close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY9381

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
BY (11) 9381
(13) C1
(19)
(46) 2007.06.30
(12)
(51)7 C 01B 31/06
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
СПОСОБ ОЧИСТКИ УЛЬТРАДИСПЕРСНЫХ АЛМАЗОВ
BY 9381 C1 2007.06.30
(21) Номер заявки: a 20030134
(22) 2003.02.19
(31) 2002105389 (32) 2002.02.21 (33) RU
(43) 2004.09.30
(71) Заявитель: Закрытое акционерное общество "КАРБИД" (RU)
(72) Авторы: Гордеев Сергей Константинович; Корчагина Светлана Борисовна; Жукова Надежда Алексеевна;
Долматов Валерий Юрьевич (RU)
(73) Патентообладатель: Закрытое акционерное общество "КАРБИД" (RU)
(56) RU 2109683 C1, 1998.
RU 2163222 C2, 2001.
RU 2077476 C1, 1997.
RU 2133216 C1, 1999.
BY 2061 C1, 1998.
RU 2006463 C1, 1994.
BY 2476 C1, 1998.
(57)
1. Способ очистки ультрадисперсных алмазов, включающий обработку порошка, содержащего ультрадисперсные алмазы, кислотами при повышенной температуре, отличающийся тем, что до обработки в кислотах порошок термообрабатывают в инертной
или восстановительной газовой среде при температуре 600–900 °С.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве восстановительной газовой среды используют водород, углеводороды или смеси указанных газообразных компонентов.
3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что при использовании восстановительной газовой среды, содержащей углеводород, термообработку осуществляют до увеличения
массы порошка не более чем на 30 %.
4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что термообработку и обработку в кислотах
осуществляют последовательно несколько раз.
5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что до обработки термообработанного порошка в кислотах его обрабатывают в водном растворе щелочи.
6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве исходного порошка, содержащего ультрадисперсные алмазы, используют алмазную шихту.
7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве исходного порошка, содержащего ультрадисперсные алмазы, используют порошки ультрадисперсных алмазов, требующие очистки от неуглеродных примесей.
Изобретение относится к технологии получения синтетических алмазов, а более конкретно - ультрадисперсных алмазов.
Ультрадисперсные алмазы (называемые также в литературе наноалмазами) представляют собой трехмерноупорядоченные частицы алмаза с очень малыми размерами - менее
20 нм. Средний размер частиц таких порошков чаще лежит в диапазоне 4-6 нм [1]. Такие
материалы получают детонационным синтезом из взрывчатых веществ [2]. После стадии
собственно детонационного синтеза получают продукт, который состоит из частиц ульт-
BY 9381 C1 2007.06.30
радисперсного алмаза, неалмазного углерода в различных состояниях и неуглеродных
примесей. Этот продукт получил название "алмазная шихта" [3].
Для выделения ультрадисперсных алмазов из алмазной шихты применяют различные
методы, основанные на удалении неалмазного углерода и других примесей, т.е. в этом
случае реализуют процесс очистки ультрадисперсных алмазов от других углеродных и
неуглеродных примесей.
Так, известен способ очистки ультрадисперсных алмазов от неалмазного углерода и
других примесей, содержащихся в алмазной шихте в [4]. Способ состоит в обработке алмазной шихты водными растворами азотной кислоты при повышенных температуре и
давлении. Очистку осуществляют в две стадии, применяя растворы кислоты различных
концентраций.
Известный способ обеспечивает хорошую очистку порошков ультрадисперсных алмазов от неалмазного углерода, а также удаляет большую часть примесей металлов, содержащихся в алмазной шихте. Однако степень очистки ультрадисперсных алмазов от
металлических примесей недостаточно высока.
Задачей изобретения является снижение содержания примесей в порошках ультрадисперсных алмазов.
Задача изобретения решена за счет того, что в способе, включающем обработку порошков, содержащих ультрадисперсные алмазы, кислотами при повышенных температурах, порошки до обработки в кислотах термообрабатывают при температуре 600-900 °С.
Термообработку порошков осуществляют в инертной или восстановительной газовой среде. В случае применения восстановительной газовой среды используют водород, углеводороды или их смеси. При применении термообработки в восстановительной газовой
среде, содержащей углеводород, термообработку осуществляют до увеличения массы порошка не более чем на 30 %. Для достижения высоких степеней очистки стадии обработки кислотами и термообработки осуществляют последовательно многократно. Для
достижения высоких степеней очистки после стадии термообработки, но до стадии обработки кислотами порошки дополнительно обрабатывают растворами щелочей. В качестве исходных порошков для реализации способа используют, как алмазную шихту, так и
ультрадисперсные алмазы, требующие очистки от неуглеродных примесей.
Термообработку осуществляют при температурах 600-900 °С. Проведение термообработки при температурах ниже 600 °С нецелесообразно, т.к. в этих условиях заметно
снижается эффективность способа. Термообработка при температурах выше 900 °С нецелесообразна, т.к. в этих условиях возможна частичная графитация ультрадисперсных
алмазов, приводящая к потере алмазного продукта. При термообработке в среде, содержащей углеводород, увеличение массы порошка не должно превышать 30 %, т.к. это усложнит процесс дальнейшей обработки в кислотах. Заметим, что увеличение массы
связано с образованием графитоподобного углерода, который в дальнейшем удаляют на
стадии обработки кислотами.
Сущность изобретения состоит в следующем.
Для достижения высоких степеней очистки ультрадисперсных алмазов от примесей
требуется удаление их не только с внешней поверхности алмазных частиц, но из объема
частиц, где такие примеси, как металлы, могут существовать в виде включений в алмазную решетку. Известные способы очистки ультрадисперсных алмазов, основанные на обработке кислотами, хорошо удаляют примеси с внешней поверхности частиц. Однако они
никак не воздействуют на примеси, содержащиеся в объеме частицы ультрадисперсных
алмазов. Таким образом, известные способы имеют предел по степени очистки ультрадисперсных алмазов.
В предлагаемом способе использованы достоинства обработки кислотами, но они сочетаются со стадией термообработки ультрадисперсных алмазов, обеспечивающей повышение степени очистки продукта. При проведении термообработки при температурах 6002
BY 9381 C1 2007.06.30
900 °С происходит процесс миграции примесей, содержащихся в объеме частицы, на поверхность алмазной частицы. В связи с малостью размеров частиц ультрадисперсных
алмазов этот процесс протекает относительно быстро. Эксперименты приводят к положительным результатам при термообработке даже в течение 10-15 мин. После термообработки выделившиеся на поверхности примеси легко удаляются обработкой в кислотах.
Выделение примесей из объема частицы на поверхность в ходе термообработки протекает, как правило, не полностью. Это связано с установлением равновесия содержания
примесей в объеме и на поверхности. Поэтому для достижения высоких степеней очистки
предпочтительно проведение нескольких последовательных циклов термообработкаобработка кислотами.
Термообработку ультрадисперсных алмазов целесообразно осуществлять в инертной
или восстановительной атмосфере, например в вакууме, инертном газе, в восстановительных средах. Это препятствует окислению ультрадисперсных алмазов до газообразных оксидов углерода в ходе термообработки. В качестве восстановительной атмосферы, кроме
водорода, целесообразно использовать и углеводороды. В последнем случае в ходе термообработки на поверхности частиц ультрадисперсных алмазов происходит разложение углеводородов и образование тонкого слоя графитоподобного углерода. Образующийся
графитоподобный слой привносит дополнительную массу в обрабатываемый материал.
Увеличение массы порошка в этом случае не должно превышать 30 %, как это указано
выше. Образование такого слоя способствует удалению примесей из частиц ультрадисперсных алмазов за счет их дополнительной сорбции в графитоподобном слое, который в
дальнейшем, вместе с примесями удаляется на стадии обработки кислотами.
Для повышения степени очистки от оксидов кремния и других соединений плохо растворяющихся в кислотах, вариант способа предполагает осуществление дополнительной
стадии - обработки щелочами - которую осуществляют после стадии термообработки, но
до стадии обработки кислотами. При этом, например, используют водные растворы распространенных щелочей (КОН, NaOH) средних концентраций (5-30 %), а сам процесс
осуществляют при повышенной температуре, например 100-110 °С.
Предлагаемый способ очистки направлен на получение ультрадисперсных алмазов с
высокой степенью чистоты. Поэтому объектами его применения может быть не только
алмазная шихта, где частицы ультрадисперсных алмазов находятся в смеси с неалмазными формами углерода, но и сами порошки ультрадисперсных алмазов, которые уже выделены из алмазной шихты и требуют более глубокой очистки.
Заметим, что в случае применения предлагаемого способа для очистки порошков
ультрадисперсных алмазов, при его реализации могут быть использованы не только кислоты-окислители (такие как азотная кислота и др.), но и другие кислоты, способные растворять металлические примеси с поверхности частиц ультрадисперсных алмазов,
(например, соляная кислота, фтористоводородная кислота и др.).
Это связано с тем, что в этом случае отсутствует необходимость удаления неалмазного углерода, для чего и применяют кислоты-окислители.
Следующие примеры отражают сущность изобретения.
Пример 1.
Исходный порошок ультрадисперсных алмазов имеет содержание несгораемого остатка 3,4 мас. % 10 г порошка помещают в кварцевый реактор и термообрабатывают в
токе аргона в течение 30 мин при температуре 800 °С. Затем порошок помещают в титановый автоклав емкостью 400 мл и заливают 100 мл 70 % азотной кислотой. Автоклав
нагревают до 115 °С и выдерживают 10 минут. Затем автоклав охлаждают до 90 °С и заливают 200 мл воды. Автоклав герметизируют и поднимают температуру до 230 °С и
выдерживают 10 минут (давление - 80 атм.) После выдержки автоклав охлаждают до 2030 °С, стравливают газы. Обработанный порошок промывают дистиллированной водой и
высушивают под вакуумом.
3
BY 9381 C1 2007.06.30
Содержание несгораемого остатка в полученном порошке ультрадисперсных алмазов
составляет 0,81 мас. %.
Пример 2.
Пример осуществляют аналогично примеру 1. Отличие состоит в условиях термообработки. Термообработку осуществляют в среде природного газа (> 95 % метана) при температуре 680 °С в течение 1 часа изменение массы исходного порошка составляет 10 мас. %.
Содержание несгораемого остатка в полученном порошке составляет 0,55 мас. %.
Пример 3 (для сравнения).
Пример осуществляют аналогично примерам 1 и 2, но термообработку не проводят.
То есть осуществляют только обработку кислотами аналогично техническому решению,
описанному в прототипе.
Содержание несгораемого остатка в полученном продукте составляет 1,7 мас. %. Содержание несгораемого остатка в примерах 1-3 определяли, сжигая навеску ультрадисперсного алмаза (~1 г) на воздухе при температуре 800 °С.
Таким образом, применение предлагаемого способа обеспечивает получение ультрадисперсных алмазов с высокой степенью очистки от примесей, что важно в случае применения алмазных материалов в таких областях применения, как синтез алмазных пленок с
использованием ультрадисперсных алмазов, применения в биологии и медицине, разработке на основе ультрадисперсных алмазов материалов электронной техники.
Источники информации:
1. Верещагин А.Л. Детонационные алмазы: Монография. Алт. гос. техн. унив., 2001. С. 177.
2. Саввакин Г.И., Трефилов В.И. Формирование структуры и свойств ультрадисперсных алмазов при детонации в различных средах конденсированных углеродсодержащих
взрывчатых веществ с отрицательным кислородным балансом. ДАН СССР, 1991. - Т. 321. № 1. - С. 99-103.
3. Долматов В.Ю. Ультрадисперсные алмазы детонационного синтеза: свойства и применение. Успехи химии, 2001. - Т. 70. - № 7. - С. 687-708.
4. Патент РФ 2109683, МПК С 01В 31/06 (прототип).
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
4
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
83 Кб
Теги
by9381, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа