[go: up one dir, main page]

RU2586140C1 - Chemical method of producing artificial diamonds - Google Patents

Chemical method of producing artificial diamonds Download PDF

Info

Publication number
RU2586140C1
RU2586140C1 RU2015114206/05A RU2015114206A RU2586140C1 RU 2586140 C1 RU2586140 C1 RU 2586140C1 RU 2015114206/05 A RU2015114206/05 A RU 2015114206/05A RU 2015114206 A RU2015114206 A RU 2015114206A RU 2586140 C1 RU2586140 C1 RU 2586140C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
diamond
carbon
diamonds
synthesis
metals
Prior art date
Application number
RU2015114206/05A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Людмила Августовна Елшина
Роман Викторович Мурадымов
Андрей Николаевич Елшин
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт высокотемпературной электрохимии Уральского отделения Российской Академии наук
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт высокотемпературной электрохимии Уральского отделения Российской Академии наук filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт высокотемпературной электрохимии Уральского отделения Российской Академии наук
Priority to RU2015114206/05A priority Critical patent/RU2586140C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2586140C1 publication Critical patent/RU2586140C1/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J3/00Processes of utilising sub-atmospheric or super-atmospheric pressure to effect chemical or physical change of matter; Apparatus therefor
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/25Diamond
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/02Elements
    • C30B29/04Diamond
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82BNANOSTRUCTURES FORMED BY MANIPULATION OF INDIVIDUAL ATOMS, MOLECULES, OR LIMITED COLLECTIONS OF ATOMS OR MOLECULES AS DISCRETE UNITS; MANUFACTURE OR TREATMENT THEREOF
    • B82B3/00Manufacture or treatment of nanostructures by manipulation of individual atoms or molecules, or limited collections of atoms or molecules as discrete units
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Abstract

FIELD: chemistry.
SUBSTANCE: invention relates to inorganic synthesis of artificial diamonds of size of up to 150 mcm, which can be used in production of abrasive and diamond lubricants, drilling equipment. Synthesis of diamonds is carried out in molten metal matrix with direct reaction of carbon-containing additive contained in concentrations of 2 to 10 wt% in molten chlorides and/or fluorides of alkali metals, with molten metal, such as aluminium, zinc, magnesium, tin, lead, as well as their alloys for 1-5 hours at temperature of 700-900 °C in an air atmosphere and further cooling and/or thermal treatment, carbon-containing additive is represented by carbides of metals or non-metals or solid organic substances relating to classes of hydrocarbons or carbohydrates, or carboxylic acids.
EFFECT: invention enables to obtain cubic nano- and micro-diamond at atmospheric pressure and low temperature without using complex processing equipment.
1 cl, 18 dwg, 1 tbl, 7 ex

Description

Изобретение относится к неорганическому синтезу искусственных алмазов размером до 150 мкм, которые могут найти промышленное применение в производстве абразивов и алмазных смазок, буровой технике.The invention relates to the inorganic synthesis of artificial diamonds up to 150 microns in size, which can find industrial application in the production of abrasives and diamond lubricants, drilling equipment.

Синтез искусственных алмазов является важнейшей практической задачей. Синтез алмазов, осуществленный методом, получившим название НТНР-метод («высокая температура - высокое давление») из графито-металлической смеси в аппаратах высокого давления (АВД), базировался на ставшей фундаментальной статье советского ученого О.И. Лейпунского от 1939 г. [1].Synthesis of artificial diamonds is an essential practical task. The synthesis of diamonds, carried out by a method called the NTNR method (“high temperature - high pressure”) from a graphite-metal mixture in high-pressure apparatuses (AED), was based on the fundamental article of the Soviet scientist O.I. Leipunsky from 1939 [1].

Данный метод искусственного получения алмазов впервые в 1953 г. был осуществлен в лаборатории фирмы АСЕА (Швеция), затем в 1954 г. в лаборатории американской фирмы "General Electric" и в 1960 - в Институте физики высоких давлений АН СССР (ИФВД) группой исследователей под руководством Леонида Федоровича Верещагина. Этот метод применяется во всем мире до сих пор.This method of artificial production of diamonds was first carried out in the laboratory of ASEA (Sweden) in 1953, then in 1954 in the laboratory of the American company General Electric and in 1960 at the Institute of High Pressure Physics of the Academy of Sciences of the USSR (IHP) by a group of researchers the leadership of Leonid Fedorovich Vereshchagin. This method is still used worldwide.

О.И. Лейпунский пришел к важному выводу о том, что выгоднее кристаллизовать алмаз из раствора в расплавленных металлах, а не путем прямого перехода графита в алмаз. И основная причина этого - большая подвижность атомов углерода в растворе, нежели в кристаллической решетке графита.O.I. Leipunsky came to the important conclusion that it is more profitable to crystallize diamond from a solution in molten metals, rather than by directly converting graphite to diamond. And the main reason for this is the greater mobility of carbon atoms in solution than in the crystal lattice of graphite.

Выдающийся советский ученый упомянул и о других возможностях синтеза алмаза: наращивании затравочных алмазных кристаллов в газовой фазе, получении крупных поликристаллических алмазов путем спекания мелких алмазных порошков, а также сформулировал необходимые условия получения искусственного алмаза - сочетание среды, давления и температуры. Все эти три направления и являются в настоящее время самыми распространенными в мире методами синтеза алмаза.An outstanding Soviet scientist also mentioned other possibilities for synthesizing diamond: growing seed crystals in the gas phase, producing large polycrystalline diamonds by sintering fine diamond powders, and also formulated the necessary conditions for producing artificial diamond - a combination of medium, pressure and temperature. All these three areas are currently the most common diamond synthesis methods in the world.

Основным промышленным методом синтеза алмазов в наше время является раствор - расплавный металл - углеродный синтез при высоких давлениях (температура 1400-1600°C, давление 5000-6000 МПа) [2-4]. В качестве исходной шихты обычно используют графит (хотя возможны и другие углеродсодержащие вещества) и металлы или сплавы железа, никеля, кобальта, платины и палладия. Для создания необходимых термобарических параметров используют мощные гидравлические прессы, снабженные камерами высокого давления.The main industrial method for the synthesis of diamonds in our time is a solution - molten metal - carbon synthesis at high pressures (temperature 1400-1600 ° C, pressure 5000-6000 MPa) [2-4]. As the initial charge, graphite is usually used (although other carbon-containing substances are possible) and metals or alloys of iron, nickel, cobalt, platinum and palladium. Powerful hydraulic presses equipped with high-pressure chambers are used to create the necessary thermobaric parameters.

В настоящее время существует три основных варианта рассмотрения механизма образования алмаза - наиболее простой, описывающий кристаллизацию алмаза из расплава графита в РТ области стабильности алмаза (>100 кбар ~2000°C) и два дискуссионных варианта - кристаллизация алмаза из раствора графита в металле - "катализаторе" и - фазовый переход графита в алмаз в твердой фазе в присутствии металлов - "катализаторов". Оба последних процесса протекают в более мягких условиях (40-60 кбар, 1400-1600°C) по сравнению с "прямым" фазовым переходом. Исследования механизма алмазообразования по дискуссионным вариантам показали их равновероятность. Реализация на практике того или иного механизма будет определяться природой углеродсодержащего сырья (например, его склонностью к графитизации) или природой металла катализатора, например, способностью к карбидообразованию и устойчивостью карбидных форм в РТ области синтеза алмаза или какими-либо другими причинами.Currently, there are three main options for considering the mechanism of diamond formation - the simplest one, which describes the crystallization of diamond from a graphite melt in the RT region of diamond stability (> 100 kbar ~ 2000 ° C) and two discussion options - crystallization of diamond from a solution of graphite in a metal - "catalyst "and - phase transition of graphite to diamond in the solid phase in the presence of metals -" catalysts ". Both last processes proceed under milder conditions (40-60 kbar, 1400-1600 ° C) in comparison with the “direct” phase transition. Studies of the mechanism of diamond formation by discussion options have shown their equiprobability. The practical implementation of one mechanism or another will be determined by the nature of the carbon-containing raw material (for example, its tendency to graphitize) or the nature of the catalyst metal, for example, the ability to form carbides and the stability of carbide forms in the RT region of diamond synthesis, or some other reasons.

Вероятность зарождения алмазного кристалла много меньше вероятности появления зародыша графита, но все-таки она существует. Если тем или иным путем предотвратить образование графита, то могут зародиться и расти кристаллы алмаза. Вместе с тем сотрудники Института физики высоких давлений АН СССР выявили [5], что для разных углеродных материалов переход в алмаз происходит при различных температурах и давлениях. Так, если расчеты О.И. Лейпунского дают для перехода графита в алмаз значение 50000 ат при 1000 К, то для перехода стеклоуглерода в алмаз при той же температуре требуется всего 15000 ат.The probability of diamond crystal nucleation is much less than the probability of the appearance of a graphite nucleus, but it still exists. If one way or another to prevent the formation of graphite, then diamond crystals can nucleate and grow. At the same time, employees of the Institute of High Pressure Physics of the Academy of Sciences of the USSR revealed [5] that, for different carbon materials, the transition to diamond occurs at different temperatures and pressures. So, if the calculations of O.I. Leypunsky give for the transition of graphite into diamond the value of 50,000 at at 1000 K, then for the transition of glassy carbon into diamond at the same temperature, only 15,000 at.

Не только атомы углерода, растворенного в металле, но и различные соединения с углеродом, например карбиды, в том числе и метастабильные, являются переносчиками углерода к растущему алмазу. Во всяком случае, традиционно считается, что металл или сплав, применяемый при синтезе алмаза, должен хорошо смачивать алмаз и графит, растворять углерод, а также обладать достаточно низкой температурой плавления (иначе температура синтеза, а следовательно, и прилагаемое давление будут очень высоки).Not only the carbon atoms dissolved in the metal, but also various compounds with carbon, such as carbides, including metastable ones, are carriers of carbon to growing diamond. In any case, it is traditionally believed that the metal or alloy used in the synthesis of diamond should well wet diamond and graphite, dissolve carbon, and also have a sufficiently low melting point (otherwise the synthesis temperature, and therefore the applied pressure, will be very high).

Существенное влияние на скорость синтеза и на выход алмаза в одном пресс-спекании оказывает род используемого углеродистого материала и его дисперсность. На переход в алмаз влияет способность углеродных материалов графитироваться, т.е. образовывать характерную для графита структуру. Если исходный материал графитируется, то синтез заканчивается быстрее и выход алмаза больше, чем в случае неграфитирующегося углеродного материала.The type of carbon material used and its dispersion have a significant effect on the synthesis rate and on the diamond yield in one press sintering. The ability to graphite carbon materials, i.e. to form a structure characteristic of graphite. If the starting material is graphitized, the synthesis ends faster and the diamond yield is greater than in the case of non-graphitized carbon material.

Попытки синтеза алмазов таким способом был одним из первых исторически осуществленных экспериментов. Так, в 1893 году профессор Санкт-Петербургской Военно-медицинской академии К.Д. Хрущов при быстром охлаждении расплавленного серебра, насыщенного углеродом, получил кристаллы, царапавшие стекло и корунд. Его опыт был успешно повторен в том же году французским профессором, лауреатом Нобелевской премии Анри Муассаном [6], заменившим серебро на железо. В результате Муассан выделил несколько крупинок, в основном черного цвета. Эти крупинки царапали корунд, почти полностью сгорали в кислороде, имели плотность выше 3 г/см3. Однако как современники, так и потомки, несмотря на высочайший научный авторитет Муассана, сочли эти эксперименты по синтезу алмазов мистификацией. Научная мысль на долгое время была сосредоточена на поисках других направлений синтеза искусственных алмазов, детально описанных в начале данного вступления.Attempts to synthesize diamonds in this way was one of the first historically carried out experiments. So, in 1893, professor of the St. Petersburg Military Medical Academy K.D. Khrushchov, upon rapid cooling of molten silver saturated with carbon, obtained crystals that scratched glass and corundum. His experience was successfully repeated in the same year by the French professor, Nobel laureate Henri Moissan [6], who replaced silver with iron. As a result, Moissant identified several grains, mostly black. These grains scratched corundum, burned almost completely in oxygen, had a density above 3 g / cm 3 . However, both contemporaries and descendants, despite the highest scientific authority of Moissan, considered these experiments on the synthesis of diamonds a hoax. For a long time, scientific thought was focused on the search for other directions in the synthesis of artificial diamonds, which were described in detail at the beginning of this introduction.

В настоящее время выполняются многочисленные исследования по синтезу "карбонат-синтетических" кристаллов алмаза в ростовых средах с составами, подобными природным (сильно сжатые флюидно-карбонатитовые сингенетические включения в природных алмазах из кимберлитов, карбонат-силикатные алмазоносные породы Кокчетавского массива, Казахстан). Процессы интенсивной спонтанной кристаллизации и роста алмаза на подложках в многокомпонентных карбонат-углеродных и карбонат-силикат-углеродных расплавах проводятся при 5.5-8.5 ГПа и 1200-2000°C.Numerous studies are currently being carried out on the synthesis of “carbonate-synthetic” diamond crystals in growth media with compositions similar to natural ones (highly compressed fluid-carbonatite syngenetic inclusions in natural kimberlite diamonds, carbonate-silicate diamondiferous rocks of the Kokchetav massif, Kazakhstan). The processes of intense spontaneous crystallization and diamond growth on substrates in multicomponent carbonate – carbon and carbonate – silicate – carbon melts are carried out at 5.5–8.5 GPa and 1200–2000 ° C.

Отдельными направлениями синтеза искусственных алмазов следует считать детонационный синтез, позволяющий методом взрыва фторсодержащих органических материалов получать смесь аморфного углерода с наноалмазами размером 1-3 нм и CVC метод синтеза методом разложения метана под воздействием электрического тока.Detonation synthesis should be considered as separate areas for the synthesis of artificial diamonds, which allows the mixture of amorphous carbon with nanodiamonds 1-3 nm in size and the CVC synthesis method to decompose methane under the influence of electric current using the method of explosion of fluorinated organic materials.

В качестве наиболее близкого аналога к предлагаемому способу можно принять синтез алмазов, осуществляемый в расплавленной металлической матрице (металлы группы железа) при высоких давлениях и температурах, а именно при давлении 60 кбар и температуре 1600°C, так называемый НРНТ-метод. Практически 90% искусственных алмазов в настоящее время производится промышленно НРНТ-методом [7-9]. Однако для производства синтетических алмазов данным методом необходимо использовать оборудование, способное выдерживать сверхвысокие давления, такие, как «пояс Белла» или алмазную наковальню. Несмотря на принципиальную возможность синтеза алмазов этим методом непосредственно из порошков графита, как правило, наилучшие результаты достигаются при использовании алмазных затравок. Кроме того, алмазы, получаемые НРНТ-методом, содержат значительные загрязнения металлом-катализатором и азотом, они окрашены в бурые цвета и значительно дороже натуральных алмазов аналогичного размера и качества.As the closest analogue to the proposed method, one can take the synthesis of diamonds, carried out in a molten metal matrix (metals of the iron group) at high pressures and temperatures, namely at a pressure of 60 kbar and a temperature of 1600 ° C, the so-called NRHT method. Almost 90% of artificial diamonds are currently produced industrially by the NRHT method [7–9]. However, for the production of synthetic diamonds by this method, it is necessary to use equipment capable of withstanding ultrahigh pressures, such as the Bell Belt or diamond anvil. Despite the fundamental possibility of synthesizing diamonds by this method directly from graphite powders, as a rule, the best results are achieved using diamond seeds. In addition, diamonds obtained by the NRHT method contain significant contaminants with a metal catalyst and nitrogen, they are painted in brown colors and are much more expensive than natural diamonds of a similar size and quality.

Задача настоящего изобретения состоит в синтезе искусственных алмазов в расплавленной металлической матрице при атмосферном давлении и температурах ниже 1000°C.An object of the present invention is to synthesize artificial diamonds in a molten metal matrix at atmospheric pressure and temperatures below 1000 ° C.

Для решения поставленной задачи заявлен химический способ получения искусственных алмазов, включающий синтез алмазов в расплавленной металлической матрице, который осуществляют при непосредственном взаимодействии углеродсодержащей добавки, содержащейся в концентрациях от 2 до 10 мас.% в расплаве хлоридов и/или фторидов щелочных металлов, с расплавленными металлами, такими как алюминий, цинк, магний, олово, свинец, а также их сплавами в течение 1-5 ч при температуре 700-900°C в атмосфере воздуха и последующем охлаждении и/или термообработке, при этом в качестве углеродсодержащей добавки используют карбиды металлов или неметаллов или твердые органические вещества, относящиеся к классам углеводородов, или углеводов, или карбоновых кислот.To solve this problem, a chemical method for producing artificial diamonds is claimed, including the synthesis of diamonds in a molten metal matrix, which is carried out by direct interaction of a carbon-containing additive contained in concentrations from 2 to 10 wt.% In a melt of alkali metal chlorides and / or fluorides with molten metals such as aluminum, zinc, magnesium, tin, lead, as well as their alloys for 1-5 hours at a temperature of 700-900 ° C in an atmosphere of air and subsequent cooling and / or heat treatment, p and thus as a carbon-containing additive used carbides of metals or nonmetals or solid organic substances belonging to the class of hydrocarbons or carbohydrates, or carboxylic acids.

Заявленный способ основан на следующем. Основным критерием выбора металла-растворителя для синтеза искусственных алмазов является низкая растворимость углерода в нем, и как следствие, низкая карбидообразующая способность, а также температура плавления ниже 800°C.The claimed method is based on the following. The main criterion for choosing a solvent metal for the synthesis of artificial diamonds is the low solubility of carbon in it, and as a result, low carbide-forming ability, as well as a melting point below 800 ° C.

При взаимодействии углерода, входящего в состав неорганического или органического соединения, на воздухе с расплавленным легкоплавким металлом, таким как алюминий, а также все вышеперечисленные металлы и их сплавы, в среде расплавленных солей может происходить самозарождение зародыша алмаза в расплавленной металлической матрице.In the interaction of carbon, which is part of an inorganic or organic compound, in air with molten low-melting metal such as aluminum, as well as all of the above metals and their alloys, spontaneous nucleation of a diamond nucleus in a molten metal matrix can occur in the medium of molten salts.

Растворимость углерода в вышеперечисленных металлах крайне мала: в алюминии 0.03 ат.%, в свинце 0.0004 ат.%. Кроме того, ни алюминий, ни свинец, так же как и все вышеперечисленные металлы и их сплавы, не смачивают графит и алмаз, т.к. вплоть до 1100°C имеют углы смачивания более 130°. Карбиды алюминия, магния и цинка являются химически нестойкими, диссоциируют в воде нацело с образованием соответствующих гидроксидов и газообразных углеводородов. Существование карбида свинца и карбида олова является дискуссионным вопросом. В любом случае, если бы они существовали, то также были бы химически нестойки. Температура плавления всех вышеперечисленных металлов составляет 232°C для олова, 327°C для свинца, 419°C для цинка, 665°C для магния и 666°C для алюминия. Поэтому солевой электролит подбирался таким образом, чтобы температура плавления солевых смесей была ниже 700°C, а также, чтобы в состав электролита входили либо негигроскопичные соли, либо соли, которые было бы легко осушить сплавлением с хлоридом аммония, например. Поэтому в состав солевого электролита входили хлориды и фториды щелочных металлов, а также алюминия и аммония.The solubility of carbon in the above metals is extremely small: in aluminum 0.03 at.%, In lead 0.0004 at.%. In addition, neither aluminum nor lead, as well as all of the above metals and their alloys, moisten graphite and diamond, because up to 1100 ° C have contact angles greater than 130 °. Carbides of aluminum, magnesium and zinc are chemically unstable, dissociate completely in water with the formation of the corresponding hydroxides and gaseous hydrocarbons. The existence of lead carbide and tin carbide is a debatable issue. In any case, if they existed, they would also be chemically unstable. The melting point of all of the above metals is 232 ° C for tin, 327 ° C for lead, 419 ° C for zinc, 665 ° C for magnesium and 666 ° C for aluminum. Therefore, the salt electrolyte was selected so that the melting temperature of the salt mixtures was below 700 ° C, and also that the electrolyte included either non-hygroscopic salts or salts that could be easily dried by fusion with ammonium chloride, for example. Therefore, the composition of the salt electrolyte included chlorides and fluorides of alkali metals, as well as aluminum and ammonium.

Углеродсодержащая добавка в заявленном способе является источником атомарного углерода, который при его пересыщении в металле и дальнейшем охлаждении образует в металлической матрице алмазы. В качестве углеродсодержащей добавки используют карбиды металлов или неметаллов или твердые органические вещества, относящиеся к классам углеводородов, или углеводов, или карбоновых кислот. Это могут быть предельные углеводороды: парафины или церезины с общей формулой С10 и выше; двухосновные карбоновые кислоты: щавелевая кислота, янтарная кислота; гидроксикислоты: винная кислота, молочная кислота, яблочная кислота, лимонная кислота, хинная кислота; продукты частичного окисления сахаров; углеводы: глюкоза, фруктоза, сахароза, мальтоза, а также полисахариды, такие как крахмал и ряд других в виде порошков с размером частиц от 0.5 до 200 мкм. Не было зафиксировано существенных отличий в условиях синтеза алмазов при использовании различных прекурсоров, относящихся к одному классу органических или неорганических веществ.The carbon-containing additive in the claimed method is a source of atomic carbon, which, when it is supersaturated in the metal and further cooling, forms diamonds in the metal matrix. As a carbon-containing additive, carbides of metals or non-metals or solid organic substances belonging to the classes of hydrocarbons or carbohydrates or carboxylic acids are used. These can be saturated hydrocarbons: paraffins or ceresins with the general formula C 10 and higher; dibasic carboxylic acids: oxalic acid, succinic acid; hydroxyacids: tartaric acid, lactic acid, malic acid, citric acid, quinic acid; products of partial oxidation of sugars; carbohydrates: glucose, fructose, sucrose, maltose, as well as polysaccharides such as starch and a number of others in the form of powders with a particle size of from 0.5 to 200 microns. There were no significant differences in the synthesis of diamonds when using various precursors belonging to the same class of organic or inorganic substances.

Возможные реакции выделения свободного углерода при взаимодействии жидких металлов с карбидами металлов и неметаллов на воздухе представлены в таблице.Possible reactions for the release of free carbon during the interaction of liquid metals with carbides of metals and non-metals in air are presented in the table.

Известно, что взаимодействие алюминия, а также вышеперечисленных металлов и сплавов, и углерода на макроуровне не происходит до температуры 1100°C. Поэтому введение углерода в эти металлы и сплавы в количествах, превышающих растворимость, возможно только на атомарном уровне. Углерод выделяется в виде атомов на металлической поверхности и диффундирует внутри жидкой металлической капли.It is known that the interaction of aluminum, as well as the above metals and alloys, and carbon at the macro level does not occur up to a temperature of 1100 ° C. Therefore, the introduction of carbon into these metals and alloys in amounts exceeding solubility is possible only at the atomic level. Carbon is released as atoms on a metal surface and diffuses inside a liquid metal droplet.

Образованные внутри вышеперечисленных металлов углеродные включения хорошо удерживаются в металлической матрице, не выкрашиваются при резке металлической матрицы и ее полировке, что также свидетельствует об образовании зародышей нанокристаллов алмаза из атомов углерода вследствие локальных пересыщений углерода.The carbon inclusions formed inside the above metals are well retained in the metal matrix and do not crumble when cutting the metal matrix and polishing it, which also indicates the formation of diamond nanocrystals from carbon atoms due to local carbon supersaturations.

Поскольку подвижность атомарного углерода в расплавленных металлах (Al, Mg, Zn, Pb, Sn) имеет тот же порядок величины, что и в расплавленных галогенидах щелочных металлов, то очевидно, что при взаимодействии расплавленных металлов с углеродсодержащим галогенидным расплавом реально достигается содержание в них углерода, которое в десятки и сотни раз превышает известную из литературных данных растворимость, т.к., вероятно, эти данные были получены при прямом растворении массивного углерода в расплавленных вышеперечисленных металлах, которое действительно очень ограниченно.Since the mobility of atomic carbon in molten metals (Al, Mg, Zn, Pb, Sn) is of the same order of magnitude as in molten alkali metal halides, it is obvious that the interaction of molten metals with a carbon-containing halide melt actually achieves a carbon content in them , which is tens and hundreds of times higher than the solubility known from the literature, because, probably, these data were obtained by direct dissolution of bulk carbon in the molten metals listed above, which and void is very limited.

При застывании от 700-900°C до комнатной температуры объем капли алюминия, например, уменьшается на 12-13%. Такое изменение объема не позволяет предполагать сильного повышения давления внутри капли при застывании, которого могло бы быть достаточно для перехода графита в алмаз. Предполагаемый механизм заключается в образовании в расплавленном металле раствора, пересыщенного атомами или кластерами атомов углерода. Поэтому даже маленького давления, возникающего при застывании алюминиевой, магниевой, цинковой, свинцовой или оловянной капли в сильно неравновесных условиях, оказывается достаточно для образования микроалмазов высокого качества. Этот механизм позволяет получать алмазы в любой части застывшего металла - в центре алюминиевого королька и на глубине не более 5 мм от его поверхности.When hardening from 700-900 ° C to room temperature, the volume of a drop of aluminum, for example, decreases by 12-13%. Such a change in volume does not allow us to suggest a strong increase in pressure inside the drop during solidification, which could be sufficient for the transition of graphite into diamond. The proposed mechanism is the formation of a solution in the molten metal supersaturated with atoms or clusters of carbon atoms. Therefore, even a small pressure arising from the solidification of an aluminum, magnesium, zinc, lead or tin drop under highly nonequilibrium conditions is sufficient for the formation of high-quality micro diamonds. This mechanism allows you to get diamonds in any part of the solidified metal - in the center of the aluminum bead and at a depth of not more than 5 mm from its surface.

После остывания металлическую каплю растворяли в 20% растворе HCl, после чего образованные нано- и микроалмазы оставались в растворе, откуда были осаждены на различные металлические подложки, в частности на титановую фольгу.After cooling, a metal drop was dissolved in a 20% HCl solution, after which the formed nano and micro diamonds remained in the solution, from where they were deposited on various metal substrates, in particular, on a titanium foil.

По всей вероятности, этот метод получения алмазов внутри расплавленной алюминиевой матрицы в среде расплавленных галогенидов щелочных металлов - самый аппаратурно простой и дешевый, т.к. может быть осуществлен без применения аппаратов высокого давления, высокого вакуума, а также без применения дорогостоящих расходных материалов. Метод экологически чистый и может быть отнесен к зеленой химии. Переход на подобную технологию производства искусственных алмазов мог бы значительно изменить доступность и стоимость искусственных алмазов, применяемых в различных сферах производства. В настоящее время не выявлено никаких причин, которые могли бы мешать прямому синтезу алмазов в алюминиевой матрице предлагаемым методом.In all likelihood, this method of producing diamonds inside a molten aluminum matrix in an environment of molten alkali metal halides is the most simple and cheap hardware, because can be carried out without the use of high-pressure apparatuses, high vacuum, as well as without the use of expensive consumables. The method is environmentally friendly and can be attributed to green chemistry. The transition to a similar technology for the production of artificial diamonds could significantly change the availability and cost of artificial diamonds used in various fields of production. At present, no reasons have been identified that could interfere with the direct synthesis of diamonds in an aluminum matrix by the proposed method.

Впервые осуществлен синтез алмазов в расплавленном алюминии при взаимодействии его с углеродсодержащим галогенидным расплавом при 700-750°C при нормальном атмосферном давлении. Показано, что образуемые кристаллы алмаза имеют кубическую сингонию, хорошо огранены, их размеры варьируются от 20 нм до 20 мкм.For the first time, the synthesis of diamonds in molten aluminum was carried out by its interaction with a carbon-containing halide melt at 700-750 ° C at normal atmospheric pressure. It is shown that the formed diamond crystals have a cubic syngony, are well faceted, their sizes vary from 20 nm to 20 μm.

Новый технический результат, достигаемый заявленным изобретением, заключается в синтезе кубических нано- и микроалмазов при атмосферном давлении и снижении температуры процесса без использования сложного технологического оборудования, а также в снижении трудоемкости и обеспечении экологической безопасности процесса.A new technical result achieved by the claimed invention consists in the synthesis of cubic nanodiamonds and microdiamonds at atmospheric pressure and lowering the temperature of the process without the use of sophisticated technological equipment, as well as in reducing labor intensity and ensuring environmental safety of the process.

Заявленное изобретение иллюстрируется следующим. На фиг. 1 представлено SEM-изображение поперечного шлифа алюминий-алмазного композитного материала, полученного при химическом взаимодействии алюминиевого расплава с карбидом вольфрама при 900°C, содержащего 2 мас.% углерода в виде кубического алмаза; на фиг. 2 - Рамановский спектр алмазного включения; на фиг. 3 - линии Кикучи кубического алмаза, снятые в режиме EBDS; на фиг. 4 представлено SEM-изображение поперечного шлифа свинец-алмазного композита, полученного при взаимодействии чистого свинца с порошкообразным карбидом бора при 700°C, содержащего 0.58 мас.% углерода; на фиг. 5 - Рамановский спектр алмазного включения в виде наноигл; на фиг. 6 - линии Кикучи кубического алмаза, снятые в режиме EBDS; на фиг. 7 представлено SEM-изображение поперечного шлифа магний-алмазного композита, полученного при взаимодействии магниевого расплава с винной кислотой при 800°C, содержащего 0.8 мас.% углерода; на фиг. 8 - Рамановский спектр алмазного включения; на фиг. 9 - линии Кикучи кубического алмаза, снятые в режиме EBDS; на фиг. 10 представлено SEM-изображение поперечного шлифа цинк-алмазного композита, полученного при взаимодействии цинкового расплава с карбидом кремния при 800°C, содержащего 1.2 мас.% углерода; на фиг. 11 - Рамановский спектр алмазного включения; на фиг. 12 представлено SEM-изображение поперечного шлифа магний-алмазного композита, полученного при взаимодействии магниевого расплава с глюкозой при 800°C, содержащего 1.8 мас.% углерода; на фиг. 13 - Рамановский спектр алмазного включения; на фиг. 14 - SEM-изображение кубического кристалла алмаза после растворения алюминиевой матрицы в растворе соляной кислоты, высаженного на титановую подложку. На фиг. 15 представлено оптическое изображение поперечного шлифа алюминий-алмазного композитного материала, полученного при химическом взаимодействии алюминиевого расплава с парафином при 700°C, содержащего 2.7 мас.% углерода в виде кубического алмаза (увеличение × 800); на фиг. 16 - Рамановский спектр алмазного включения; на фиг. 17 представлено оптическое изображение поперечного шлифа алюминий-алмазного композитного материала, полученного при химическом взаимодействии расплава силумина с сахарозой при 750°C, содержащего 0.8 мас.% углерода в виде кубического алмаза; на фиг. 18 - Рамановский спектр алмазного включения.The claimed invention is illustrated by the following. In FIG. 1 shows a SEM image of a cross section of an aluminum-diamond composite material obtained by chemical interaction of an aluminum melt with tungsten carbide at 900 ° C, containing 2 wt.% Carbon in the form of a cubic diamond; in FIG. 2 - Raman spectrum of diamond inclusion; in FIG. 3 - Kikuchi lines of cubic diamond, shot in EBDS mode; in FIG. 4 is a SEM image of a cross section of a lead-diamond composite obtained by reacting pure lead with powdered boron carbide at 700 ° C. containing 0.58 wt.% Carbon; in FIG. 5 - Raman spectrum of diamond inclusion in the form of nano needles; in FIG. 6 - Kikuchi lines of cubic diamond, shot in EBDS mode; in FIG. 7 is a SEM image of a cross section of a magnesium-diamond composite obtained by reacting a magnesium melt with tartaric acid at 800 ° C. containing 0.8 wt.% Carbon; in FIG. 8 - Raman spectrum of diamond inclusion; in FIG. 9 - Kikuchi lines of cubic diamond, shot in EBDS mode; in FIG. 10 is a SEM image of a cross section of a zinc-diamond composite obtained by reacting a zinc melt with silicon carbide at 800 ° C. containing 1.2 wt.% Carbon; in FIG. 11 - Raman spectrum of diamond inclusion; in FIG. 12 is a SEM image of a cross section of a magnesium-diamond composite obtained by reacting a magnesium melt with glucose at 800 ° C. containing 1.8 wt.% Carbon; in FIG. 13 - Raman spectrum of diamond inclusion; in FIG. 14 is an SEM image of a cubic diamond crystal after dissolution of the aluminum matrix in a solution of hydrochloric acid deposited on a titanium substrate. In FIG. 15 is an optical image of a transverse section of an aluminum-diamond composite material obtained by chemical interaction of an aluminum melt with paraffin at 700 ° C, containing 2.7 wt.% Carbon in the form of cubic diamond (magnification × 800); in FIG. 16 - Raman spectrum of diamond inclusion; in FIG. 17 is an optical image of a transverse section of an aluminum-diamond composite material obtained by chemical interaction of a silumin melt with sucrose at 750 ° C, containing 0.8 wt.% Carbon in the form of a cubic diamond; in FIG. 18 - Raman spectrum of diamond inclusion.

Пример 1.Example 1

В печь вертикального нагрева поместили алундовый тигель, на его дно помещали 40 г сухой смеси хлоридов и фторидов аммония, содержащей 2 г порошка карбида вольфрама с размером частиц до 200 мкм. Поверх карбидсодержащей солевой смеси помещают алюминиевый диск чистотой А999 либо его сплавы, на который насыпали 10 г мелкораздробленной солевой смеси. После чего печь нагревали до температуры 900°C и выдерживали в атмосфере воздуха в течение 5 ч, после чего быстро охлаждали при интенсивной вентиляции. При этом карбид вольфрама перешел в алюминиевый расплав с образованием алюминий-алмазного композита. Изображение поперечного шлифа алюминий-алмазного композитного материала представлено на фиг. 1. Данные Рамановской спектроскопии, представленные на фиг. 2, свидетельствуют об образовании кубического алмаза, линии Кикучи, представленные на фиг. 3 также свидетельствуют об образовании кубического алмаза.An alundum crucible was placed in a vertical heating furnace, 40 g of a dry mixture of ammonium chlorides and fluorides containing 2 g of tungsten carbide powder with a particle size of up to 200 μm were placed on its bottom. On top of the carbide-containing salt mixture, an aluminum disk of A999 purity or its alloys is placed on which 10 g of finely divided salt mixture is poured. After that, the furnace was heated to a temperature of 900 ° C and kept in an atmosphere of air for 5 h, after which it was quickly cooled with intensive ventilation. In this case, tungsten carbide passed into the aluminum melt with the formation of an aluminum-diamond composite. A cross sectional view of an aluminum-diamond composite material is shown in FIG. 1. Raman spectroscopy data presented in FIG. 2 indicate the formation of cubic diamond, the Kikuchi lines shown in FIG. 3 also indicate the formation of cubic diamond.

Пример 2.Example 2

В печь вертикального нагрева поместили алундовый тигель, на его дно помещали 40 г сухой смеси хлоридов лития, содержащей 2 г порошка карбида бора, содержащей 4 г порошка карбида бора с размером частиц до 100 мкм. Поверх карбидсодержащей солевой смеси помещают диск из свинцового сплава марки С1, на который насыпали 10 г мелкораздробленной той же солевой смеси с порошком карбида бора. После чего печь нагревали до температуры 700°C и выдерживали в атмосфере воздуха в течение 2 ч, после чего быстро охлаждали, выливая расплав, содержащий соль и металл, в алундовый тигель, помещенный в снег. При этом карбид бора перешел в расплав с образованием свинец-алмазного композита. Изображение поперечного шлифа свинец-алмазного композитного материала представлено на фиг. 4. Данные Рамановской спектроскопии наноигл, представленные на фиг. 5, свидетельствуют об образовании кубического алмаза, линии Кикучи, представленные на фиг. 6 также свидетельствуют об образовании кубического алмаза.An alundum crucible was placed in a vertical heating furnace; 40 g of a dry mixture of lithium chloride containing 2 g of boron carbide powder containing 4 g of boron carbide powder with a particle size of up to 100 μm was placed at its bottom. On top of the carbide-containing salt mixture, a C1 grade lead alloy disk is placed on which 10 g of finely divided the same salt mixture with boron carbide powder are poured. After that, the furnace was heated to a temperature of 700 ° C and kept in an atmosphere of air for 2 h, after which it was quickly cooled by pouring a melt containing salt and metal into an alundum crucible placed in snow. In this case, boron carbide passed into the melt with the formation of a lead-diamond composite. A cross sectional image of a lead-diamond composite is shown in FIG. 4. The Raman spectroscopy data of the nano-needles shown in FIG. 5 indicate the formation of cubic diamond, the Kikuchi lines shown in FIG. 6 also indicate the formation of cubic diamond.

Пример 3.Example 3

В печь вертикального нагрева поместили алундовый тигель, на его дно помещали 40 г сухой смеси хлоридов и фторидов натрия, содержащей 1 г порошка винной кислоты. Поверх углеродсодержащей солевой смеси помещают магний, на который насыпали 10 г той же смеси. После чего печь нагревали до температуры 800°C и выдерживали в атмосфере воздуха в течение 1 ч, после чего расплавленную смесь охлаждали в печи. Затем магний-алмазный композит отмывали от солей, высушивали и подвергали дополнительному термическому отжигу при температуре 360°C в течение 6 ч. При этом атомарный углерод перешел в магниевый расплав с образованием магний-алмазного композита. Изображение поперечного шлифа магний-алмазного композитного материала представлено на фиг. 7. Данные Рамановской спектроскопии, представленные на фиг. 8, свидетельствуют об образовании кубического алмаза, линии Кикучи, представленные на фиг. 9 также свидетельствуют об образовании кубического алмаза.An alundum crucible was placed in a vertical heating furnace; 40 g of a dry mixture of sodium chloride and fluoride containing 1 g of tartaric acid powder was placed on its bottom. Magnesium was placed on top of the carbon-containing salt mixture, onto which 10 g of the same mixture was poured. After that, the furnace was heated to a temperature of 800 ° C and kept in an atmosphere of air for 1 h, after which the molten mixture was cooled in a furnace. Then, the magnesium – diamond composite was washed from salts, dried, and subjected to additional thermal annealing at a temperature of 360 ° C for 6 h. At the same time, atomic carbon transferred to the magnesium melt to form a magnesium – diamond composite. A cross-sectional image of a magnesium-diamond composite material is shown in FIG. 7. Raman spectroscopy data presented in FIG. 8 indicate the formation of cubic diamond, the Kikuchi lines shown in FIG. 9 also indicate the formation of cubic diamond.

Пример 4.Example 4

В печь вертикального нагрева поместили алундовый тигель, на его дно помещали 40 г сухой смеси хлоридов и фторидов калия, содержащей 4 г порошка карбида кремния. Поверх карбидсодержащей солевой смеси помещают гранулированный цинк, на который насыпали 10 г той же смеси. После чего печь нагревали до температуры 800°C и выдерживали в атмосфере воздуха в течение 1 ч, после чего расплавленную смесь охлаждали в печи. Затем цинк-алмазный композит отмывали от солей, высушивали и подвергали дополнительному термическому отжигу при температуре 300°C в течение 2 ч. При этом атомарный углерод перешел в цинковый расплав с образованием цинк-алмазного композита. Изображение поперечного шлифа цинк-алмазного композитного материала представлено на фиг. 10. Данные Рамановской спектроскопии, представленные на фиг. 11, свидетельствуют об образовании кубического алмаза.An alundum crucible was placed in a vertical heating furnace; 40 g of a dry mixture of potassium chlorides and fluorides containing 4 g of silicon carbide powder was placed on its bottom. Granulated zinc was placed on top of the carbide-containing salt mixture, onto which 10 g of the same mixture was poured. After that, the furnace was heated to a temperature of 800 ° C and kept in an atmosphere of air for 1 h, after which the molten mixture was cooled in a furnace. Then, the zinc-diamond composite was washed from salts, dried, and subjected to additional thermal annealing at a temperature of 300 ° C for 2 h. At the same time, atomic carbon transferred to the zinc melt with the formation of the zinc-diamond composite. A cross-sectional image of a zinc-diamond composite material is shown in FIG. 10. The Raman spectroscopy data presented in FIG. 11 indicate the formation of cubic diamond.

Пример 5.Example 5

В печь вертикального нагрева поместили алундовый тигель, на его дно помещали 40 г сухой смеси хлоридов и фторидов цезия, содержащей 5 г глюкозы. Поверх углерод-содержащей солевой смеси помещают сплав олова, на который насыпали 10 г той же смеси. После чего печь нагревали до температуры 800°C и выдерживали в атмосфере воздуха в течение 1 ч, после чего расплавленную смесь охлаждали в печи со скоростью 1 град в мин. При этом атомарный углерод перешел в оловянный расплав с образованием олово-алмазного композита. Изображение поперечного шлифа олово-алмазного композитного материала представлено на фиг. 12. Данные Рамановской спектроскопии, представленные на фиг. 13, свидетельствуют об образовании кубического алмаза.An alundum crucible was placed in a vertical heating furnace; 40 g of a dry mixture of cesium chloride and fluoride containing 5 g of glucose was placed at its bottom. A tin alloy was placed on top of the carbon-containing salt mixture onto which 10 g of the same mixture was poured. After that, the furnace was heated to a temperature of 800 ° C and kept in an atmosphere of air for 1 h, after which the molten mixture was cooled in an oven at a rate of 1 deg per min. At the same time, atomic carbon transferred to the tin melt with the formation of a tin-diamond composite. A cross-sectional image of a tin-diamond composite material is shown in FIG. 12. The Raman spectroscopy data presented in FIG. 13 indicate the formation of cubic diamond.

При химическом взаимодействии солевого плава, содержащего карбиды металлов или неметаллов либо твердые органические вещества, с расплавленными алюминием, магнием, свинцом, оловом, цинком могут быть получены композиты с объемным содержанием до 2 мас.% нано- и микроалмазов в зависимости от температуры, концентрации и вида углеродсодержащей добавки, времени высокотемпературного взаимодействия, а также режимов последующего охлаждения и/или термообработки в нестационарных условиях. При растворении металл-алюминиевых композитов в 20% растворе соляной кислоты были выделены индивидуальные кристаллы алмазов кубической сингонии размерами от 1 до 10 мкм, которые представлены на фиг. 14.In the chemical interaction of a salt melt containing carbides of metals or nonmetals or solid organic substances with molten aluminum, magnesium, lead, tin, and zinc, composites can be obtained with a volume content of up to 2 wt.% Nano- and microdiamonds, depending on temperature, concentration and the type of carbon-containing additive, the time of high-temperature interaction, as well as the subsequent cooling and / or heat treatment under unsteady conditions. Upon dissolution of metal-aluminum composites in a 20% hydrochloric acid solution, individual crystals of cubic syngony diamonds with sizes from 1 to 10 μm were isolated, which are shown in FIG. fourteen.

Пример 6.Example 6

В печь вертикального нагрева поместили алундовый тигель, на его дно помещали 40 г сухой смеси хлоридов и фторидов лития, натрия, калия, цезия, содержащей 10 г парафина. Поверх углеродсодержащей солевой смеси помещали технический алюминий, на который насыпали 10 г той же смеси. После чего печь нагревали до температуры 700°C и выдерживали в атмосфере воздуха в течение 1 ч, после чего расплавленную смесь быстро охлаждали на воздухе с принудительной вентиляцией. При этом атомарный углерод перешел в алюминиевый расплав с образованием алюминий-алмазного композита. Изображение поперечного шлифа алюминий-алмазного композитного материала представлено на фиг. 15. Данные Рамановской спектроскопии, представленные на фиг. 16, свидетельствуют об образовании кубического алмаза.An alundum crucible was placed in a vertical heating furnace, 40 g of a dry mixture of chlorides and fluorides of lithium, sodium, potassium, cesium containing 10 g of paraffin were placed on its bottom. Technical aluminum was placed on top of the carbon-containing salt mixture onto which 10 g of the same mixture was poured. After that, the furnace was heated to a temperature of 700 ° C and kept in an atmosphere of air for 1 h, after which the molten mixture was rapidly cooled in air with forced ventilation. At the same time, atomic carbon transferred to the aluminum melt with the formation of an aluminum-diamond composite. A cross sectional view of an aluminum-diamond composite material is shown in FIG. 15. Raman spectroscopy data presented in FIG. 16 indicate the formation of cubic diamond.

Пример 7.Example 7

В печь вертикального нагрева поместили алундовый тигель, на его дно помещали 40 г сухой смеси хлоридов и фторидов лития, натрия, калия, цезия, содержащей 10 г сахарозы. Поверх углеродсодержащей солевой смеси помещали диск из силумина (сплава алюминия, содержащего 9 мас.% кремния), на который насыпали 10 г той же смеси. После чего печь нагревали до температуры 750°C и выдерживали при этой температуре в атмосфере воздуха в течение 1 ч, после чего температуру печи понижали до 350°C и выдерживали при этой температуре 3 ч, затем тигель охлаждали до комнатной температуры в условиях естественной вентиляции. При этом атомарный углерод перешел в силуминовый расплав с образованием алюминий-алмазного композита. Изображение поперечного шлифа алюминий-алмазного композитного материала представлено на фиг. 17. Данные Рамановской спектроскопии, представленные на фиг. 18, свидетельствуют об образовании кубического алмаза.An alundum crucible was placed in a vertical heating furnace, 40 g of a dry mixture of lithium, sodium, potassium, cesium chloride and fluoride containing 10 g of sucrose were placed on its bottom. On top of the carbon-containing salt mixture, a disk of silumin (an aluminum alloy containing 9 wt.% Silicon) was placed on which 10 g of the same mixture was poured. After that, the furnace was heated to a temperature of 750 ° C and kept at this temperature in an atmosphere of air for 1 h, after which the furnace temperature was lowered to 350 ° C and kept at this temperature for 3 h, then the crucible was cooled to room temperature under natural ventilation. At the same time, atomic carbon transferred to the silumin melt with the formation of an aluminum-diamond composite. A cross sectional view of an aluminum-diamond composite material is shown in FIG. 17. The Raman spectroscopy data presented in FIG. 18 indicate the formation of cubic diamond.

Таким образом, заявленный химический метод получения алмазов кубической сингонии при непосредственном взаимодействии углеродсодержащих компонентов галогенидного расплава с расплавленной металлической (алюминиевой, магниевой, цинковой, оловянной, свинцовой) либо из их сплавов матрицей может стать основой для создания новой, не имеющей аналогов, технологии синтеза нано- и микроалмазов.Thus, the claimed chemical method for producing diamonds of cubic syngony in the direct interaction of the carbon-containing components of the halide melt with molten metal (aluminum, magnesium, zinc, tin, lead) or a matrix from their alloys can become the basis for creating a new technology of nano synthesis, which has no analogues - and micro diamonds.

Литература:Literature:

1. Лейпунский О.И. Об искусственных алмазах // Успехи химии. 1939. Т. 8, №10. С. 1519-1527.1. Leipunsky O.I. About artificial diamonds // Advances in Chemistry. 1939. T. 8, No. 10. S. 1519-1527.

2. Little R.В., Roache J. Treatise on the Resolution of the diamond problem after 200 years // Progress in Solid State Chemistry 36 (2008) 223-251.2. Little R. B., Roache J. Treatise on the Resolution of the diamond problem after 200 years // Progress in Solid State Chemistry 36 (2008) 223-251.

3. Lin I-Ch., Lin Ch.-J., Tuan W.-H. Diffusion coefficient of carbon in Fe-Ni alloy during synthesis of diamond under hightemperature and high pressure // Ceramics International 39 (2013) 8861-8864.3. Lin I-Ch., Lin Ch.-J., Tuan W.-H. Diffusion coefficient of carbon in Fe-Ni alloy during synthesis of diamond under hightemperature and high pressure // Ceramics International 39 (2013) 8861-8864.

4. Sumiya H. 3.09-HPHT Synthesis of Large, High-Quality, Single Crystal Diamonds // Comprehensive Hard Materials 3 (2014) 195-215.4. Sumiya H. 3.09-HPHT Synthesis of Large, High-Quality, Single Crystal Diamonds // Comprehensive Hard Materials 3 (2014) 195-215.

5. Vereshchagin L.F, Kalashnikov Y.A, Feklichev E.M, Nikol′skaya I.V, Tikhomirova L.M. Mechanism of the polymorphic transformation of graphite into diamond. Doklady Akademii Nauk SSSR 1965; 162 ( 5): 1027-1039.5. Vereshchagin L.F., Kalashnikov Y.A., Feklichev E.M., Nikol′skaya I.V., Tikhomirova L.M. Mechanism of the polymorphic transformation of graphite into diamond. Doklady Akademii Nauk SSSR 1965; 162 (5): 1027-1039.

6. Moisson H. The problem of artificial production of diamond. Nature 1893; 121: 799-800.6. Moisson H. The problem of artificial production of diamond. Nature 1893; 121: 799-800.

7. Liu W.Q., Ma H.A., Li X.L., Liang Z.Z., Li R., Jia X. Effects of additive Al on the HPHT diamond synthesis in an Fe-Mn-C system // Diamond & Related Materials 16 (2007) 1486-1489.7. Liu WQ, Ma HA, Li XL, Liang ZZ, Li R., Jia X. Effects of additive Al on the HPHT diamond synthesis in an Fe-Mn-C system // Diamond & Related Materials 16 (2007) 1486- 1489.

8. Palyanov Yu. N., Kupriyanov I.N., Khokhryakov A.F., Ralchenko V.G. 17- Crystal Growth of Diamond Handbook of Crystal Growth (Second Edition), Elsevier, 2015, 671-713.8. Palyanov Yu. N., Kupriyanov I.N., Khokhryakov A.F., Ralchenko V.G. 17- Crystal Growth of Diamond Handbook of Crystal Growth (Second Edition), Elsevier, 2015, 671-713.

9. Kaneko J., Yonezawa Ch., Kasugai Y., Sumiya H., Nishitani T. Determination of metallic impurities in high-purity type IIa diamond grown by high-pressure and high-temperature synthesis using neutron activation analysis // Diamond and Related Materials, 9, 2000, 2019-2023.9. Kaneko J., Yonezawa Ch., Kasugai Y., Sumiya H., Nishitani T. Determination of metallic impurities in high-purity type IIa diamond grown by high-pressure and high temperature synthesis using neutron activation analysis // Diamond and Related Materials, 9, 2000, 2019-2023.

Figure 00000001
Figure 00000001

Claims (1)

Химический способ получения искусственных алмазов, включающий синтез алмазов в расплавленной металлической матрице, отличающийся тем, что синтез алмазов осуществляют при непосредственном взаимодействии углеродсодержащей добавки, содержащейся в концентрациях от 2 до 10 мас.% в расплаве хлоридов и/или фторидов щелочных металлов, с расплавленными металлами, такими как алюминий, цинк, магний, олово, свинец, а также их сплавами в течение 1-5 ч при температуре 700-900°C в атмосфере воздуха и последующем охлаждении и/или термообработке, при этом в качестве углеродсодержащей добавки используют карбиды металлов или неметаллов или твердые органические вещества, относящиеся к классам углеводородов, или углеводов, или карбоновых кислот. A chemical method for producing artificial diamonds, including the synthesis of diamonds in a molten metal matrix, characterized in that the synthesis of diamonds is carried out by direct interaction of a carbon-containing additive contained in concentrations from 2 to 10 wt.% In a melt of alkali metal chlorides and / or fluorides with molten metals such as aluminum, zinc, magnesium, tin, lead, as well as their alloys for 1-5 hours at a temperature of 700-900 ° C in an atmosphere of air and subsequent cooling and / or heat treatment, while As a carbon-containing additive, carbides of metals or nonmetals or solid organic substances belonging to the classes of hydrocarbons or carbohydrates or carboxylic acids are used.
RU2015114206/05A 2015-04-16 2015-04-16 Chemical method of producing artificial diamonds RU2586140C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015114206/05A RU2586140C1 (en) 2015-04-16 2015-04-16 Chemical method of producing artificial diamonds

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015114206/05A RU2586140C1 (en) 2015-04-16 2015-04-16 Chemical method of producing artificial diamonds

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2586140C1 true RU2586140C1 (en) 2016-06-10

Family

ID=56115282

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015114206/05A RU2586140C1 (en) 2015-04-16 2015-04-16 Chemical method of producing artificial diamonds

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2586140C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2650971C1 (en) * 2016-08-15 2018-04-18 Леонид Васильевич Носачев Nanodiamonds synthesis method

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012019112A2 (en) * 2010-08-05 2012-02-09 University Of Houston System Method of producing diamond powder and doped diamonds
WO2014088068A1 (en) * 2012-12-06 2014-06-12 住友電気工業株式会社 Polycrystalline diamond body, manufacturing method therefor, and tool

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012019112A2 (en) * 2010-08-05 2012-02-09 University Of Houston System Method of producing diamond powder and doped diamonds
WO2014088068A1 (en) * 2012-12-06 2014-06-12 住友電気工業株式会社 Polycrystalline diamond body, manufacturing method therefor, and tool

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2650971C1 (en) * 2016-08-15 2018-04-18 Леонид Васильевич Носачев Nanodiamonds synthesis method

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101858799B1 (en) Process for pure carbon production, compositions, and methods thereof
Elagin et al. Aluminum nitride. Preparation methods
US20160016805A1 (en) Method for producing synthetic diamonds
Langenderfer et al. Detonation synthesis of silicon carbide nanoparticles
Radwan et al. A modified direct nitridation method for formation of nano-AlN whiskers
JP2017505747A (en) Production of boron phosphide by reduction of boron phosphate with alkali metal
RU2586140C1 (en) Chemical method of producing artificial diamonds
Li et al. High-pressure synthesis and characterization of thermal-stable boron-doped diamond single crystals
Tan et al. Low temperature synthesis of 2H-SiC powders via molten-salt-mediated magnesiothermic reduction
DE3874689T2 (en) METHOD FOR PRODUCING RARE EARTH BORIDES.
JPH01313322A (en) Production of rare earth element boride
Singhal et al. Synthesis of cubic boron nitride from amorphous boron nitride containing oxide impurity using Mg–Al alloy catalyst solvent
Wang et al. Low-temperature synthesis of high-purity boron carbide via an aromatic polymer precursor
JPS6351965B2 (en)
WO2003051773A1 (en) Process for the production of elemental boron by solid state reaction
Hosomi Graphite-diamond conversion proceeded by the use of carburized cobalt solvent
Zarechnaya et al. Growth of single crystals of B28 at high pressures and high temperatures
US3773903A (en) Method of manufacturing diamond crystals
RU2547485C1 (en) Method of producing super hard composite material
Singh et al. Behaviour of glassy carbon under high pressure and temperature in the presence of invar alloy catalyst
Sonin et al. Synthesis of diamond from polycyclic aromatic hydrocarbons (anthracene) in the presence of an Fe, Ni-melt at 5.5 GPa and 1450° C
Carlsson et al. Synthesis of La X Ce 1− X B 6 whiskers.
JPS6214487B2 (en)
Turkevich Thermodynamic and Kinetic Aspects of Spontaneus Crystallization of Diamond and Cubic Boron Nitride
JPH1025198A (en) Separation and purification of bcn substance having diamond-type crystal structure

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20170417

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20171221

PC41 Official registration of the transfer of exclusive right

Effective date: 20210426