Способ получения алмазов
Патент 2063797
Авторы
Классы МПК
Способ получения алмазов
Реферат
Сущность изобретения: адиабатическое сжатие смеси двух грамм-молекул ацетилена с одной грамм-молекулой углекислого газа с катализатором магнием и окисью магния в резиновой емкости, обмазанной изнутри "жидким" стеклом. В результате химической реакции смесь нагреется до 1530oС, а давление повышается до 1000 ат. Газообразный углерод десублимируется в монокристалл с выделением энергии, полученной при сублимации 5 грамм-атомов углерода. Кристалл алмаза прозрачен для любого излучения и не может поглотить световую энергию, нагреться и превратиться в графит. Таким образом, кристалл преодолевает энергетический барьер графитизации и остается алмазом. Положительный эффект: за один цикл получают монокристалл алмаза "чистой воды" до трехсот карат (60 грамм) и более.
Известно несколько способов получения алмазов. Первый способ перевод графита в алмаз при давлениях от 50 тыс. до 100 тыс. атмосфер и температурах от 1000o до 2000oC и при наличии металлических катализаторов: никеля, железа, родия, палладия, платины и др. В громоздких аппаратах графит с катализатором разогревается токами высокой частоты, металл плавится, а графит растворяется. На границе металл-графит выделяются мелкие кристаллики технических алмазов. Второй способ синтеза алмазов действие на графит в смеси с катализатором ударной волны, создаваемой взрывом. При давлении 300 тыс. атмосфер получаются алмазы размером до 40 микрон. Третий способ путем наращивания затравочных кристаллов алмаза медленным пропусканием метана под давлением 0,001 атм. над нагретым до 1100oC зародышевыми кристаллами. Процесс сводится к термическому разложению метана. Атомарный углерод осаждается на поверхности кристалла, продолжая его структуру. Были получены нитевидные "усы" длиной до 2 мм и диаметром в несколько микрон. Все способы имеют один недостаток: мелкие, годные для технических целей кристаллы.
Наиболее близким к предложенному является способ получения алмазов, включающий сжатие в камере с поршнем смеси газов, содержащих ацетилен. Способ не позволяет получать достаточно крупные монокристаллы. Сущность изобретения: адиабатическое всестороннее сжатие смеси углеродсодержащих газов с катализатором и их химическое взаимодействие с превращением реагентов в воду и углерод с большим выделением тепла. Взрывоподобный переход воды из жидкой фазы в газовую. Образование в камере с большим давлением и температурой "полости" и ее схлапывание, при котором в центре развиваются температура до 10000oC и давление до миллиона атмосфер. В таких условиях (при соответствующих давлении и температуре) образуются и природные алмазы. Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения. Берут две грамм-молекулы ацетилена (44,8 л) и одну грамм-молекулу углекислого газа (22,4л) по объему при 25oС и атмосферном давлении 760 мм рт.ст. или 52 г ацетилена и 44 г углекислого газа по весу. Смешивают оба объема и перекачивают в емкость с растягивающимися стенками. Помещают туда же мелкораздробленный катализатор жженую магнезию с порошком металлического магния. Емкость со смесью газов и катализарором помещают в реагирующую камеру установки для получения кристаллов. Выстреливают поршень в камеру, который адиабатически сжимает смесь газов. Адиабатическое сжатие отличается от обычного тем, что вся энергия мгновенно переходит в тепловую и служит энергией активации реагентов химической реакции. Рассмотрим химические реакции в смеси ацетилена и углекислого газа. Критическая температура ацетилена равна плюс 35oС, критическое давление 80 атм. Критическая температура углекислого газа плюс 31oС, критическое давление 73 атм. При адиабатическом сжатии оба газа будут находиться в одинаковой фазе. Известно, что ацетилен, как вещество эндотермическое, при сжатии взрывается: Превращение 5 грамм-атомов углерода в кристалл из газообразного состояния при наличии давления произойдет с выделением энергии, равной энергии сублимации, т. е. 855 ккал.г/кристалл. Смесь должна нагреться до 8550oС. Но нагреется только до 890oС, так как остальная энергия 766 ккал г/кристалл, израсходуется на ионизацию молекул воды: Этот переход энергии предотвратит графитизацию кристалла, которая проходит от 1200o до 1600oС. Без наличия в образованной смеси молекул воды и соответственно их ионизации с расходованием 383 ккал/моль графитизация кристалла алмаза неизбежна. Разложение молекул воды на кислород и водород предотвратить графитизацию не может, так как на это пойдет только 222 ккал/моль. Энергия ионизации молекул воды больше энергии атомизации любого металла (вольфрам 200 ккал г/атом). Выполнить роль поглотителя "лишней" энергии при образовании кристалла алмаза достаточно крупного размера способна только вода. Поглощение энергии разноименными зарядами сопровождается их разделением. В замкнутой полости с высоким давлением ионы, имеющие больший объем, расположатся на периферии, а меньший в центре. Произойдет образование межзарядовой полости с последующим ее схлапыванием (замыканием) и излучением энергии, которая поглотится стенками камеры, а не кристаллом, так как частота поглощения кристалла и ионов воды не совпадают. Иначе, образованный кристалл алмаза для излучения прозрачен. В этом и заключается сущность образования кристаллов алмазов. Ионы воды конденсируют тепловую энергию смеси в виде парового конденсатора с положительными протонами на поверхности кристалла в центре, так как занимают ничтожный объем по сравнению с ионами гидроксила, которые с отрицательными зарядами располагаются по периферии. Тепловая энергия переходит в электрическую, а последняя в высокоэргическое излучение (рентгеновское и ультрафиолетовое), прозрачное для кристалла алмаза, а поэтому и не отдающее ему энергию, способную перевести алмаз в графит. Способ получения алмазов в какой-то степени похож на природное образование их в трубках взрыва: карбиды металлов, соединяясь с водой кристаллогидратов, образуют ацетилен. Последний смешивается с углекислым газом. Образуется взрывчатая смесь. При быстром сжатии взрыве выделяется энергия сублимации углерода, ионизирующая воду, и энергия химических реакций. Эта энергия превращается в излучение, которое не поглощается кристаллом, а значит, и не переводит алмаз в графит. Способность алмаза "прилипать" к жировым поверхностям косвенно доказывает осаждение ионов водорода воды на его поверхности и образование полости из разноименных ионов в виде парового электрического конденсатора с его пробоем замыканием электроискрой и выделением запасенной электроэнергии в виде коротковолнового светового излучения, прозрачного для кристалла алмаза. В этом и заключена тайна образования алмаза и его устойчивость в сосуде камере, где энергии больше, чем достаточно для перехода в графит. Процесс образования электрической полости несколько напоминает образование кавитационной полости в жидкости. Там тоже наблюдается ионизация и превращение части энергии схлапывания в излучение, но для образования кристалла алмаза процесса кавитации недостаточно. Экономическая эффективность способа при условии сохранения "тайны" образования алмазов для нашей страны может приравниваться открытию и разработке нефтяных, газовых, алмазных и других месторождений, требующих вложений больших денег, материалов и времени. В течение одного цикла можно получить кристалл "чистой воды" весом 60 грамм более 300 карат.Формула изобретения
Способ получения алмазов, включающий сжатие в камере с поршнем смеси газов, содержащих ацетилен, отличающийся тем, что в смеси газов используют углекислый газ при объемном соотношении ацетилена и углекислого газа 2:1, в качестве камеры используют резиновую емкость, обмазанную изнутри "жидким" стеклом и обсыпанную катализатором из магния и окиси магния, и сжатие ведут адиабатически со сверхзвуковой скоростью.