WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |
Физика твердого тела, 2004, том 46, вып. 4 Введение Из истории открытия синтеза наноалмазов © В.В. Даниленко ЗАО „АЛИТ“, 03067 Киев, Украина E-mail: vvdan@list.ru Излагается история открытия синтеза наноалмазов, исследования их свойств, применения и организации производства во второй половине XX века. Отмечается, что эта история уникальна, поскольку в СССР в течение 19 лет синтез наноалмазов открывался трижды: впервые в 1963 г. К.В. Волковым, В.В. Даниленко, В.И. Елиным в ВНИИТФ (Снежинск), затем в 1982 г. А.М. Ставером и А.И. Лямкиным в Институте гидродинами СО АН СССР (Новосибирск) и Г.И. Саввакиным в Институте проблем материаловедения АН УССР (Киев). При этом у всех авторов открытие синтеза наноалмазов происходило одинаково: как неожиданный результат в процессе исследования синтеза алмаза ударным сжатием неалмазных форм углерода в взрывных камерах. Продемонстрирован приоритет работ российских ученых.

Ровно 40 лет назад в июле 1963 г. был открыт В 1960–1980 гг. в СССР сложился своеобразный детонационный синтез наноалмазов. В их сорокалетней „алмазный клуб“ научно-исследовательских институтов, истории прослеживаются три периода.

в которых проводились исследования динамических ме1) 1963–1982 гг. — открытие синтеза наноалмазов и тодов сверхтвердых материалов. В него входили следуюзатем длительная приостановка активных исследований.

щие организации:

2) 1982–1993 гг. — повторное открытие синтеза, - Всесоюзный научно-исследовательский институт интенсивное развитие исследований и производства натехнической физики (ВНИИТФ, Снежинск, Челябинская ноалмазов сразу в нескольких научных центрах СССР.

область), В этот период возможности производства превосходили - Институт химической физики АН СССР (ИХФ, масштабы применения.

Черноголовка, Московская область), 3) 1993–2003 гг. — нерентабельность производства - Институт гидродинамики СО АН СССР (ИГ, Новомалых объемов наноалмазов, которая привела к закрысибирск), тию ряда научных центров и остановке производства.

- Институт сверхтвердых материалов АН УССР Однако остались энтузиасты, которые продолжают (ИСМ, Киев), упорно работать, веря, что наноалмазы будут широко - Институт проблем материаловедения АН УССР применяться в промышленности. Постепенно интерес к (ИПМ, Киев), наноалмазам возрождается, о чем свидетельствует про- Днепропетровский горный институт (ДГИ, Днепроведение Международного симпозиума в Санкт-Петерпетровск).

бурге.

Основная информация по истории разработки динаРассматривая историю открытия синтеза наноалмазов мических методов синтеза алмаза приведена в таблице.

или ультрадисперсных алмазов (УДА), обязательно нужИстория открытия синтеза УДА уникальна. В СССР в но учитывать следующее.

течение 19 лет его открывали трижды разные ученые в 1) История открытия УДА — часть общей истории различных научных институтах.

разработки взрывных технологий синтеза сверхтвердых Первыми в СССР в 1960 г. исследования по синматериалов, закономерный результат развития предшетезу алмаза начали специалисты ВНИИТФ — инстиствующих работ.

тута, где разрабатывались ядерные боеприпасы. Это 2) Это не только история открытия синтеза УДА, но заслуга выдающегося ученого, научного руководителя также история многолетних исследований конденсации ВНИИТФ академика Е.И. Забабахина, чье имя сейчас углерода в детонационной волне, свойств и применения носит институт. Благодаря его инициативе и поддержке УДА, организации промышленного производства УДА.

в 1960–1965 гг. группой ученых-газодинамиков в составе 3) Для любой истории открытия важны приоритеК.В. Волкова, В.В. Даниленко и В.И. Елина были проветы. Всегда первооткрыватели используют опыт своих дены приоритетные работы по синтезу алмаза:

предшественников, зачастую малоизвестных. Об этом - впервые были получены алмазы ударным сжатием необходимо помнить.

графита и сажи в сферических и цилиндрических ампуОткрытие в конце 50-х годов XX века синтеза алмаза лах сохранения (1962 г.);

при статических давлениях стимулировало исследования возможности использования энергии взрыва для синтеза - впервые для повышения на порядок выхода алалмаза. Первыми обнаружили алмаз в сохраненном маза использовано сжатие смеси графита с металломобразце ударно-сжатого графита в 1961 г. в США [1]. охладителем (1963 г.);

582 В.В. Даниленко Из истории динамического синтеза алмаза Авторы Год Содержание работы Ю.Н. Рябинин 1956 Неудачные попытки динамического синтеза Е.И. Забабахин (ВНИИТФ) 1960 Обоснование возможности синтеза алмаза ударным сжатием графита, начало экспериментальных работ в ВНИИТФ B.J. Alder, R.H. Christian, М.Н. Павловский (ВНИИЭФ), 1963 Получение ударной адиабаты графита и вывод о его превращении в алмаз К.К. Крупников (ВНИИТФ), А.Н. Дремин, С.В. Першин (ИХФ) P.J. De Carli, A.C. Jamisson 1961 Синтез алмаза с сохранением ударно-сжатого графита в плоской ампуле К.В. Волков, В.В. Даниленко, 1962 То же в сферических и цилиндрических ампулах (выход алмаза 2%) В.И.

Елин (ВНИИТФ) 1963 Синтез алмаза сжатием смесей графит + Me, сажа + Me, (выход алмаза 20%) 1963 Синтез УДА из углерода продуктов взрыва (выход 8-12% от массы заряда из ТГ40) Г.А. Ададуров (ИХФ) 1965 Синтез алмаза из графита Фирма „Дюпон“ (США) 1976 Промышленное производство алмазного микропорошка „Mypolex“ сжатием в цилиндрических ампулах смеси графита с медью зарядами массой 5 t Г.И. Саввакин (ИПМ) 1982 Синтез УДА А.М. Ставер, А.И. Лямкин (ИГ) 1982 То же О.Н. Бреусов, В.Н. Дробышев, 1983 Опытное производство микропорошков алмаза ДАГ и ДАС взрывом в камере Г.А. Ададуров, А.Н. Дремин (ИХФ) прессованных зарядов массой 100 g из смеси графита или сажи с гексогеном Г.В. Сакович с сотрудниками 1984 Опытно-промышленное производство УДА (НПО „Алтай“) 1985 Применение композиционных износостойких покрытий „хром + УДА“ для инструмента и оснастки, производдство антифрикционной присадки с УДА для моторных масел Сотрудники ВНИИТФ и ФГУП 1990 Опытное производство УДА Комбинат „Электрохимприбор“ (г. Лесной) В.В. Даниленко, В.И. Падалко 1992 Опытное производство УДА (заряды из ТГ40 массой 10 kg, (ЗАО „АЛИТ“ г. Житомир) водяное охлаждение ПД в камере 100 m3) В.В. Даниленко, 1994 Начало исследований по спеканию УДА в статических условиях И.А. Петруша (ИСМ) В.В. Даниленко (ЗАО „АЛИТ“) 1994 Безампульное спекание плотных гранул УДА взрывом, получение монокристалла алмаза В.В. Даниленко, П.П. Толочко, 1986-1992 Исследование синтеза УДА взрывом зарядов Б.А. Выскубенко, Э.Э. Лин большой массы (10-140 kg) (ЗАО „АЛИТ“, ВНИИЭФ) - впервые с помощью взрыва получена сверхтвердая Первый же опыт в такой постановке дал резкое вюрцитная модификация нитрида бора (1963 г.); увеличение выхода алмаза. Затем в июле 1963 г. был - впервые открыт и исследован детонационный син- выполнен контрольный опыт с зарядом без графита, тез алмазов из углерода молекул взрывчатых веществ который подтвердил предположение о синтезе алмаза из (ВВ) (1963 г.) [2–4]. углерода продуктов детонации (ПД).

С целью упрощения синтеза алмаза автором была Проведенное тогда же сопоставление фазовой диапредложена и реализована в 1962 г. замена ампуль- граммы углерода и параметров в точке Жуге для деного синтеза на безампульный с проведением взры- тонации плотных зарядов мощных ВВ (значений даввов в взрывной камере. При этом графит помещался ления и температуры, получаемых в ПД в результанепосредственно в цилиндрический заряд из сплава те детонационного разложения молекул ВВ) показало, тротил / гексоген ТГ40, а для подавления графитизации что свободный углерод ПД должен конденсироваться и снижения скорости разгрузки образующегося алмаза в форме алмаза (см. рисунок). Очевидно также, что заряд окружался водяной оболочкой. для получения свободного углерода в ПД необходимо Физика твердого тела, 2004, том 46, вып. Из истории открытия синтеза наноалмазов использовать ВВ с отрицательным кислородным балансом. Такие взрывчатые составы одновременно являются источником энергии и углерода. По сравнению с синтезом алмаза из графита преимущество конденсации атомарного углерода ПД в алмаз состоит в том, что не требуется расходовать энергию и время на разрушение или перестройку исходной кристаллической решетки графита. Таким образом, основная проблема заключается не в образовании УДА, а в его сохранении — создании условий, предотвращающих и окисление, и графитизацию полученного УДА.

Несмотря на убедительность теоретических предпосылок, только эксперимент, проведенный в 1963 г., впервые показал, что образование алмаза в детонационной волне действительно происходит и полученное вещество удается сохранить.

В 1963–1965 гг. было проведено около ста опытов по исследованию влияния на синтез УДА условий взрыва, состава и конфигурации зарядов, а также свойств Фазовая диаграмма углерода и параметры детонации. На вставке показан профиль давления в детонационной волне:

получаемого УДА [2–4]. Показано решающее значение A — ударное сжатие ВВ (химический пик), AB — реакция для синтеза УДА охлаждения ПД за счет превращения разложения молекул ВВ с образованием ПД и конденсацией потенциальной энергии ПД в кинетическую энергию свободного углерода (при отрицательном кислородном баланоболочки, окружающую заряд. Обнаружено, что лучшей се ВВ) в форме УДА при давлениях более 20 GPa, B —окончаформой заряда из ТГ40 является удлиненный цилиндр, ние реакции (точка Жуге), tp — время реакции. На диаграмме взрыв которого в водяной оболочке дает выход УДА, отмечено положение точек A и B для сплава тротил / гексоген равный 8–12% от массы заряда при содержании УДА в ТГ36 (TH36). M1 и M2 — возможные положения линии шихте до 75%.

плавления углерода. Указана плотность (8t / cm3).

В то время работы по методам синтеза алмаза в СССР относились к совершенно секретным, поэтому 4) общая неподготовленность промышленности к разполученные результаты первоначально были изложены витию наноматериалов и нанотехнологий в 60-х годах только в закрытых отчетах ВНИИТФ.

В 1987 г. часть XX века.

этих отчетов была разослана в НИИ „алмазного клуба“.

Аналогичным образом в процессе исследований бе- В 1984 г. впервые было организовано опытное производство УДА в НПО „Алтай“ под руководством аказимпульсного синтеза алмаза в результате ударного демика Г.В. Саковича и затем предложен и исследован сжатия углеграфитовых и углеводородных материалов ряд новых, нетрадиционных для алмаза областей приме(но без водяной оболочки) в 1982 г. синтез УДА нения УДА [4,9]. Показано, что малые добавки УДА в был переоткрыт А.М. Ставером и А.И. Лямкиным под различные материалы заметно улучшают свойства матеруководством академика В.М. Титова в ИГ СО АН СССР риалов и покрытий. Всегда УДА играет роль мощного (Новосибирск) [5,6] и Г.И. Саввакиным под руководством структурообразователя.

академика В.И. Трефилова в ИПМ АН УССР (Киев) [7].

В 1986 г. НПО „Алтай“ впервые провело межотраВ этих опытах необходимое для сохранения УДА слевую научную конференцию по УДА, которая покаохлаждение ПД достигалось за счет ударного сжатия инертного газа в взрывной камере. При этом выход УДА зала полное совпадение данных по УДА, полученных в составлял 4-6% при содержании УДА в шихте 40-60%. ВНИИТФ в 1963–1964 гг. и в ИГ 1982–1986 гг.

В США первое сообщение о синтезе УДА появилось В СКТБ „Технолог“ (Санкт-Петербург) в конце только в 1988 г. [8]. 1980-х годов разработана технология очистки УДА тольРазвитие этого интересного направления науки и тех- ко азотной кислотой под давлением и создана установнологии надолго задержали следующие обстоятельства: ка непрерывного действия. В результате графитизации 1) режим секретности, существовавший в СССР и УДА в 1993 г. в ИГ получен необычный луковицеподобраспространявшийся на любые работы по синтезу ал- ный графит с замкнутыми углеродными связями [10].

маза; Детальные исследования свойств и возможности при2) признание Правительством СССР нецелесообраз- менения УДА проводились в ИСМ и ИПМ (Киев), ности параллельной разработки взрывных методов в НПО „Синта“ (Минск), ЗАО „Алмазный центр“ (Санктусловиях интенсивного развития исследования и произ- Петербург), ВНИИТФ (Снежинск). Для обеспечения водства алмазов каталитического синтеза; заданного уровня контролируемых параметров различ3) синтез УДА был отктры в ВНИИТФ, профиль ных порошков и суспензий УДА на них разработана основных работ которого был далек от алмазной тема- нормативно-техническая документация — ТУ России тики; (ВНИИТФ, 1994 г.) и ТУУкраины (ИСМ, 2001 г.).

Физика твердого тела, 2004, том 46, вып. 584 В.В. Даниленко В 1988–1998 гг. большой объем работ по изучению [6] В.М. Титов, В.Ф. Анисичкин, И.Ю. Мальков. Физика горения и взрыва 3, 117 (1989).

закономерностей конденсации углерода при детонации в [7] В.Ф. Петрунин, В.А. Погонин, Г.И. Саввакин, В.И. Трефиформе УДА проведен в ИГ А.И. Лямкиным, А.М. Ставелов. Порошковая металлургия 2, 20 (1984).

ром, В.Ф. Анисичкиным, И.Ю. Мальковым, Е.А. Петро[8] N.Roy Greiner, P.S. Philips, J.D. Johnson. Nature 333, вым, А.П. Ершовым, В.М. Титовым [5,6].

(1988).

Показано влияние образования УДА на параметры [9] Г.В. Сакович, В.Ф. Комаров, Е.А. Петров и др. В кн.: V Вседетонации [11–13].

союз. совещ. по детонации. Сб. докл. Т. 2. Красноярск В 1986–1988 гг. в ВНИИТФ автором впервые ис(1991). С. 272.

следован синтез УДА взрывом зарядов большой массы [10] И.Ю. Мальков, В.М. Титов, В.Д. Кузнецов, А.Л. Чувилин.

Физика горения и взрыва 1, 130 (1994); Chem. Phys. Lett.

(до 20 kg) из различных ВВ в взрывных камерах боль222, 343 (1994).

шого объема с целью создания на этой основе круп[11] Л.Н. Акимова, С.А. Губин, В.Д. Одинцов, В.И. Пепекин.

нотоннажного производства дешевого и качественного В кн.: V Всесоюз. совещ. по детонации. Сб. докл. Т. 1.

УДА, без чего невозможно применение УДА в промышКрасноярск (1991). С. 14.

ленных масштабах. Показано, что с увеличением массы [12] S.L. Mader. Numerical Modeling of Explosives and взрываемых зарядов из ТГ40 выход УДА сохраняется Propellants. 2nd Edit. CRC Press (1998).

неизменным, но частицы УДА укрупняются (удельная [13] С.В. Першин, Д.Н. Цаплин. В кн.: V Всесоюз. совещ. по поверхность частиц УДА уменьшается вдвое) и появлядетонации. Сб. докл. Т. 2. Красноярск (1991). С. 237.

ется примесь крупнокристаллического лонсдейлита [4]. [14] Б.А. Выскубенко, В.В. Даниленко, Э.Э. Лин и др. Физика горения и взрыва 2, 108 (1992).

В 1991 г. был проведен уникальный опыт по синтезу [15] В.В. Даниленко, В.И. Трефилов, В.Н. Даниленко. Патент УДА взрывом заряда из ТГ40 массой 140 kg в водяной СССР SU 181329 АЗ. Приор. от 12.05.91.

оболочке в камере объемом 300 m3 [14].

[16] В.Ю. Долматов. Успехи химии 70, 7, 607 (2001).

В 1992 г. автор разработал технологию производства [17] Тр. науч. сем. по нанометрическим алмазам. Киев, (2002).

УДА и реализовал ее в промышленной установке фирмы Сверхтвердые материалы 6 (2002).

Pages:     || 2 |



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.