conductivity of the substance.
Исходя из этой формулы и схемы нагрева, что во втором случае, нагрев вещества происходит значительно быстрее, так как передача теплоты осуществляется со стороны, которая в дальнейшем и будет охлаждаться, т.е. энергетически процесс во втором случае более экономичный.Based on this formula and the heating scheme, which in the second case, the heating of the substance occurs much faster, since the transfer of heat is carried out from the side, which will be cooled in the future, i.e. energetically, the process in the second case is more economical.
Кроме того, из сравнения чертежей заявленного способа и аналога видно, что в патенте 2199380 воздействие на вещество давления происходит, с одной стороны, через толщу самого вещества, термитную смесь и изолятор, тогда как в заявляемом изобретении воздействие давления всестороннее, при этом обрабатываемое вещество от взрывчатого вещества отделяет только слой охлаждаемой подложки. Следовательно, расстояние от ВВ в первом случае до обрабатываемого вещества будет всегда больше, чем во втором случае. Согласно работе [2] энергетически более выгодная схема при втором случае, где зарядом, меньшим в 2÷4 раза, можно добиться того же эффекта, что и в первом случае.In addition, from a comparison of the drawings of the claimed method and the analogue, it is seen that in the patent 2199380, the pressure on the substance occurs, on the one hand, through the thickness of the substance itself, the thermite mixture and the insulator, while in the claimed invention the pressure is comprehensive, while the substance being processed from explosive separates only the layer of the cooled substrate. Therefore, the distance from the explosive in the first case to the processed substance will always be greater than in the second case. According to [2], an energetically more profitable scheme in the second case, where a charge less than 2–4 times, can achieve the same effect as in the first case.
ЛитератураLiterature
1. Волков А.Е. Патент РФ №2199380 "Способ синтеза алмаза или кубического нитрида бора". С2 7В01J 3/00, 2000 г.1. Volkov A.E. RF patent No. 2199380 "Method for the synthesis of diamond or cubic boron nitride."
2. Прюммер Р. Обработка порошкообразных материалов взрывом. М.: Мир, 1990 г., стр.98-99.2. Prümmer R. Processing powder materials by explosion. M.: Mir, 1990, pp. 98-99.
3. Левашов Е.А. и др. Физико-химические и технологические основы самораспространяющегося высокотемпературного синтеза. М.: ЗАО "Из-во БИНОМ", 1999 г.3. Levashov EA and other Physicochemical and technological foundations of self-propagating high-temperature synthesis. M .: CJSC "Iz Binom", 1999
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2003117248/15A RU2335455C2 (en) | 2003-06-09 | 2003-06-09 | Method of substance synthesis and compacting |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2003117248/15A RU2335455C2 (en) | 2003-06-09 | 2003-06-09 | Method of substance synthesis and compacting |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2003117248A RU2003117248A (en) | 2004-12-10 |
| RU2335455C2 true RU2335455C2 (en) | 2008-10-10 |
Family
ID=39927972
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2003117248/15A RU2335455C2 (en) | 2003-06-09 | 2003-06-09 | Method of substance synthesis and compacting |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2335455C2 (en) |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4767608A (en) * | 1986-10-23 | 1988-08-30 | National Institute For Research In Inorganic Materials | Method for synthesizing diamond by using plasma |
| RU2041164C1 (en) * | 1991-05-16 | 1995-08-09 | УТП Швайсматериал ГмбХ унд Ко., КГ | Method for manufacture of polycrystalline diamond layers |
| RU2051093C1 (en) * | 1992-07-14 | 1995-12-27 | Александр Михайлович Каунов | Method of diamond producing from diamond-like substances |
| RU2069650C1 (en) * | 1991-02-12 | 1996-11-27 | Белорусская государственная политехническая академия | Method of ceramic material explosive compaction |
| RU2074114C1 (en) * | 1993-12-23 | 1997-02-27 | Институт минералогии и петрографии СО РАН | Method for production of artificial diamonds |
| RU2135327C1 (en) * | 1995-09-27 | 1999-08-27 | Дзе Исизука Рисерч Инститьют, Лтд. | Composite containing high-abrasive particles and method of manufacturing thereof |
| RU2001105079A (en) * | 2001-02-21 | 2003-02-20 | Анатолий Евгеньевич Волков | METHOD FOR SYNTHESIS OF SUBSTANCE IN "KIMBERLITE TUBE" |
| RU2199380C2 (en) * | 2000-03-23 | 2003-02-27 | Волков Анатолий Евгеньевич | Method of diamond or cubic boron nitride synthesis |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2259943C2 (en) * | 2001-02-21 | 2005-09-10 | Волков Анатолий Евгеньевич | Method of synthesizing diamond |
-
2003
- 2003-06-09 RU RU2003117248/15A patent/RU2335455C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4767608A (en) * | 1986-10-23 | 1988-08-30 | National Institute For Research In Inorganic Materials | Method for synthesizing diamond by using plasma |
| RU2069650C1 (en) * | 1991-02-12 | 1996-11-27 | Белорусская государственная политехническая академия | Method of ceramic material explosive compaction |
| RU2041164C1 (en) * | 1991-05-16 | 1995-08-09 | УТП Швайсматериал ГмбХ унд Ко., КГ | Method for manufacture of polycrystalline diamond layers |
| RU2051093C1 (en) * | 1992-07-14 | 1995-12-27 | Александр Михайлович Каунов | Method of diamond producing from diamond-like substances |
| RU2074114C1 (en) * | 1993-12-23 | 1997-02-27 | Институт минералогии и петрографии СО РАН | Method for production of artificial diamonds |
| RU2135327C1 (en) * | 1995-09-27 | 1999-08-27 | Дзе Исизука Рисерч Инститьют, Лтд. | Composite containing high-abrasive particles and method of manufacturing thereof |
| RU2199380C2 (en) * | 2000-03-23 | 2003-02-27 | Волков Анатолий Евгеньевич | Method of diamond or cubic boron nitride synthesis |
| RU2001105079A (en) * | 2001-02-21 | 2003-02-20 | Анатолий Евгеньевич Волков | METHOD FOR SYNTHESIS OF SUBSTANCE IN "KIMBERLITE TUBE" |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Merzhanov | Combustion and explosion processes in physical chemistry and technology of inorganic materials | |
| Delgado et al. | Mechanically activated combustion synthesis and shockwave consolidation of magnesium silicide | |
| US4437886A (en) | Process for manufacture of metallic magnesium | |
| Ahirnad et al. | Unique application of microwave energy to the processing of ceramic materials | |
| RU2335455C2 (en) | Method of substance synthesis and compacting | |
| JP4677665B2 (en) | Method for producing high-pressure phase material | |
| RU2041166C1 (en) | Method for production of diamonds | |
| Mukasyan et al. | Combustion modes in the titanium-nitrogen system at low nitrogen pressures | |
| Vreeland et al. | Shock wave initiation of the Ti 5 Si 3 reaction in elemental powders | |
| RU2259943C2 (en) | Method of synthesizing diamond | |
| JPH04500031A (en) | Method for obtaining powder refractory material and reactor for carrying out this method | |
| Chelpanov et al. | Self-propagating high-temperature synthesis in a Ti− Al− C powder system using different carbon precursors | |
| RU2102187C1 (en) | Method for manufacture of articles from exothermic powder mixtures | |
| Zhang et al. | Synthesis of tungsten monocarbide by self-propagating high-temperature synthesis in the presence of an activative additive | |
| RU2161548C2 (en) | Method for making powders of refractory compounds | |
| RU2607115C1 (en) | Method of producing refractory materials | |
| RU2199380C2 (en) | Method of diamond or cubic boron nitride synthesis | |
| RU2483023C1 (en) | Method for industrial production of diamonds and other solid-phase nanostructured graphite formations, apparatus and charge for production thereof | |
| Adadurov et al. | Technological fundamentals of SHS compacting | |
| RU2119847C1 (en) | Process of production of high-density materials and articles by reaction sintering under pressure | |
| JPS6221707A (en) | Method for producing trichlorosilane | |
| US5162118A (en) | Apparatus for compaction of ceramic | |
| US4035472A (en) | Process for producing diamond | |
| JPH037627B2 (en) | ||
| Namjoshi et al. | Modeling the reaction synthesis of shock-densified titanium-silicon powder mixture compacts |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20100610 |