RU2036835C1

RU2036835C1 - Method for production of ultradispersed diamond

Info

Publication number: RU2036835C1
Authority: RU
Inventors: А.Л. Мисоночников; Б.В. Румянцев
Original assignee: Акционерное общество закрытого типа "Меганит"
Priority date: 1992-09-01
Filing date: 1992-09-01
Publication date: 1995-06-09

Abstract

FIELD: abrasive and tool making industry. SUBSTANCE: at the moment of blasting of explosive charge with negative oxygen balance in blasting sealed chamber, its space is sprayed with water mass-to-explosive charge mass ratio of (3-8):1. EFFECT: higher efficiency.

Description

Изобретение относится к технологии детонационного синтеза сверхтвердых материалов, в частности ультрадисперсных алмазов, которые могут быть использованы для финишной полировки различных материалов, в абразивной и инструментальной промышленности. The invention relates to the technology of detonation synthesis of superhard materials, in particular ultrafine diamonds, which can be used for finishing polishing of various materials in the abrasive and tool industry.

Известен способ динамического синтеза полидисперсного алмазного порошка с использованием энергии взрывчатых веществ [1] Этот способ состоит в том, что металлографитовая смесь, помещенная в металлический контейнер (ампулу сохранения), подвергается ударному воздействию металлической пластины, разогнанной до высоких скоростей расширяющимися продуктами детонации. A known method for the dynamic synthesis of polydisperse diamond powder using the energy of explosives [1] This method consists in the fact that a metallographic mixture placed in a metal container (storage ampoule) is subjected to the impact of a metal plate, dispersed to high speeds by expanding detonation products.

Недостатками данного способа являются необходимость проведения крупномасштабных взрывов, обусловленная снижением стоимости алмазов, использование в качестве реакционной массы смесей графита с металлами, обусловленное необходимостью охлаждения реакционной массы, наличие в алмазных частицах значительных количеств металлических примесей, ухудшающих свойства алмазов, что обусловлено необходимостью введения металлов в реакционную массу, большой расход конструкционных материалов, вызванный необходимостью изготовления ампул сохранения и их вскрытия после взрыва. The disadvantages of this method are the need for large-scale explosions due to the lower cost of diamonds, the use of mixtures of graphite with metals as the reaction mass, due to the need to cool the reaction mass, the presence in diamond particles of significant amounts of metallic impurities that worsen the properties of diamonds, due to the need to introduce metals into the reaction weight, high consumption of structural materials caused by the need to manufacture ampoules tions and their opening after the explosion.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ синтеза ультрадисперсного алмаза при детонации взрывчатого вещества непосредственно из углерода, входящего в состав молекул взрывчатого вещества [2] Суть способа заключается в том, что заряд взрывчатого вещества с отрицательным кислородным балансом подрывают в герметичной взрывной камере в инертной по отношению к конденсированным продуктам детонации газовой среде. Полученные таким образом продукты подвергают дальнейшей очистке с целью выделения ультрадисперсного алмазного порошка. The closest in technical essence to the invention is a method for the synthesis of ultrafine diamond in the detonation of an explosive directly from carbon, which is part of the molecules of an explosive [2] The essence of the method is that the explosive charge with a negative oxygen balance is blown up in a sealed explosive chamber in an inert in relation to condensed products of detonation of a gaseous medium. The products thus obtained are subjected to further purification in order to isolate ultrafine diamond powder.

Недостатками прототипа являются невысокий выход алмазов в конденсированных продуктах детонации, низкая производительность, сложная технология выделения конденсированных продуктов детонации (шихты). Указанные недостатки обусловлены тем, что процесс синтеза ведется в газовой среде, например в углекислом газе. The disadvantages of the prototype are the low yield of diamonds in the condensed detonation products, low productivity, complicated technology for the allocation of condensed detonation products (charge). These shortcomings are due to the fact that the synthesis process is carried out in a gaseous medium, for example, in carbon dioxide.

Задачей изобретения является повышение выхода алмазной фазы в шихте, увеличение производительности и упрощение выделения шихты после синтеза. The objective of the invention is to increase the yield of the diamond phase in the mixture, increase productivity and simplify the allocation of the mixture after synthesis.

Задача достигается тем, что в способе получения ультрадисперсного алмаза подрывом заряда взрывчатого вещества с отрицательным кислородным балансом в герметизированной взрывной камере в среде, инертной по отношению к конденсированным продуктам детонации с их последующей очисткой, пространство взрывной камеры в момент подрыва заряда взрывчатого вещества орошают водой, причем масса идущей на орошение воды относится к массе заряда взрывчатого вещества, как (3 ÷ 8):1. The objective is achieved in that in the method for producing ultrafine diamond by detonating a charge of an explosive with negative oxygen balance in a sealed explosive chamber in an environment inert to condensed detonation products with their subsequent cleaning, the space of the explosive chamber is irrigated with water at the moment of explosive charge detonation, and the mass of water going for irrigation refers to the mass of the explosive charge, as (3 ÷ 8): 1.

Известно, что содержание алмазов в шихте существенным образом зависит от теплоемкости газовой среды, в которой ведется синтез, ее вида и количества, приходящегося при прочих равных условиях (вид взрывчатого вещества, его масса, объем взрывной камеры) на единицу массы заряда взрывчатого вещества и повышается при увеличении количества инертной среды и ее теплоемкости. Это обусловлено тем, что улучшаются условия "закалки" образующихся при детонации алмазов, предотвращается их существенный отжиг с переходом в графитоподобное состояние. It is known that the diamond content in the charge substantially depends on the heat capacity of the gaseous medium in which the synthesis is carried out, its type and amount, ceteris paribus (type of explosive, its mass, volume of the explosive chamber) per unit mass of explosive charge and increases with an increase in the amount of inert medium and its heat capacity. This is due to the fact that the conditions of "hardening" of the diamonds formed during detonation are improved, their significant annealing is prevented with a transition to a graphite-like state.

При орошении камеры в момент подрыва водой, которая, во-первых, имеет более высокую теплоемкость, чем у газообразных сред (4,2 кДж/кг К у воды и 0,8 кДж/кг К у углекислого газа при нормальных условиях), а, во-вторых, значительно более высокую плотность (1000 кг/м³ у воды и 1,98 кг/м³ у углекислого газа при нормальных условиях), охлаждение продуктов детонации более интенсивное, поскольку энергия взрыва идет не просто на нагрев газообразной среды, как в прототипе, а на дробление, нагрев и испарение воды. В результате такого более интенсивного охлаждения продуктов детонации повышается содержание алмазной фазы в шихте, а, следовательно, и выход алмазов на единицу массы взрывчатого вещества. Предельная масса М заряда взрывчатого вещества, полученная эмпирически, определяется из выражения М=0,5V, где М берется в кг, а V в м³, т.е. предельная масса заряда взрывчатого вещества а, следовательно, и производительность по сравнению с прототипом возрастает в 2,5 раза.When the chamber is irrigated at the moment of undermining with water, which, firstly, has a higher heat capacity than gaseous media (4.2 kJ / kg K for water and 0.8 kJ / kg K for carbon dioxide under normal conditions), and secondly, a significantly higher density (1000 kg / m ³ for water and 1.98 kg / m ³ for carbon dioxide under normal conditions), the cooling of detonation products is more intense, since the explosion energy is not just used to heat a gaseous medium, as in the prototype, but for crushing, heating and evaporation of water. As a result of such more intensive cooling of detonation products, the content of the diamond phase in the charge increases, and, consequently, the output of diamonds per unit mass of explosive. The maximum mass M of explosive charge, obtained empirically, is determined from the expression M = 0.5V, where M is taken in kg and V in m ³ , i.e. the maximum mass of the explosive charge and, consequently, the productivity compared with the prototype increases by 2.5 times.

Помимо этого изобретение позволяет упростить выделение шихты после синтеза, поскольку в отличие от прототипа, где синтез ведется в газообразной среде, а шихту приходится выделять путем очистки отводимых из камеры газов, в изобретении проблема газоочистки решается орошением камеры в момент взрыва водой, которая при взрыве распыляется, поглощает частицы шихты, конденсируется на стенках камеры и стекает на дно камеры в виде водной суспензии шихты. Таким образом, отпадает необходимость в сложном газоочистительном оборудовании, шихта извлекается из суспензии, например путем фильтрации, причем вода из суспензии может быть снова возвращена на орошение взрывной камеры. In addition, the invention allows to simplify the selection of the charge after synthesis, because in contrast to the prototype, where the synthesis is carried out in a gaseous medium, and the charge has to be isolated by cleaning the gases discharged from the chamber, in the invention the problem of gas purification is solved by irrigation of the chamber at the moment of explosion with water, which is sprayed during the explosion , absorbs the particles of the mixture, condenses on the walls of the chamber and flows to the bottom of the chamber in the form of an aqueous suspension of the mixture. Thus, there is no need for sophisticated gas cleaning equipment, the mixture is removed from the suspension, for example by filtration, and water from the suspension can again be returned to the irrigation of the blast chamber.

Диапазон изменения количества воды, идущей на орошение взрывной камеры, обосновывается следующим образом. The range of changes in the amount of water used for irrigation of the explosive chamber is justified as follows.

При соотношении масс воды и взрывчатого вещества 3:1 при условии, что вся энергия взрывчатого вещества (5 МДж) идет на нагрев воды, теплота испарения которой 2,2 МДж/кг, практически вся вода будет испарена. Меньшее количество воды приводит к частичному отжигу алмазов из-за недостатка охладителя, который в результате взрыва полностью испарится. Кроме того, недостаток воды приводит к большим нагрузкам на стенки камеры, что приводит к ее быстрому износу, поскольку не происходит эффективного гашения энергии взрыва. При соотношении воды и взрывчатого вещества более чем 8:1 также возрастает нагрузка на стенки камеры, поскольку большая часть воды не дробится и не испаряется энергией взрыва, а играет роль метаемого тела с большой скоростью (сотни метров в 1 с), ударяющегося по стенкам взрывной камеры. Увеличение массы воды от 3:1 до 8:1 в небольшой степени приводит к увеличению выхода алмазов; при соотношении, большем 8:1, это увеличение становится практически незаметным. When the mass ratio of water and explosive is 3: 1, provided that all the energy of the explosive (5 MJ) is used to heat water, the heat of vaporization of which is 2.2 MJ / kg, almost all water will be evaporated. Less water leads to partial annealing of diamonds due to the lack of cooler, which will completely evaporate as a result of the explosion. In addition, the lack of water leads to large loads on the walls of the chamber, which leads to its rapid wear, since there is no effective extinction of the energy of the explosion. When the ratio of water to explosive is more than 8: 1, the load on the walls of the chamber also increases, since most of the water does not crush and does not evaporate with the energy of the explosion, but plays the role of a propelled body at high speed (hundreds of meters in 1 s), striking the walls of the explosive cameras. An increase in the mass of water from 3: 1 to 8: 1 to a small extent leads to an increase in the yield of diamonds; with a ratio greater than 8: 1, this increase becomes almost imperceptible.

П р и м е р 1. Заряд прессового тротила плотностью 1540 кг/м³ и весом 0,1 кг подрывается во взрывной камере объемом 0,2 м³. Масса воды, идущей на орошение в момент подрыва, 0,8 кг (соотношение 8:1). После взрыва получено 0,0153 кг шихты, содержащей 5,5% ультрадисперсных алмазов. Выход алмазов на единицу массы взрывчатого вещества 0,8%
П р и м е р 2. Заряд прессованного тротила плотностью 1580 кг/м³ и весом 0,035 кг подрывается во взрывной камере объемом 0,2 м³, заполненной до атмосферного давления углекислым газом. После взрыва получено 0,0062 кг шихты, содержащей 1,4% ультрадисперсных алмазов. Выход алмазов на единицу массы взрывчатого вещества 0,25%
П р и м е р 3. Заряд прессованного состава ТГ 40 плотностью 1540 кг/м³ и весом 0,1 кг подрывается во взрывной камере объемом 0,2 м³. Масса воды, идущей на орошение в момент подрыва, 0,3 кг (соотношение 3:1). После взрыва получено 0,0128 кг шихты, содержащей 5,5% ультрадисперсных алмазов. Выход алмазов на единицу массы взрывчатого вещества 6%
П р и м е р 4. Заряд прессованного состава ТГ40 плотностью 1540 кг/м³, весом 0,35 кг подрывается во взрывной камере объемом 0,2 м³, заполненной до атмосферного давления углекислым газом. После взрыва получено 0,0028 кг шихты, содержащей 25,9% ультрадисперсных алмазов. Выход алмазов на единицу массы взрывчатого вещества 2,1%
Как показали данные примеров, выход алмазов на единицу массы взрывчатого вещества в предлагаемом способе в 3 раза выше, чем в прототипе, а содержание алмазов выше в 2-4 раза.PRI me R 1. The charge of press TNT with a density of 1540 kg / m ³ and a weight of 0.1 kg is blown up in an explosive chamber with a volume of 0.2 m ³ . The mass of water going for irrigation at the time of blasting is 0.8 kg (8: 1 ratio). After the explosion, 0.0153 kg of a mixture containing 5.5% ultrafine diamonds was obtained. The output of diamonds per unit mass of explosive 0.8%
PRI me R 2. The charge of pressed trotyl with a density of 1580 kg / m ³ and a weight of 0.035 kg is blown up in an explosive chamber with a volume of 0.2 m ³ filled with atmospheric carbon dioxide. After the explosion, 0.0062 kg of a mixture containing 1.4% ultrafine diamonds was obtained. The output of diamonds per unit mass of explosive 0.25%
PRI me R 3. The charge of the pressed composition TG 40 with a density of 1540 kg / m ³ and a weight of 0.1 kg is blown up in an explosive chamber with a volume of 0.2 m ³ . The mass of water going for irrigation at the time of blasting is 0.3 kg (3: 1 ratio). After the explosion, 0.0128 kg of a mixture containing 5.5% ultrafine diamonds was obtained. The output of diamonds per unit mass of explosive 6%
PRI me R 4. The charge of the pressed composition TG40 with a density of 1540 kg / m ³ , weighing 0.35 kg is blown up in an explosive chamber with a volume of 0.2 m ³ , filled to atmospheric pressure with carbon dioxide. After the explosion, 0.0028 kg of a mixture containing 25.9% ultrafine diamonds was obtained. Diamond output per unit mass of explosive 2.1%
As shown by the examples, the output of diamonds per unit mass of explosive in the proposed method is 3 times higher than in the prototype, and the diamond content is 2-4 times higher.

Claims

METHOD FOR PRODUCING ULTRA-DISPERSION DIAMOND by detonating a charge of an explosive with negative oxygen balance in a sealed explosive chamber in an environment inert to condensed detonation products, followed by their cleaning, characterized in that the space of the blast chamber at the time of detonation of an explosive charge is irrigated with water, and the mass going to irrigation water refers to the mass of the explosive charge as 3 8 1.