RU2703212C1 - Method of producing detonation nanodiamonds - Google Patents
Method of producing detonation nanodiamonds Download PDFInfo
- Publication number
- RU2703212C1 RU2703212C1 RU2019106757A RU2019106757A RU2703212C1 RU 2703212 C1 RU2703212 C1 RU 2703212C1 RU 2019106757 A RU2019106757 A RU 2019106757A RU 2019106757 A RU2019106757 A RU 2019106757A RU 2703212 C1 RU2703212 C1 RU 2703212C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- explosive
- dnd
- tetryl
- charge
- water
- Prior art date
Links
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82B—NANOSTRUCTURES FORMED BY MANIPULATION OF INDIVIDUAL ATOMS, MOLECULES, OR LIMITED COLLECTIONS OF ATOMS OR MOLECULES AS DISCRETE UNITS; MANUFACTURE OR TREATMENT THEREOF
- B82B3/00—Manufacture or treatment of nanostructures by manipulation of individual atoms or molecules, or limited collections of atoms or molecules as discrete units
- B82B3/0061—Methods for manipulating nanostructures
- B82B3/0066—Orienting nanostructures
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к химической технологии, а, именно, к производству детонационных наноалмазов (ДНА). ДНА в настоящее врем широко используются в гальванике, полимерной химии, в виде масляных композиций, в полировальных финишных композициях, медицине, биологи и т.д.The invention relates to chemical technology, namely, to the production of detonation nanodiamonds (DND). DNDs are currently widely used in electroplating, polymer chemistry, in the form of oil compositions, in polishing finishing compositions, medicine, biologists, etc.
Широко известна технология производства ДНА при подрыве смеси тротила и гексогена ~ 50/50 [Даниленко В.В. Взрыв: физика, техника, технология / М.: Энергоатомиздат, 2010. - 784 с. - ISBN 978-5-283-00857-8; Ставер A.M., Лямкин А.И. Получение ультрадисперсных алмазов из взрывных веществ // В межвузовском сб. «Ультрадисперсные материалы. Получение и свойства», Красноярск, изд.: ротапринт КрПИ. - 1990. - С. 3-22; Даниленко В.В. Особенности синтеза детонационных наноалмазов // Физика горения и взрыва. - 2005. - Т. 41, №5. - С. 104-116; Долматов В.Ю. Детонационные наноалмазы, получение, свойства, применение. - СПб: НПО «Профессионал», 2011-536 с: ил., ув. вкл., ISBN 978-S-91259-073-3].The DND production technology is widely known for undermining a mixture of TNT and RDX ~ 50/50 [Danilenko V.V. Explosion: physics, engineering, technology / M .: Energoatomizdat, 2010 .-- 784 p. - ISBN 978-5-283-00857-8; Staver A.M., Lyamkin A.I. Obtaining ultrafine diamonds from explosives // In interuniversity collection. “Ultrafine materials. Obtaining and properties ”, Krasnoyarsk, ed .: rotoprint KrPI. - 1990. - S. 3-22; Danilenko V.V. Features of the synthesis of detonation nanodiamonds // Combustion and Explosion Physics. - 2005. - T. 41, No. 5. - S. 104-116; Dolmatov V.Yu. Detonation nanodiamonds, production, properties, application. - St. Petersburg: NPO Professional, 2011-536 p., Ill., Uv. incl. ISBN 978-S-91259-073-3].
Известны способы получения ДНА с использованием большого числа различных взрывчатых веществ (ВВ), их смесей, и с добавками различных инертных (невзрывчатых) соединений [Ставер A.M., Лямкин А.И. Получение ультрадисперсных алмазов из взрывных веществ // В межвузовском сб. «Ультрадисперсные материалы. Получение и свойства», Красноярск, изд.: ротапринт КрПИ. - 1990. - С. 3-22].Known methods for producing DND using a large number of different explosives (BB), mixtures thereof, and with the addition of various inert (non-explosive) compounds [Staver A.M., Lyamkin AI Obtaining ultrafine diamonds from explosives // In interuniversity collection. “Ultrafine materials. Obtaining and properties ”, Krasnoyarsk, ed .: rotoprint KrPI. - 1990. - S. 3-22].
Однако, все эти разработки остались невостребованными из-за низкой эффективности (малый выход ДНА), дефицитности и высокой стоимости ВВ, высокой опасности работы как с индивидуальными соединениями, так и с их смесями.However, all these developments remained unclaimed due to low efficiency (low DND yield), scarcity and high cost of explosives, and the high risk of working with both individual compounds and their mixtures.
Существуют громадные невостребованные для прямого назначения в боеприпасах, запасы тетрила (N-метил-N,2,4,6-тетранитроанилин), которым в настоящее время не нашли применения.There are huge unclaimed for direct use in ammunition, reserves of tetryl (N-methyl-N, 2,4,6-tetranitroaniline), which are currently not used.
Ближайшим и единственным аналогом (прототипом) является работа Е.А. Петрова [Е.А. Петров, Исследование физико-химических процессов детонационного синтеза наноалмазов, Сборник докладов Международной научно-технической и методической конференции 22-24 декабря 2004 г., г. Казань, с. 881-888.The closest and only analogue (prototype) is the work of EA Petrova [E.A. Petrov, Study of the physicochemical processes of detonation synthesis of nanodiamonds, Collection of reports of the International Scientific, Technical and Methodological Conference December 22-24, 2004, Kazan, p. 881-888.
По данному способу без оболочки (без бронировки) заряд, полученный прессованием смеси тетрила и гексогена (50/50) (плотности ρ=1,61 г/см3), подрывали во взрывной камере сохранения и получили выход ДНА 2,47% от массы исходной бинарной (двухкомпонентной) смеси.According to this method, without a shell (without reservation), the charge obtained by pressing a mixture of tetrile and hexogen (50/50) (density ρ = 1.61 g / cm 3 ) was blown up in an explosive storage chamber and a DND yield of 2.47% by weight initial binary (two-component) mixture.
Недостатками прототипа являются:The disadvantages of the prototype are:
1) Низкий выход ДНА (2,47% мас.), что делает экономически не выгодным такое производство;1) Low yield of DND (2.47% wt.), Which makes such production economically unprofitable;
2) Подрыв безоболочного заряда с сильным ударным действием газообразных продуктов детонации (ГПД) на стенки и запорную арматуру камеры, что приводит к сильной коррозии стенок камеры (и, соответственно, загрязнению алмазной шихты (АШ), получаемой сразу после взрыва избыточным количеством несгораемых примесей). Количество такой примеси (окислы металлов) может доходить до 30% мас. и более. Такая АШ непригодна для переработки в чистые ДНА, тем более, для прямого использования в гальванике, полимерной химии, маслах и смазках, полировальных композициях.2) Explosion of a cloudless charge with a strong impact of gaseous detonation products (GPA) on the walls and shutoff valves of the chamber, which leads to severe corrosion of the chamber walls (and, accordingly, pollution of the diamond charge (AS) obtained immediately after the explosion with an excess of non-combustible impurities) . The amount of such impurities (metal oxides) can reach up to 30% wt. and more. Such an AS is unsuitable for processing into pure DNDs, especially for direct use in electroplating, polymer chemistry, oils and lubricants, and polishing compositions.
3) Сложность удаления сухой АШ, осевшей на стенки взрывной камеры, как минимум 1/3 АШ уносится с газообразными продуктами взрыва.3) The difficulty of removing dry AS, deposited on the walls of the explosive chamber, at least 1/3 of AS is carried away with the gaseous products of the explosion.
Задача настоящего изобретения состоит в получении высококачественных ДНА по простой технологии с высоким выходом из двухкомпонентных зарядов, включающих тетрил.The objective of the present invention is to obtain high-quality DNDs using a simple technology with a high yield of two-component charges, including tetryl.
Поставленная задача достигается путем подрыва прессованного бинарного заряда тетрила со вторым взрывчатым соединением, в роли которого может выступать тротил, или гексоген (до 45%), или тринитрофенол (пикриновая кислота, ПК) в водной или водно-солевой бронировке (оболочке) при массовом соотношении оболочка : бинарный заряд = (10÷14):1.The task is achieved by undermining the pressed binary charge of tetrile with a second explosive compound, which may be trotyl, or hexogen (up to 45%), or trinitrophenol (picric acid, PC) in an aqueous or water-salt reservation (shell) at a mass ratio shell: binary charge = (10 ÷ 14): 1.
В смеси тетрил-тротил и тетрил-тринитрофенол используют тетрил с содержанием от 50 до 90% мас..In a mixture of tetryl-trotyl and tetryl-trinitrophenol, tetryl is used with a content of 50 to 90% by weight.
В смеси тетрил-гексоген используют тетрил с содержанием от 55 до 95% мас.In a mixture of tetryl-hexogen use tetryl with a content of from 55 to 95% wt.
В качестве водно-солевой оболочки используют водный раствор уротропина или Трилона Б.An aqueous solution of urotropine or Trilon B. is used as a water-salt coating.
Кислородный баланс бинарной смеси выбирается в пределах рекомендуемого диапазона КБ от -35÷-65% [Долматов В.Ю. Оценка применимости зарядов взрывчатых веществ для синтеза детонационных наноалмазов, СТМ, 2016, №5 (233), с. 109-113. / Dolmatov V.Yu., Assessment of applicability of explosive charges for synthesis of detonation nanodiamonds, Journal of Superhard Materials, September 2016, Volume 38, Issue 5, pp 373-376].The oxygen balance of the binary mixture is selected within the recommended range of KB from -35 ÷ -65% [Dolmatov V.Yu. Assessment of the applicability of explosive charges for the synthesis of detonation nanodiamonds, STM, 2016, No. 5 (233), p. 109-113. / Dolmatov V. Yu., Assessment of applicability of explosive charges for synthesis of detonation nanodiamonds, Journal of Superhard Materials, September 2016, Volume 38, Issue 5, pp 373-376].
Однако, на процесс получения ДНА влияют, кроме КБ, еще множество управляющих факторов:However, the process of obtaining DND is influenced, in addition to KB, by many other controlling factors:
1. Состав молекул ВВ и класс соединений;1. The composition of the molecules of explosives and the class of compounds;
2. Плотность заряда;2. Charge density;
3. Удельная мощность заряда;3. Specific charge power;
4. Условия подрыва: наличие или отсутствие оболочки у заряда, состав газовой среды в камере.4. Detonation conditions: the presence or absence of a shell on the charge, the composition of the gas medium in the chamber.
Подрыв зарядов осуществлялся во взрывной камере сохранения «Альфа-2М» объемом 2,14 м3. Подрыв осуществляли в газообразных продуктах детонации предыдущих подрывов, в неокислительной среде. Заряд помещали в пластиковый пакет с 4-5 литрами H2О или водного раствора уротропина или Трилона Б (динатриевая соль этилендиаминтетрауксусной кислоты). Газовый подрыв (без бронировки заряда) осуществляли, подвесив заряд в центре взрывной камеры. Подрыв осуществляли дистанционно.The charges were detonated in an Alpha-2M explosive storage chamber with a volume of 2.14 m 3 . Undermining was carried out in gaseous detonation products of previous explosions, in a non-oxidizing environment. The charge was placed in a plastic bag with 4-5 liters of H 2 O or an aqueous solution of urotropine or Trilon B (disodium salt of ethylenediaminetetraacetic acid). Gas detonation (without charge reservation) was carried out by suspending the charge in the center of the explosive chamber. Undermining was carried out remotely.
Использование водной оболочки (например, В.В. Даниленко, Взрыв: физика, техника, технология, М.: Энергоатомиздат, 2010. - 784 с. - ISBN 978-5-283-00857-8) в соотношении H2О : ВВ = 4:1 известно, Также известно использование оболочки в соотношении Н2O : ВВ = 1:6 (Пат. РФ №2348580, МПК С01В 31/06, публ. 10.03.2009 г.). Влияние на детонационный синтез большего соотношения воды или водно-солевого раствора не известно. Использование любой бронировки бинарных зарядов тетрила, включая воду и водно-солевые растворы, не известно.The use of an aqueous shell (for example, VV Danilenko, Explosion: physics, engineering, technology, M .: Energoatomizdat, 2010. - 784 p. - ISBN 978-5-283-00857-8) in the ratio of H 2 O: BB = 4: 1 is known. The use of the shell in the ratio of H 2 O: BB = 1: 6 is also known (Pat. RF No. 2348580, IPC СВВ 31/06, publ. 03/10/2009). The effect on detonation synthesis of a larger ratio of water or saline is not known. The use of any binary tetril charge reservation, including water and saline solutions, is not known.
Использование бинарных зарядов возможно только после обязательного исследования смесей с тетрилом, их термостабильности, химической стойкости, чувствительности к удару и трению.The use of binary charges is possible only after a mandatory study of mixtures with tetryl, their thermal stability, chemical resistance, sensitivity to shock and friction.
Только после получения соответствующих данных можно прийти к решению о варианте формования заряда - плавлением или прессованием, или о невозможности использования данного вида ВВ в принципе.Only after obtaining the relevant data can one come to a decision about the option of forming a charge — by melting or pressing, or about the impossibility of using this type of explosive in principle.
Испытания на термическую стабильность (в неизотермических условиях) соответственно осуществлялись на приборе Q-дериватографе (модернизированном). Тип держателя образца - кварцевый тигель с внутренней выемкой под термопару (диаметр 8 мм, высота 12 мм), тип термопары - платино-платинородиевая (содержание родия 10%), среда испытания - воздух, без прокачки. Скорость нагрева - 5°С/мин, интервал температур 20-500°С.Tests for thermal stability (in non-isothermal conditions) were respectively carried out on a Q-derivatograph (upgraded). The type of sample holder is a quartz crucible with an internal notch for a thermocouple (diameter 8 mm, height 12 mm), the type of thermocouple is platinum-platinum rhodium (rhodium content 10%), the test medium is air, without pumping. The heating rate is 5 ° C / min, the temperature range is 20-500 ° C.
Только после получения соответствующих данных можно прийти к решению о варианте формования заряда - плавлением или прессованием, или о невозможности использования данного вида ВВ в принципе.Only after obtaining the relevant data can one come to a decision about the option of forming a charge — by melting or pressing, or about the impossibility of using this type of explosive in principle.
где Тнр - температура начала разложения;where T HP - the temperature of the onset of decomposition;
Тнир - температура начала интенсивного разложения.T nir is the temperature of the onset of intense decomposition.
Вывод: заключение о совместимости тетрила с тротилом, гексогеном или ПК можно сделать только по результатам исследований на измерительно-вычислительном комплексе «Вулкан-2000» (химическая стойкость).Conclusion: the conclusion about the compatibility of tetrile with trotyl, hexogen or PC can be made only by the results of studies on the measuring and computing complex "Volcano-2000" (chemical resistance).
Испытания на химическую стойкость.Tests for chemical resistance.
Химическая стойкость взрывчатых материалов определена по газовыделению в мм. рт.ст. на измерительно-вычислительном комплексе «Вулкан - 2000» при температуре 110°С за 14 часов без учета давления за первый час нагрева (среднее значение 3х параллельных опытов).The chemical resistance of explosive materials is determined by gas evolution in mm. Hg at the Vulkan 2000 measuring and computing complex at a temperature of 110 ° C for 14 hours without taking into account the pressure for the first hour of heating (average value of 3 x parallel experiments).
Вывод: исходя из полученных результатов видно, что бинарные смеси совместимы и заряды можно получить прессованием.Conclusion: based on the results obtained, it is clear that binary mixtures are compatible and charges can be obtained by pressing.
Определение чувствительности взрывчатых материалов к механическим воздействиямDetermination of the sensitivity of explosive materials to mechanical stress
Чувствительность к удару определяли по ГОСТ 4545-87 на копре К-44-II, масса груза 10 кг, роликовый прибор №1; чувствительность к трению определяли по ГОСТ Р 50835-98 на копре К-44-II, масса груза 1,5 кг, температура 20°С.Sensitivity to shock was determined according to GOST 4545-87 on the K-44-II head, load weight 10 kg, roller device No. 1; sensitivity to friction was determined according to GOST R 50835-98 on the K-44-II head, load weight 1.5 kg, temperature 20 ° C.
Вывод: добавление тетрила в состав бинарных смесевых ВВ на чувствительность к механическим воздействиям влияет незначительно. Заряды можно изготавливать прессованием.Conclusion: the addition of tetrile to the composition of binary mixed explosives does not significantly affect the sensitivity to mechanical stress. Charges can be made by pressing.
Различие в технологиях получения ДНА и, особенно, в составе ВВ, сильно влияют на свойства наноалмазов. Можно непротиворечиво утверждать, что в настоящее время не существует единого материала под названием «детонационные наноалмазы». Не существует единого сертификата качества на ДНА, не известно также, какие параметры (свойства) различных ДНА являются определяющими для такого все еще нового вида наноматериала. Главными факторами, определяющими выход и качество ДНА, являются состав заряда ВВ, бронировка (оболочка) заряда и состав газовой среды во взрывной камере.The difference in the technologies for obtaining DND and, especially, in the composition of explosives, strongly affects the properties of nanodiamonds. It can be consistently argued that at present there is no single material called "detonation nanodiamonds." There is no single certificate of quality for DNDs; it is also not known which parameters (properties) of various DNDs are decisive for such a still new type of nanomaterial. The main factors determining the yield and quality of the DND are the explosive charge composition, charge armor (shell) and the composition of the gaseous medium in the explosive chamber.
Утверждать об изначальной ясности результатов подрыва заряда ВВ даже при знании основных управляющих параметров процесса в настоящий момент не приходится, в том числе из-за неидеальности процесса детонации. Более того, до сих пор неизвестно, какие реакции и в какой последовательности происходят за фронтом детонационной волны в зоне химических реакций (ЗХР). Это и понятно: не существует способов, аппаратуры и приборов для определения реальной кинетики процесса разложения ВВ, учитывая время реакции ~ 0,1 МКС (10-7 с), температуру ~ 4000 К и давление ~ 250000 атм.At present, it is not necessary to confirm the initial clarity of the results of detonation of an explosive charge even with knowledge of the main control parameters of the process, including because of the non-ideal detonation process. Moreover, it is still unknown which reactions and in what sequence occur behind the detonation wave front in the zone of chemical reactions (ZHR). This is understandable: there are no methods, apparatus, and instruments for determining the real kinetics of the explosive decomposition process, taking into account the reaction time ~ 0.1 MKS (10 -7 s), temperature ~ 4000 K, and pressure ~ 250000 atm.
Состав охлажденных продуктов детонации (ПД), включая твердый углерод, рассчитать невозможно без экспериментального осуществления.The composition of chilled detonation products (PD), including solid carbon, cannot be calculated without experimental implementation.
Так, например, подрыв ныне наиболее распространенных для получения ДНА безоболочных литых бинарных зарядов ТГ 50/50 в работе [Ставер A.M., Лямкин А.И. Получение ультрадисперсных алмазов из взрывных веществ // В межвузовском сб. "Ультрадисперсные материалы. Получение и свойства», Красноярск, изд.: ротапринт КрПИ. - 1990. - С. 3-22.] дал выход ДНА в 0%, а в работе [Бабушкин А.Ю., Лямкин А.И., Ставер A.M. Особенности получения ультрадисперсного материала на основе углерода из взрывчатых веществ // В сб. докл. V Всесоюзн. совещ. по детонации, Красноярск, 5-12 августа 1991. - 1991. - Т. 1. - С. 81-83.] - выход 8% мас.So, for example, the undermining of the most common for obtaining DNDs of shell-free cast binary charges of TG 50/50 in the work [Staver A.M., Lyamkin AI Obtaining ultrafine diamonds from explosives // In interuniversity collection. "Ultrafine materials. Production and properties", Krasnoyarsk, ed .: rotoprint KrPI. - 1990. - S. 3-22.] Gave the yield of DND at 0%, and in [Babushkin A.Yu., Lyamkin A.I. , Staver AM Features of obtaining ultrafine carbon-based material from explosives // In the collection of reports of the V All-Union Conference on Detonation, Krasnoyarsk, August 5-12, 1991. - 1991. - T. 1. - P. 81-83 .] - yield 8% wt.
Водную бронировку зарядов используют для быстрого охлаждения ПД до температур, ниже которых графитизация уже полученных ДНА не происходит (с ~ 4000 К до ~ 1300 К). Однако и здесь воздействие состава бронировки также далеко не однозначно. Так, в работе [В.Ю. Долматов, А. Веханен, V. Myllymaki, А.С. Козлов, Т.Т.Б. Нгуен Влияние состава бронировки заряда на выход наноалмазов и содержание примесей // Журнал прикладной химии, Т. 91, Вып. 2, 2018, С. 211-216.] подрыв состава ТГ 50/50 в чистой воде дает выход ДНА 4,9% мас. Введение в воду уротропина увеличивает выход ДНА до 6,9% маc., а вот введение Трилона Б резко снижает выход ДНА до 3,37%. Таким образом, заранее предсказать результат невозможно.The water-based charge reservation is used to quickly cool PD to temperatures below which graphitization of already obtained DNDs does not occur (from ~ 4000 K to ~ 1300 K). However, here the effect of the composition of the reservation is also far from unambiguous. So, in the work [V.Yu. Dolmatov, A. Vehanen, V. Myllymaki, A.S. Kozlov, T.T.B. Nguyen Effect of the composition of the charge reservation on the output of nanodiamonds and the content of impurities // Journal of Applied Chemistry, vol. 91, no. 2, 2018, S. 211-216.] Undermining the composition of TG 50/50 in pure water gives a DND yield of 4.9% wt. The introduction of urotropine into water increases the yield of DND to 6.9% wt., But the introduction of Trilon B dramatically reduces the yield of DND to 3.37%. Thus, it is impossible to predict the result in advance.
Неидеальность детонации, например, для зарядов ТГ 40/60 приводит к тому, что в отличие от расчетов, количество образующихся СО2 (которого должно быть ~ 100%) на самом деле составляет ~ 30%, а СО ~ 70%. Все это приводит к существенному снижению выхода АШ и ДНА [Кузьмин И.Г., Лямкин А.И., Ставер A.M. Экспериментальное изучение состава газообразных продуктов детонации конденсированного ВВ в различных атмосферах // В межвузовском сб. "Ультрадисперсные материалы. Получение и свойства», Красноярск, изд.: ротапринт КрПИ. - 1990. - С. 23-28.].The non-ideal detonation, for example, for TG 40/60 charges, leads to the fact that, in contrast to calculations, the amount of CO 2 generated (which should be ~ 100%) is actually ~ 30%, and CO ~ 70%. All this leads to a significant decrease in the yield of AL and DND [Kuzmin IG, Lyamkin AI, Staver AM Experimental study of the composition of gaseous detonation products of condensed explosives in various atmospheres // In interuniversity collection. "Ultrafine materials. Obtaining and properties", Krasnoyarsk, ed .: rotoprint KrPI. - 1990. - S. 23-28.].
Таким образом, никакие теоретические построения не могут описать выход ДНА в зависимости от условий его синтеза. Так, по прототипу, выход ДНА из безоболочного заряда из тетрила (50%) и гексогена (50%) составил 2,47% мас., а повторение этого эксперимента в точном соответствии с прототипом дало выход ДНА ~ 1,03% мас. Видно, что внесение тетрилосодержащих бинарных составов, на примере 50% тетрила и 50% тротила (оп. 1-6) в воде обеспечивает высокий выход ДНА только после увеличения соотношения ВВ : H2О от 1:10 и более.Thus, no theoretical constructs can describe the yield of DND depending on the conditions of its synthesis. So, according to the prototype, the yield of DND from a shell-free charge from tetryl (50%) and hexogen (50%) was 2.47% wt., And the repetition of this experiment in exact accordance with the prototype gave a DND output of ~ 1.03% wt. It can be seen that the introduction of tetryl-containing binary compounds, for example, 50% tetryl and 50% TNT (op. 1-6) in water provides a high DND yield only after increasing the BB: H 2 O ratio from 1:10 or more.
Увеличение массы воды или водного раствора в оболочке:The increase in the mass of water or an aqueous solution in the shell:
1) Увеличивает время синтеза ДНА из «лишнего» углерода за счет большей массы метаемой оболочки, то есть увеличивается выход ДНА;1) Increases the time of DND synthesis from “excess” carbon due to the greater mass of the missile shell, that is, the yield of DND increases;
2) Увеличивает содержание ДНА в АШ (51-63% мас.), за счет большего перехода «лишнего» углерода в ДНА.2) Increases the content of DND in AS (51-63% wt.), Due to the greater transition of "excess" carbon to DND.
3) Увеличивает теплоотвод и уменьшает потери ДНА на графитизацию.3) Increases heat dissipation and reduces DND losses due to graphitization.
Анализ данных Таблицы 4 показывает, что бинарные смеси на основе тетрила (с тротилом, гексогеном и ПК) и в водной среде, и в среде водных растворов уротропина и Трилона Б при соотношении бронировки : тетрила = (10÷14):1 дают высокий выход ДНА (от ~ 6 до 7,2% мас.). В отличие от прототипа, где смесь тетрила с гексогеном дала малый выход ДНА (2,47% мас.), изменение условий подрыва с газовой среды (безоболочный подрыв) на конденсированную (водную) среду или водно-солевую позволяет более, чем в 2,5 раза поднять выход, за счет использования воды обеспечивается быстрый отвод тепла от продуктов взрыва, т.е. уменьшается графитизация уже образовавшихся частиц ДНА.An analysis of the data in Table 4 shows that tetryl-based binary mixtures (with TNT, RDX, and PC) both in the aqueous medium and in the medium of aqueous solutions of urotropine and Trilon B with an armor: tetrile ratio = (10 ÷ 14): 1 give a high yield DND (from ~ 6 to 7.2% wt.). In contrast to the prototype, where a mixture of tetrile with hexogen gave a small yield of DND (2.47% wt.), Changing the conditions of blasting from a gaseous medium (shell-less blasting) to a condensed (aqueous) medium or water-salt allows more than 2, 5 times to increase the output, due to the use of water provides a quick heat removal from the explosion products, i.e. the graphitization of already formed DND particles decreases.
Видно, что внесение бинарного состава с тетрилом в водную оболочку резко увеличивает выход ДНА. Однако, соотношение массы оболочки и заряда играет существенную роль. Так, в опытах 2-6 мы наблюдаем существенное возрастание выхода ДНА по мере увеличения соотношения ВВ : H2О с 1:4 до 1:14. Выход ДНА возрос в 1,5-1,9 раза, что очень существенно.It is seen that the introduction of a binary composition with tetryl into the water shell dramatically increases the yield of DND. However, the ratio of shell mass to charge plays a significant role. So, in experiments 2-6, we observe a significant increase in the yield of DND with an increase in the BB: H 2 O ratio from 1: 4 to 1:14. The yield of DND increased by 1.5-1.9 times, which is very significant.
Из сравнения данных оп. 5 и 16, оп. 8 и 7, оп. 13 и 18 видно, что увеличение соотношения ВВ: бронировка до 1:15 практически никак не влияет на выход ДНА, АШ и содержание ДНА в АШ.From comparing data op. 5 and 16, op. 8 and 7, op. 13 and 18 it can be seen that an increase in the BB: armor ratio to 1:15 has almost no effect on the output of DND, ASH and DND content in AS.
Т.е. дальнейшее увеличение соотношения ВВ : бронировка не целесообразно - увеличивается расход бронировки без видимого эффекта.Those. a further increase in the BB: armor ratio is not advisable — the consumption of the armor increases without a visible effect.
Очень важно для последующего применения АШ и для химической очистки, что содержание ДНА в АШ очень высокое - от 40 до 60% мас. Высоким выход АШ и сопряженное с ним относительно низкое содержание несгораемых примесей АШ способствует низкому содержанию этих примесей в ДНА - от 0,3 до 1,3% мас., что позволяет использовать эти ДНА в различных технологиях применения, включая микроэлектронику, биологию и медицину.It is very important for the subsequent use of ASh and for chemical cleaning that the content of DND in ASh is very high - from 40 to 60% wt. The high yield of AS and the relatively low content of non-combustible AS impurities associated with it contributes to the low content of these impurities in DNDs, from 0.3 to 1.3 wt%, which allows the use of these DNDs in various application technologies, including microelectronics, biology, and medicine.
Наличие комплексонов (уротропина и Трилона Б), при соотношении бронировка: бинарный состав = (10÷14):1 переводит часть несгораемых примесей (оксиды металлов) в легкорастворимые в воде комплексные соединения, что положительно сказывается на результате химической очистки ДНА. Кроме того, наличие восстановителей в воде (к ним относятся уротропин и Трилон Б) позволяет при распаде при взрыве создать в камере не слабо окислительную, а восстановительную среду, что также приводит к увеличению выхода ДНА и снижению дефектности поверхности слоев ДНА. Это, в свою очередь, увеличивает возможности использования ДНА в различных областях, в том числе - в медицине и биологии. На сам распад уротропина и Трилона Б расходуется энергия взрыва, позволяя также снизить графитизацию образовавшихся ДНА. Новый вариант синтеза ДНА из бинарных смесей, содержащих, как минимум, 50% мас. тетрила, высокорентабелен, прост в технологическом исполнении.The presence of complexones (urotropine and Trilon B), with the ratio of armor: binary composition = (10 ÷ 14): 1 converts part of non-combustible impurities (metal oxides) into readily soluble complex compounds in water, which positively affects the result of chemical cleaning of DND. In addition, the presence of reducing agents in water (these include urotropine and Trilon B) allows for the decomposition of an explosion to create in the chamber not a weakly oxidizing, but a reducing environment, which also leads to an increase in DND yield and a decrease in the surface defects of DND layers. This, in turn, increases the possibilities of using DND in various fields, including medicine and biology. Explosion energy is spent on the breakdown of urotropin and Trilon B, while also allowing the graphitization of the resulting DNDs to be reduced. A new version of the synthesis of DND from binary mixtures containing at least 50% wt. Tetrile, highly profitable, easy to process.
Остаточная стоимость тетрила очень мала, это сырье имеется в громадных количествах, дальнейшее хранение тетрила опасно - тетрил относится к достаточно высокочувствительным веществам и стойкость его падает при дальнейшем многолетнем хранении, что может привести, в том числе, и к экологической катастрофе.The residual cost of tetrile is very small, this raw material is available in huge quantities, further storage of tetrile is dangerous - tetrile is a fairly highly sensitive substance and its stability decreases with further long-term storage, which can lead, among other things, to an environmental disaster.
Кроме того, подрыв бинарных зарядов на основе тетрила в водной или водно-солевой среде позволяет уменьшить ударное воздействие на стенки взрывной камеры, уменьшая количество несгораемых примесей в АШ и ДНА и увеличивая срок службы камеры. Это делает получающиеся продукты высококонкурентноспособными.In addition, the undermining of tetrile-based binary charges in an aqueous or aqueous salt medium allows one to reduce the impact on the walls of the explosive chamber, reducing the amount of non-combustible impurities in the AS and DND and increasing the life of the chamber. This makes the resulting products highly competitive.
Выход АШ достаточно стабилен ~ 12-14,5% мас. Сущность способа поясняется примерами его осуществления.The output of ASh is quite stable ~ 12-14.5% wt. The essence of the method is illustrated by examples of its implementation.
Пример 1. Давление прессования бинарных зарядов с тетрилом использовали от 1400 до 2000 кг/см2. Масса заряда 500 г, форма - цилиндр, имеющий диаметр 60 мм и высоту ~ 110 мм.Example 1. The pressing pressure of binary charges with tetrile was used from 1400 to 2000 kg / cm 2 . The mass of the charge is 500 g, the shape is a cylinder having a diameter of 60 mm and a height of ~ 110 mm.
Для синтеза АШ и ДНА использовали взрывную камеру емкостью 2,14 м3 «Альфа-2М» (Россия). Заряды подвешивали в центр камеры в бронировке из воды или водного раствора уротропина или Трилона Б и производили подрыв. Жидкую бронировку наливали в обычный полиэтиленовый пакет, погружали туда заряд и подвешивали на крюк, приваренный к верхнему загрузочному люку камеры. Соотношение ВВ : Н2O (или раствор) = 1:10÷14. Соотношение массы ВВ к массе уротропина или Трилона Б ~ 1:0,5.For the synthesis of AS and DND, an explosive chamber with a capacity of 2.14 m 3 Alfa-2M (Russia) was used. Charges were suspended in the center of the chamber in a reservation made of water or an aqueous solution of urotropin or Trilon B and undermined. The liquid reservation was poured into an ordinary plastic bag, the charge was immersed there and hung on a hook welded to the top loading hatch of the camera. The ratio of explosives: H 2 O (or solution) = 1: 10 ÷ 14. The ratio of the mass of explosives to the mass of urotropine or Trilon B ~ 1: 0.5.
После каждого 5-го подрыва внизу камеры дистанционно открывали клапан, и водная суспензия АШ под небольшим давлением в камере перетекала в приемную емкость (бидон емкостью 40 л). Полученную суспензию АШ отфильтровывали от грубых примесей, затем от более мелких примесей, подвергали магнитной сепарации и отжимали от избытка Н2О на промышленной центрифуге. Полученную после отжима пасту АШ (содержание Н2О 75-85% масс.) отправляли на стадию отмывки. Отмывку АШ от водорастворимых примесей (в основном, комплексные соли уротропина или Трилона Б) проводили в емкостных реакторах (250-500 л), соотношение - сухая АШ к воде = 1:20÷40. Обычно проводили 4 промывки холодной водой (~20°С) и 2 промывки горячей водой (~80°С). Далее АШ высушивали на нержавеющих противнях при (~130°С, а когда образовывалась очень густая масса, температурный режим поднимали до 160°С (без вакуума). Если использовали бронировку заряда чистой водой, то АШ водой, как правило, не промывали, а сразу высушивали.After each 5th blasting, a valve was remotely opened at the bottom of the chamber, and the aqueous suspension of ASh under slight pressure in the chamber flowed into the receiving tank (40 liter can). The resulting suspension of AS was filtered from coarse impurities, then from smaller impurities, subjected to magnetic separation and squeezed from excess H 2 O in an industrial centrifuge. The ASh paste obtained after pressing (H 2 O content of 75-85% by weight) was sent to the washing stage. The washing of AS from water-soluble impurities (mainly complex salts of urotropine or Trilon B) was carried out in capacitive reactors (250-500 l), the ratio of dry AS to water = 1: 20 ÷ 40. Typically, 4 washes with cold water (~ 20 ° C) and 2 washes with hot water (~ 80 ° C). Further, the AS was dried on stainless baking sheets at (~ 130 ° C, and when a very thick mass formed, the temperature was raised to 160 ° C (without vacuum). If the charge was reserved with pure water, then the AS was usually not washed, but dried immediately.
Высушенную АШ дробили, растирали и классифицировали на ситах с ячейкой ~ 200 мкм. Далее АШ отправляли на анализ - определяли количество окисляемого углерода (титрованием K2Сr2О7 в конц. H2SO4) и количество несгораемого остатка - сжиганием образца АШ при 600°С, и на химическую очистку (57%-ная азотная кислота, t=230°С и р=80-100 атм.).The dried AS was crushed, triturated and classified on sieves with a cell of ~ 200 μm. Next, the AS was sent for analysis - the amount of oxidizable carbon was determined (by titration with K 2 Cr 2 O 7 in conc. H 2 SO 4 ) and the amount of non-combustible residue was determined by burning the AS sample at 600 ° С, and for chemical treatment (57% nitric acid , t = 230 ° C and p = 80-100 atm.).
Все эксперименты, представленные в табл. 4 (оп. 4-9 и 11-15), выполнены по вышеуказанной в Примере 1 методике.All experiments are presented in table. 4 (op. 4-9 and 11-15), performed according to the method described above in Example 1.
Промышленная применимость.Industrial applicability.
Разработка по применению бинарных составов на основе тетрила была выполнена для промышленного использования. Качество полученного ДНА очень высокое и ожидается значительный спрос на «тетриловые» ДНА для гальваники (Cr-, Ni-, Zn-, Сu-, Ag-, Аu-покрытия, анодное оксидирование с ДНА); для полимерной химии, включая клеевые системы; для суперфинишного полирования, масляных композиций; для биологии и медицины.The development of the use of binary compounds based on tetrile was made for industrial use. The quality of the obtained DND is very high and a significant demand is expected for “tetrile” DNDs for electroplating (Cr-, Ni-, Zn-, Cu-, Ag-, Au-coatings, anodic oxidation from DND); for polymer chemistry, including adhesive systems; for superfinishing polishing, oil compositions; for biology and medicine.
Claims (5)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019106757A RU2703212C1 (en) | 2019-03-11 | 2019-03-11 | Method of producing detonation nanodiamonds |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019106757A RU2703212C1 (en) | 2019-03-11 | 2019-03-11 | Method of producing detonation nanodiamonds |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2703212C1 true RU2703212C1 (en) | 2019-10-15 |
Family
ID=68280343
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019106757A RU2703212C1 (en) | 2019-03-11 | 2019-03-11 | Method of producing detonation nanodiamonds |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2703212C1 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4483836A (en) * | 1980-07-31 | 1984-11-20 | Institut Khimicheskoi Fiziki Akademii Nauk Sssr | Method of producing diamond and/or diamond-like modifications of boron nitride |
RU2087455C1 (en) * | 1995-08-31 | 1997-08-20 | Люберецкое научно-производственное объединение "Союз" | Explosive substance for detonation synthesis of diamond and a method of its preparing |
EP3088357A1 (en) * | 2013-12-27 | 2016-11-02 | Kabushiki Kaisha Kobe Seiko Sho (Kobe Steel, Ltd.) | Detonation-mediated carbon particle production method |
RU2690347C1 (en) * | 2015-07-01 | 2019-05-31 | Кабусики Кайся Кобе Сейко Се (Кобе Стил, Лтд.) | Turbostratic graphite, carbon particles containing such graphite |
-
2019
- 2019-03-11 RU RU2019106757A patent/RU2703212C1/en active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4483836A (en) * | 1980-07-31 | 1984-11-20 | Institut Khimicheskoi Fiziki Akademii Nauk Sssr | Method of producing diamond and/or diamond-like modifications of boron nitride |
RU2087455C1 (en) * | 1995-08-31 | 1997-08-20 | Люберецкое научно-производственное объединение "Союз" | Explosive substance for detonation synthesis of diamond and a method of its preparing |
EP3088357A1 (en) * | 2013-12-27 | 2016-11-02 | Kabushiki Kaisha Kobe Seiko Sho (Kobe Steel, Ltd.) | Detonation-mediated carbon particle production method |
RU2634008C1 (en) * | 2013-12-27 | 2017-10-23 | Кабусики Кайся Кобе Сейко Се (Кобе Стил, Лтд.) | Detonation method of producing carbon particles |
RU2690347C1 (en) * | 2015-07-01 | 2019-05-31 | Кабусики Кайся Кобе Сейко Се (Кобе Стил, Лтд.) | Turbostratic graphite, carbon particles containing such graphite |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4483836A (en) | Method of producing diamond and/or diamond-like modifications of boron nitride | |
Liu et al. | Structure, physicochemical properties, and density functional theory calculation of high-energy-density materials constructed with intermolecular interaction: nitro group charge determines sensitivity | |
Liu et al. | Preparation of CL-20/TFAZ cocrystals under aqueous conditions: Balancing high performance and low sensitivity | |
Xiao et al. | Preparation and characteristics of a novel PETN/TKX-50 co-crystal by a solvent/non-solvent method | |
Danilenko | Specific features of synthesis of detonation nanodiamonds | |
RU2703212C1 (en) | Method of producing detonation nanodiamonds | |
Patil et al. | A new insight into the energetic co-agglomerate structures of attractive nitramines | |
Guillevic et al. | Optimization of an antisolvent method for RDX recrystallization: influence on particle size and internal defects | |
Cao et al. | Modulating energetic performance through decorating nitrogen-rich ligands in high-energy MOFs | |
US10906016B2 (en) | Method for manufacturing nanoparticles by detonation | |
RU2712551C1 (en) | Method of producing detonation nanodiamonds | |
RU2711599C1 (en) | Method of producing detonation nanodiamonds | |
RU2354501C1 (en) | Method of nickel aluminide or titanium aluminide-based powder materials production | |
An et al. | GAP/DNTF based PBX explosives: A novel formula used in small sized explosive circuits | |
Wang et al. | Insensitive energetic compounds: alkaline earth metal salts of 5, 5′-dinitramino-3, 3′-methylene-1 H-1, 2, 4-bistriazolate | |
JP5572317B2 (en) | Diamond-carbon material and method for producing the same | |
Yang et al. | Studies on the thermal behavior and safety of a novel thermostable explosive BPTAP | |
Dolmatov et al. | Development of a process for producing detonation nanodiamonds from tetryl and binary compositions based on it | |
Clark et al. | Equilibria in the ammonium carbamate-urea-water system | |
JP7009275B2 (en) | Method for producing amino group-modified nanodiamond | |
Tunc et al. | The Conversion Kinetics of Tincal to Boric Acid in Nitric Acid Solutions | |
CA2797115C (en) | Alternative to tetrazene | |
Li et al. | Optimization of the synthesis parameters and analysis of the impact sensitivity for tetrazene explosive | |
JP2009522190A5 (en) | ||
CN113588397A (en) | Pretreatment method for digesting soil sample by constant temperature shaking table |