Способ получения синтетических алмазов

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик(51)М. Кл, С 01 В 31/06 с присоединением заявки М Государственный комитет СССР ио дедам изобретений и отилытийДата опубликования описания 0502,80 В.И, Фарафонтов, Я.Ь, Калашников, Ю.Н. Новиков,М.Е. Вольпин, Л.ф. Верецагин и В,С. Лысанове(72) Авторы изобретения Всесоюзный научно-исследовательский институт аб аэиво и шлифования, Московский ордена Ленина и ордена Трудового Красного Знамени государственный университет ":"С;вОЗИ .Й им(71)Заявители М,В. Ломоносова и Ордена Ленина институтэлементоорганических соединений ЬН СССР ЮьЯТ 0 т"Кк(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СИНТЕТИЧЕСКИХ АЛМАЗОВ Изобретение относится к производству синтетических алмазов и может быть использовано в абразивной и химической промышленности при изготовлении порошков алмаза и поликристаллических компактов,Известны способы получения синтетических алмазов из графита при высоких давлениях и высоких температурах в присутствии металлов групп железа, платины, а также хрома, марганца и тантала. Согласно известным способам катализатор вводят в реакционную шихту в виде компактов или порошков, либо в виде соединений, 15 которые в условиях синтеза служат источниками свободных металлов.Кроме того, могут использоваться сплавы металлов, которые сами по себе не обладают каталитическими 20 свойствами, но в композициях, найри" мер медь -вольфрам, способствуют полиморфному преврашению графита в алмаз.Основными недостатками указан ных способов является малая скорость образования алмаза.Кроме того, процесс синтеза проходит при высоких температурах,это обусловлено тем,что металлы в свободиом виде или в виде сплавов малоактивны как катализаторы. При температуре в диапазоне 1200-1400 Собразование алмазов иэ смесей графита с каталитическими металлами и их сплавами происходит крайне медленно. Для достижения 40-ного выхода синтетических алмазов по отношениюк массе исходного Графита требуется отрезок времени порядка 3-20 мин, При температурах 1400- 2000 С это время составляет 0,5 - 5 мин.Таким образом, ускорение образования синтетических алмазов достигается путем повышения температуры синтеза, что приводит к значительно- . му износу аппаратуры высокого давления.Наиболее близким к изобретению является способ получения синтетических алмазов при давлении 75 кбар и выае и температурахвыше 1200 С из углеродсодержашего материала, в том числе из графита, в присутствии металлов-катализаторов, выбранных из группы, включающей железо, кобальт, никель, родил, рутений, палладий, осмий, иридий, хром, тантал и марганец. Согласно указанному спо645505 Ссставитель Т. КаритинаРедакто Е. Мес опова Тех едН,Ковалева Ко ектор В, Синицкая Заказ 9363/65 Тираж 565 Подписное ЦНИИПИ Государственного комитета СССР пс делам изобретений и открытий 113035 ноакна 11-35 Ра 4 ааскан нан. и. 4 5Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 собу в качестве катализатора может применяться также металл из названной группы в форме ионного соединения, разлагающегося при температурах 1200-2000 С до свободного металла. Во всех примерах, иллюстрирующих данный способ, .температуры синтеза превышают 1200 С, а отрезки времени, необходимые для проведения процесса, лежат в диапазоне 2-20 мин.Недостаток такого способа. состоит в большой продолжительности процесса . синтеза, который проходит при температурах, лежащих вблизи точек плавления катализаторов для обеспечения их высокой активности при превращении граФита в алмазЦель изобретения - ускорение про-, цесса образования алмаза.Достигается это тем, что в качестве катализатора используют слоистое соединение графита с металлом из 20 группы: железо, никель, кобальт, марганец, хром, а также смеси соединений этих металлов. Кроме того, синтез ведут"при 850-1150 С и при давлении 60 бар и выше в течение 3-10 с.25МеталроГрафитовые слоистые (5 сэндвичевые 55) соединения являются химическими соединениями укаэанных металлов с графитом. Их структура аналогична ферроцену и бисбен- ЗО золхрому, но отличается от них тем, что атомы углерода образуют двухмерные конденсированные ароматические системы, между которыми находятся атомы металлов. Электроны 35 атомов металла образуют ковалентную связь с атомами углерода, расположение которых аналогично расположению атомов углерода в графите, но отличается С-С расстоянием по40 линиям, соединяющим углеродные слои.Металлографитовые слоистые соединения устойчивы не только при комнатной, но и при высокой температуре, а при повыаенных давлениях - вплоть до 2000 С, т. е. в условиях4.3 синтеза алмазов, они сохраняют свою химическую индивидуальность и не превращаются в другие соединения металлов с углеродом, например карбиды, а также не разлагаются . 50 до свободного металла,и углерода или раствора металла в углероде. Ввиду высокой устойчивости при высоких давлениях и температурах металлографитовые слоистые соединения не превращаются в алмаз, хотя содержат атомы металла и углерода. Однако эти соединения, добавленные к графиту, вызывают его превращение в алмаз, т. е. является катализатором про,цесса образования алмаза.Металлографитовые слоистые соединения обладают высокой активностью и при относительно низких температурах .(800-900 С), В результате этого образование алмаза в присутствии этих соединений не требует высоких температур, как этого требует применение в качестве катализаторов свободных металлов.П р и м е р. Приготавливают смесь, включающую 70 графита и 30 железографитового слоистого соединения, Смесь подвергают воздействию давления 70 кбар и температуры 850 С в течение 3 с. Готовый продукт содержит 40 синтетических алмазов.Для сравнения проводят синтез по известному способу с использованием в качестве катализатора металлического железа. Юихта, содержащая 70 графита и 30 металлического железа, подвергается воздействию давления 70 кбар и температуры 1700 С в те- чение 30 с. Продукт содержит 35 алмазов от массы взятого графита.При температуре нике 13005 С алмазы по данному способу получить не удается.Таким образом, изобретение позволяет значительно ускорить процесс синтеза, который проходит при более низких температурах, что значительно повыаает срок службы камер высо- . кого давления. формула изобретения1. Способ получения синтетических алмазов при высоком давлении и температуре из углеродсодержащего материала в присутствии катализатора, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью ускорения процесса, в качест- ве катализатора используют слоистое соединение графита с металлом, выбранным изгруппы: железо, никель, кобальт, марганец и хром, или смесь соединений этих металлов.2. Способ по и. 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что синтез ведут при 850-1150 С.