Способ получения алмазных частиц, способ получения алмазных кристаллов и способ получения содержащих алмазные частицы заготовок

Способ получения алмазных частиц, способ получения алмазных кристаллов и способ получения содержащих алмазные частицы заготовок

Реферат

 

Изобретение относится к области синтеза сверхтвердых материалов, в частности к получению материала на основе алмаза, используемого для изготовления обрабатывающего инструмента. Сущность изобретения: в способе получения алмазных частиц преимущественно для изготовления алмазосодержащего материала частицы нанодисперсных алмазов подвергают воздействию заданных давлений и температур, при этом на поверхность частиц алмаза наносят частицы графита или углерода нанометричных размеров. Изобретение позволяет получать материалы на основе алмаза с размером частиц 1 - 500 мкм и содержанием несгораемых примесей не более 2 мас.% (что является оптимальным для большинства областей использования алмазосодержащих порошков), а также получать частицы алмаза с размерами более 500 мкм. 3 с. и 7 з.п. ф-лы, 5 табл., 17 ил.

Изобретение относится к области синтеза сверхтвердых материалов, в частности к получению материала на основе алмаза, используемого для изготовления обрабатывающего инструмента. Полученный материал может применяться в качестве шлифовального и абразивного материала для получения высококачественных поверхностей деталей из различных материалов, в инструменте с вставками для сверления, фрезерования и точения деталей, а также в качестве формообразующих вставок. В частности, изобретение касается способа обработки частиц нанодисперсных алмазов.

Известны способы получения частиц алмаза динамического синтеза (нанодисперсных алмазов) [1]. Выделяют две основных группы методов динамического синтеза алмазов, соответственно получаемых детонационным и ударно-волновым сжатием углеродсодержащих веществ. В первом случае углерод находится в самом взрывчатом веществе, а во втором - исходный углеграфитовый материал заключен в ампулу, сжимаемую под действием ударной нагрузки. Ультрадисперсный алмаз (УДА) получают, главным образом, методом детонационного синтеза, хотя достаточно дисперсные (нанометричные) алмазы получают и с помощью ударного сжатия, используя исходный углеграфитовый материал с высокодисперсной структурой.

Известны также способы получения нанодисперсных частиц алмаза химическим (физическим) осаждением из углеродсодержащего газа (плазмы) атомов, ионов, молекул или радикалов, содержащих углерод, на подложку при выращивании алмазной (алмазоподобной) пленки [2], стр.84-108.

Однако этот способ исключительно дорогостоящий, малопроизводительный, трудоемкий и в настоящее время применяется пока только в научных целях.

Известны различные способы получения синтетических алмазов с использованием энергии взрыва, например получения порошков, содержащих частицы алмаза. Таким способом получают микропорошки марки АСМВ [3], стр.168-171. Микропорошки марки АСМВ отличаются высокоразвитой поверхностью частиц алмаза. Применение их при полировании позволяет сократить время обработки поверхности на 25-30%.

Однако данному способу получения алмазных частиц присущи следующие недостатки.

1. Для снижения стоимости алмазов необходимо использовать большие заряды взрывчатого вещества массой до 5 тонн. Способ предусматривает использование металлических контейнеров (ампул). Реализация этого способа возможна только на больших полигонах или в подземных камерах.

2. При реализации способа используются давления в несколько десятков ГПа и температуры 2000-3000^oС. При этом для предотвращения обратного перехода алмаза в графит из-за (вследствие) высоких остаточных температур при взрывном методе синтеза используются различные охлаждающие среды, способные с большой скоростью отводить теплоту от синтезируемых алмазных частиц.

3. Извлечение алмаза из продуктов синтеза требует значительного количества минеральных кислот, что связано как с невысоким выходом алмаза, так и с необходимостью последовательного удаления металла-охладителя, непрореагировавшего графита и различных примесей, а затем очистки поверхности полученных алмазных частиц. После очистки в алмазе остаются металлические примеси, ухудшающие его свойства.

4. Особенностью полученных таким способом алмазных порошков является высокая дефектность и развитость их поверхности.

Такие порошки, как правило, имеют темный, почти черный, цвет. Их фазовый состав отличается наличием, кроме кубической, еще и гексагональной фазы (лонсдейлита). Высокая развитость поверхности алмазных частиц существенно затрудняет ее химическую очистку и особенно классификацию порошка.

Известны и другие способы получения алмазных частиц за счет использования энергии взрыва, причем как за счет получения алмаза из различных марок графита, сажи, так и за счет получения алмаза из углерода продуктов детонации взрывчатых веществ [4], стр.12-18. Получаемые порошки алмаза имеют абразивную способность, заметно более высокую в сравнении с порошками статического синтеза [4], стр.14, рис.10.

Однако и в этом случае при синтезе используются высокие давления (20-30 ГПа), хотя и более низкие, чем при реализации приведенного выше способа (более 60 ГПа). Также необходимо производить очистку полученного продукта от неалмазного углерода и примесей, остающихся после синтеза.

Высокая энергетика поверхности таких порошков является основным препятствием при попытках получения однородных порошков. Высокая дисперсность (2-10 нм) алмазных частиц существенно ограничивает их практическое использование. Сам детонационный синтез проводится в специализированных взрывных камерах объемом не менее 20 м³, внутренняя поверхность которых должна быть покрыта коррозионно- и ударостойким сплавом.

Известен способ получения заготовок композиционного поликристаллического материала, содержащего частицы ультрадисперсного алмаза (УДА), приведенный в описании изобретения по [5]. При этом получают композиционный поликристаллический материал, содержащий связку на основе тугоплавких соединений переходных металлов IV-VI групп или их эвтектических составов с металлами Zn, Cr, Mo, Fe и УДА-порошок с размерами частиц Однако технология получения и сам материал обладают рядом недостатков.

Во-первых, спекание материала проводят при давлении не ниже 8,5 ГПа и температуре не ниже 1350^oС в течение 5-60 с. Во-вторых, частицы связки и частицы УДА отличаются на несколько порядков, а именно в 10-100 раз, что ведет к снижению свойств спеченных заготовок. В-третьих, наличие в связке металлов катализаторов, способствующих спеканию частиц и превращению неалмазной формы углерода в алмаз, снижает физико-механические характеристики и термостойкость спеков, а также режущие свойства получаемого материала.

Известен также способ синтеза термостойких поликристаллов алмаза с использованием неметаллических активирующих добавок, который предложен в [6], стр. 184-189. В качестве добавки, активирующей превращение графит --> алмаз, выбран бор. Известно, что бор при высокой температуре легко диффундирует в графите и, взаимодействуя с углеродом, образует карбид бора, имеющий алмазоподобную структуру, присутствие которого в реакционной смеси активирует процесс алмазообразования, выполняя роль центров кристаллизации.

Однако в этом случае используются давления выше 7 ГПа и температуры выше 2300^oС. При этом синтезируемые поликристаллы обладают размерами зерна 3-10 мкм и линейными размерами до 6 мм, что также ограничивает области их использования.

Из известных технических решений наиболее близким объектом к заявляемому способу получения алмазных частиц преимущественно для изготовления алмазосодержащего материала и получаемому материалу на основе нанодисперсных алмазов по совокупности существенных признаков является способ получения алмазных частиц для получения материала на основе алмаза, при котором частицы нанодисперсных алмазов подвергают воздействию заданных давлений и температур в углеродсодержащей среде с графитизацией поверхностного слоя алмазами частиц [7], принятый автором в качестве прототипа.

Принятый за прототип способ заключается в том, что обрабатывают частицы нанодисперсных алмазов динамического синтеза (нанодисперсные алмазы) воздействием заданных давлений и температур. При этом получают материал на основе нанодисперсных алмазов, изготовленный в виде порошка.

Получаемый порошок синтетического алмаза характеризуется повышенной (на порядок) плотностью дефектов в сравнении с порошками статического синтеза и имеет следующие характеристики: Размер частиц, нм - 2-10 Удельная площадь поверхности S_уд, м²/г - 300-400 Температура начала окисления на воздухе, ^oС - 400 Температура начала графитизации в вакууме, ^oС - 900 Однако известный способ имеет существенные недостатки. Шихту, содержащую алмазные частицы, необходимо обрабатывать концентрированной азотной кислотой либо смесью сильных минеральных кислот при температуре до 250^oС и давлении до 10 МПа, используя специальную аппаратуру высокого давления, выполненную из коррозионностойкого сплава. Затем алмазные частицы должны быть тщательно отмыты от кислоты и высушены при повышенной температуре.

Указанная обработка не приводит к улучшению структурного совершенства, не изменяет дисперсность частиц, но значительно повышает затраты на изготовление. Кроме того, способ получения самой алмазосодержащей шихты имеет следующие существенные недостатки.

1. Используются высокие давления (20-30 ГПа) и температуры (3000-4000^oС), что выше, чем при ударно-волновом синтезе.

2. Необходимо использование специализированных камер для проведения синтеза.

3. Невысокий выход алмазосодержащей шихты (приблизительно 10% от массы взрывчатого вещества), при этом в шихте сам алмаз составляет 65-80 мас.%.

4. Достаточно сложная технология очистки полученной шихты.

Получаемый этим способом порошок синтетического алмаза имеет следующие недостатки.

1. Высокая дисперсность частиц позволяет эффективно использовать их лишь в немногих областях техники, например при суперфинишной обработке материалов, в качестве модификаторов трения или в качестве адсорбентов.

2. Высокая удельная площадь поверхности не позволяет получить порошки определенного гранулометрического состава, что является причиной их низкой агрегативной и седиментационной устойчивости (в жидких средах).

3. Получаемые порошки УДА характеризуются повышенной (на порядок) плотностью дефектов по сравнению с порошками статического синтеза.

4. Вследствие значительной удельной поверхности и особенностей структуры эти порошки обладают высокой адсорбционной способностью, что а) снижает эффективность их очистки и затрудняет ее; б) не позволяет эффективно использовать их для получения поликристаллических сверхтвердых материалов (в отличие от порошков, полученных другими методами, в частности путем статического синтеза).

В качестве прототипа способа получения алмазных частиц принят способ получения алмазных кристаллов по авторскому свидетельству СССР [8], который позволяет получать частицы алмаза с размерами более 500 мкм.

При осуществлении принятого за прототип способа обрабатывают частицы алмаза воздействием заданных давлений и температур в среде, содержащей углерод. При этом первоначальный кристалл алмаза наращивают, осаждая на его нагретой поверхности углерод, получаемый при диссоциации углеродсодержащего газа.

Однако этот способ, относящийся к эпитаксиальному выращиванию алмаза (получение синтетических алмазов из газовой фазы), имеет ряд существенных недостатков.

Для осуществления этого способа необходимо сложное оборудование и оснастка, затрачивается значительное количество энергии на поддержание температуры поверхности обрабатываемой алмазной частицы (1800-2500^oС) и для обеспечения диссоциации углеродсодержащего газа (2300^oС). Производительность этого способа очень низкая, что приводит в итоге к повышенной стоимости получаемой продукции.

В качестве прототипа способа получения содержащих алмазные частицы заготовок выбран способ, описанный в патенте [10]. Известный способ получения содержащих алмазные частицы заготовок заключается в том, что смешивают алмазный порошок и связующий материал, формируют из полученной шихты заготовки, размещают над заготовкой дополнительный слой кремния, размещают заготовки в контейнере и спекают их при заданном давлении.

При этом получают алмазосодержащий спек (заготовку), у которой зерна алмаза связаны карбидом кремния.

Однако этот известный способ имеет следующие недостатки.

1. Алмазные частицы спекаются при низком давлении и достаточно длительный промежуток времени находятся при воздействии высоких температур, что ведет к разупрочнению алмаза, его окислению и графитизации.

2. Сверхтвердые композиционые материалы на основе алмаза и кубического нитрида бора (КНБ), спеченные со связкой при нормальном (пониженном) давлении уступают по своим физико-механическим и другим характеристикам аналогичным материалам, полученным спеканием при повышенном давлении, из-за невысокой прочности связи между кристаллами алмаза или КНБ.

3. Достаточно сложная температурная обработка алмаза, включающая две стадии: 1-ая для графитизации алмаза и 2-ая - непосредственно пропитка.

4. Длительная температурная обработка (по сравнению с обработкой под давлением).

5. Обрабатываются достаточно крупные частицы алмаза, что снижает характеристики композита и ограничивает область его применения.

Задачей предлагаемого изобретения является получение материалов на основе алмаза с размером частиц в диапазоне от 1 до 500 мкм и содержанием несгораемых примесей не более 2 мас.% (что является оптимальным для большинства областей использования алмазосодержащих порошков), а также получение частиц алмаза с размерами более 500 мкм. При этом параметры процесса обработки исходных частиц нанодисперсных алмазов снижены в сравнении с известными (давление от 0,13310^-10 до 2 ГПа, температура 20-1200^oС).

Задачей предлагаемого изобретения является также получение заготовок алмазосодержащих материалов с высокодисперсной (10-1000 нм) структурой, не содержащих инородных (металлических и неметаллических) включений и получаемых при сравнительно невысоких для этого класса материалов давлениях и температурах.

В результате решения этой задачи достигнут новый технический результат, заключающийся в повышении физико-механических и эксплуатационных характеристик материалов на основе алмаза, в снижении их себестоимости.

Указанный технический результат достигается тем, что при осуществлении способа получения алмазных частиц преимущественно для изготовления алмазосодержащего материала, при котором обрабатывают частицы нанодисперсных алмазов воздействием заданных давлений и температур, согласно изобретению на поверхность частиц алмаза наносят графит или углерод, размеры частиц которых выполнены нанометричными.

При этом частицы графита наносят на поверхность частиц алмаза путем термической обработки очищенного порошка нанодисперсных алмазов с графитизацией их поверхностного слоя, нагревая их в вакууме при температуре от 1000 до 1500^oС.

Слой графита увеличивают, осаждая дополнительно углерод на поверхность полученных частиц из углеродсодержащего газа путем охлаждения этих частиц до температуры ниже 300^oС и подачи в реакционный объем углеродсодержащего газа, нагреваемого до температуры от 300 до 1000^oС.

При этом возможен вариант, когда поверхность исходных частиц алмаза смачивают углеродсодержащей жидкостью или осаждают на поверхность этих частиц углеродсодержащие группы из углеродсодержащего газа, нагревая газ до температуры от 300^oС и поддерживая температуру частиц алмаза не более 300^oС.

Кроме того, возможно нанесение графита на поверхность частиц алмаза путем термической обработки неочищенного порошка нанодисперсных алмазов с графитизацией углерода, находящегося на поверхности частиц алмаза, путем нагревания в среде инертного газа или в вакууме при температуре от 1200 до 1500^oС, причем слой углерода может быть увеличен путем осаждения на его поверхность углерода из углеродсодержащего газа приведенным выше технологическим приемом.

При любом варианте осуществления способа получения алмазных частиц возможна технология, когда смешивают частицы очищенных нанодисперсных алмазов с частицами графита нанометричных размеров, перемешивают в течение 2-3 часов, а обработку полученной шихты осуществляют при давлении от 0,13310^-10 до 2,0 ГПа и температуре от 20 до 1200^oС с выдержкой от 10 с до 6 ч при следующем соотношении составных частей, мас.%: Порошок нанодисперсных алмазов с размерами кристаллитов 2 - 10 нм - 10 - 50 Порошок нанодисперсных алмазов, на поверхность которых нанесен графит или углерод - Остальное При этом в шихту могут быть добавлены частицы графита или графитоподобного нитрида бора с размерами не более 1 мкм в количестве от 10 до 50 мас. %, а также углеродсодержая жидкость в количестве от 10 до 100 об.% от объема полученной шихты.

Возможен также вариант, когда в шихту добавляют до 10 мас.% аморфного бора с размерами частиц не более 1 мкм.

Отличительной особенностью заявляемого способа получения алмазных частиц для изготовления алмазосодержащего материала является то, что на поверхность частиц алмаза наносят графит или углерод, размеры частиц которых выполнены нанометричными.

Это позволяет, во-первых, производить перекристаллизацию нанесенного графита или углерода в плотные углеродные модификации в области давлений и температур, которая традиционно считается областью термодинамической стабильности "рыхлых" углеродных модификаций (графит, сажа). Во-вторых, способствует росту размеров частиц нанодисперсного алмаза. В-третьих, приводит к появлению достаточно крупных частиц алмаза, образующихся из нанодисперсных частиц алмаза.

В зависимости от структуры наносимого углерода, способа его нанесения и условий обработки возможна его перекристаллизация в алмаз, промежуточные гексагональные модификации углерода или алмазоподобный углерод.

При этом порошок нанодисперсных алмазов может либо инициировать превращение вводимого графита (углерода) в плотные модификации, либо укрупняться за счет наносимого на их поверхность углерода с последующим слиянием алмазных частиц внутри агрегатов, а также за счет коагуляции и коалесценции самих агрегатов. Возможен также механизм, когда отдельные частицы или агрегаты частиц нанодисперсных алмазов присоединяются к более крупной растущей алмазной частице.

Используемые нанодисперсные алмазы, с одной стороны, выступают в качестве активатора и своеобразного катализатора процесса превращения исходных частиц неалмазного углерода, а, с другой стороны, служат зародышами новой алмазной фазы и ее структурными элементами.

Способность нанодисперсных алмазов активировать процесс алмазообразования связана с их структурными и поверхностными свойствами, а именно: - большой площадью поверхности и высокой поверхностной энергией; - наличием на поверхности частиц функционального покрова, состоящего из химических соединений различной природы; - высокой дефектностью и дисперсностью частиц; - наличием в агрегатах на основе нанодисперсных алмазов пор малого (нанометричного) размера.

С другой стороны, показана возможность самопроизвольной трансформации структуры графита (неалмазного углерода) в нормальных условиях, которая усиливается с увеличением его дисперсности и структурной упорядоченности.

Эксперименты, выполненные автором, показали, что структура высококристаллического графита после его механического измельчения (размер частиц графита составлял от единиц до нескольких десятых микрона) самопроизвольно изменяется с течением времени при атмосферном давлении и комнатной температуре без каких-либо дополнительных внешних воздействий.

Превращение осуществляется последовательно по схеме графит --> алмазоподобный углерод.

Процесс начинается в наиболее дисперсных поверхностных фрагментах графитовых частиц. Исследования полученного порошка установили, что наряду с графитом в шихте имеются частицы с алмазоподобной структурой, причем с увеличением времени выдержки происходит увеличение размеров таких частиц.

Необходимо отметить, что на снижение энергетического барьера перехода графит --> алмазоподобный углерод в указанных выше условиях оказывает влияние структура графита, его дисперсность, а также примеси (например, железо), которые могли попасть в шихту при ее механическом диспергировании.

В результате описанных экспериментов были получены бесцветные (либо прозрачные, либо мутноватые) частицы на основе алмазоподобного углерода с размерами от единиц до нескольких сотен микрон (см. фиг.1 и 2). Однако у описанного метода получения частиц алмазоподобного углерода существенным недостатком является длительность процесса и сравнительно небольшой выход крупных частиц.

Таким образом, графит (неалмазный углерод) в массивном состоянии является стабильной модификацией углерода, а в дисперсном состоянии, после механического диспергирования, может быть нестабильным. При этом нанесение графита (неалмазного углерода), особенно высокодисперсного, на поверхность нанодисперсных алмазов дополнительно термодинамически и кинетически стимулирует процесс алмазообразования.

Движущей силой, вызывающей фазовые и структурные изменения в неравновесной системе (нанодисперсный алмаз - графит), является ее стремление к минимизации свободной энергии, что вызывает переход "рыхлых" углеродных модификаций в плотные, а также вызывает рост алмазных частиц при нормальном и при пониженном внешнем давлении. Было также установлено, неалмазный углерод легче (с термодинамической точки зрения) переходит в алмаз, если он находится в виде графита.

При этом графитизацию поверхностного слоя частиц алмаза осуществляют путем нагревания в вакууме при температуре от 1000 до 1500^oС. Эксперименты, выполненные автором, показали, что температуры менее 1000^oС недостаточны для графитизации поверхностного слоя нанодисперсных алмазов, а нагрев до температуры более 1500^oС нецелесообразен из экономических соображений, так как не приводит к ускорению процесса графитизации поверхностного слоя алмазных частиц и может привести к полной графитизации алмаза.

Необходимость нагревания шихты в вакууме связана с тем, что при наличии в среде окислителей в указанном интервале температур происходит сгорание (окисление) алмаза с образованием СO₂.

Кроме того, отличительной особенностью является также то, что слой графита можно увеличить, осаждая дополнительно углерод на поверхность полученных частиц из углеродсодержащего газа путем охлаждения этих частиц до температуры ниже 300^oС и подачи в реакционный объем углеродсодержащего газа, нагреваемого до температуры от 300 до 1000^oС. Для этого реакционный объем охлаждают после первого этапа графитизации, а углеродсодержащий газ перед подачей в реакционный объем подогревают до указанной температуры. При этом углеродсодержащий газ разлагается, выделяя свободный углерод, и последний сорбируется на слой графита, образованного на алмазных частицах при первом этапе графитизации.

Эти особенности позволяют - минимизировать количество примесей в получаемых алмазных частицах; - увеличить площадь контакта нанодисперсных частиц алмазов и графита, а также создать условия для когерентного срастания на границе алмазная частица - графитовая частица; - обеспечить непосредственный контакт алмазной поверхности и графита, что увеличивает вероятность нуклеации алмаза вследствие значительного влияния поверхностных сил затравочных кристаллов нанодисперсных алмазов на образование новой фазы (автоэпитаксия); - обеспечить равномерное распределение графита в шихте; - обеспечить согласованную ориентацию графита в пределах нанесенного слоя; - сохранить остаточную внутри плоскостную деформацию графита (способствует гофрировке графита); - получить мелкодисперсный (ультрадисперсный) графит, неустойчивый термодинамически и обладающий большой площадью поверхности, высокой поверхностной энергией, искаженной кристаллической решеткой; - усиливать диффузионные процессы вследствие наличия напряжений на границе алмаз - графит; - исключить образование устойчивых промежуточных алмазоподобных модификаций углерода после окончания обработки материала; - дополнительно воздействовать на графит силами, возникающими из-за малых размеров используемых частиц и наличия в агрегатах пор малого радиуса (нанопористости); - получать более крупные алмазные частицы за счет коагуляции и коалесценции исходных графитизированных агрегатов из нанодисперсных алмазов (кристаллизация из коллоидного состояния); - регулировать слой графита (неалмазного углерода) на поверхности частиц алмаза при дополнительном осаждении углерода из углеродсодержащего газа.

Еще одной отличительной особенностью заявляемого способа получения алмазных частиц является то, что поверхность исходных частиц алмаза смачивают углеродсодержащей жидкостью или осаждают на поверхность этих частиц углеродсодержащие группы из углеродсодержащего газа, нагревая газ до температуры от 300 до 1000^oС и поддерживая температуру частиц алмаза не более 300^oС.

Это позволяет дополнительно получать свободный углерод в результате разложения нанесенных поверхностных углеродсодержащих соединений при последующей термообработке.

Указанные температуры алмазных частиц и углеродсодержащего газа определены процессами, описанными выше.

Отличительной особенностью заявляемого способа получения алмазных частиц является также то, что возможен вариант, при котором графит наносят на поверхность частиц алмаза путем термической обработки неочищенного порошка нанодисперсных алмазов с графитизацией углерода, находящегося на поверхности частиц алмаза, путем нагревания в вакууме при температуре от 1200 до 1500^oС, при этом слой углерода может быть увеличен путем осаждения на его поверхность углерода из углеродсодержащего газа описанным выше технологическим приемом.

При нагреве до температуры менее 1200^o С не происходит образования достаточного количества графита на поверхности алмазных частиц. При повышении температуры нагрева до более 1500^oС увеличиваются энергозатраты без ускорения графитизации поверхностного слоя алмазных частиц, что приводит к увеличению стоимости конечного продукта, может произойти и полная графитизация алмаза.

Необходимость проведения указанного процесса графитизации в вакууме обоснована выше.

Рассмотренная отличительная особенность позволяет - не очищать предварительно используемые нанометричные алмазы от неалмазного углерода, что снижает стоимость исходной шихты; - получать заданный слой графита на поверхности алмаза.

Еще одной отличительной особенностью заявляемого способа получения алмазных частиц является также то, что смешивают частицы очищенных нанодисперсных алмазов с частицами графита нанометричных размеров, перемешивают в течение 2-3 часов, а обработку полученной шихты осуществляют при давлении от 0,13310^-10 до 2,0 ГПа и температуре от 800 до 1200^oС с выдержкой от 10 до 60 с при следующем соотношении компонентов шихты, мас.%: Порошок нанодисперсных алмазов с размерами кристаллитов 2 - 10 нм - 10 - 50 Нанодисперсные алмазы, на поверхность которых нанесен графит или углерод - Остальное Причем в шихту могут быть добавлены частицы графита или графитоподобного нитрида бора с размерами не более 1 мкм в количестве от 10 до 50 мас.%, а также углеродсодержащая жидкость в количестве от 10 до 100 об.% от объема полученной шихты.

Кроме того, при любом варианте в шихту может быть добавлено до 10 мас.% аморфного бора с размерами частиц не более 1 мкм.

Эти отличительные особенности вызывают следующие характерные положительные свойства процесса.

Добавки очищенных нанодисперсных алмазов в шихту ускоряют процесс алмазообразования. Причем добавка этих алмазов в количестве менее 10 мас.%, как показали эксперименты, не приводит к существенному увеличению выхода алмазов, а добавка в количестве более 50 мас.% приводит к неоправданному увеличению стоимости шихты.

Перемешивание шихты способствует равномерному распределению ее компонентов. Причем экспериментально установлено, что при перемешивании менее чем в течение 2 часов снижается эффект от добавки очищенных нанодисперсных алмазов в результате неравномерности их распределения в шихте, а перемешивание в течение более 3 часов становится невыгодным, так как не приводит к увеличению количества синтезируемых алмазов и синтезу более крупных частиц, а лишь удорожает технологический процесс.

Пределы технологических параметров обработки полученной шихты также установлены экспериментально.

Обработка шихты при низких (атмосферном и пониженном) давлениях и низких температурах существенно упрощает технологию получения алмазных частиц, исключает необходимость использования сложной оснастки.

При давлении меньше чем 0,13310^-10 ГПа не наблюдается увеличения выхода годного продукта, а затраты на создание разрежения резко увеличиваются.

Повышение давления снижает температуру и время обработки шихты, повышает выход годного продукта. Однако увеличение давления до свыше 2,0 ГПа нецелесообразно из-за усложнения и повышения стоимости используемой оснастки.

При температуре обработки менее 800^oС не наблюдается увеличения выхода синтезируемых частиц, эта температура является нормальной для рабочих помещений и ее искусственное понижение нецелесообразно.

Нагрев шихты ускоряет процесс алмазообразования, однако при температуре свыше 1200^oС увеличиваются затраты на поддержание температуры, а существенного увеличения выхода конечного продукта не наблюдается, что приводит к росту стоимости получаемых синтетических алмазов.

Выдержка менее 30 с после перемешивания технически трудно реализуется и нецелесообразна, а выдержка более 60 с не приводит к каким либо изменениям в полученном продукте и только удлиняет технологический цикл обработки.

Добавка частиц графита с размерами не более 1 мкм в количестве от 10 до 50 мас. % позволяет заменить часть нанодисперсных алмазов, что ведет к уменьшению стоимости исходной шихты. В результате перемешивания происходит нанесение графита (как менее твердого компонента смеси) на поверхность нанодисперсных алмазов и образование однородной (по объему) шихты (гомогенизация). При использовании графитовых частиц с размерами более 1 мкм процесс синтеза протекает с меньшей интенсивностью из-за более высокой устойчивости графита в частицах такого объема и из-за меньшей площади контакта частиц графита и нанодисперсных алмазов. При размерах частиц графита свыше 1 мкм необходимо увеличивать давление и температуру процесса и использовать металлы-катализаторы, растворяющие графит.

Кроме того, при использовании крупных частиц графита образование кубического алмаза затруднено. После синтеза фиксируется преимущественно образование алмазоподобных гексагональных модификаций. В этом случае возможно также образование кубического алмаза, который формируется при трансформации промежуточных фаз в процессе роста частиц. Однако для этого необходима длительная выдержка, что экономически нецелесообразно.

При внесении небольшого количества графита (менее 10 мас.%) эффект от замены части нанодисперсных алмазов пренебрежимо мал, а при внесении более 50 мас.% графита после синтеза остается непрореагировавший графит.

Графит и графитоподобный нитрид бора (BN_Г) обладают изоэлектронным строением, имеют близкую структуру и близкие термодинамические характеристики. Исследования показали, что в системе нанодисперсный алмаз - BN_Г происходит синтез плотных модификаций нитрида бора при тех же условиях, что и образование плотных модификаций на основе углерода в системе нанодисперсный алмаз - графит (углерод). При этом в продуктах синтеза фиксируется кубический нитрид бора (BN_K), вюрцитный нитрид бора (BN_B) и графитоподобный нитрид бора (BN_Г). Последовательность перехода BN_Г в плотные модификации представляется следующим образом: исходный графитоподобный нитрид бора (BN_Г) аморфизируется, затем частично переходит в вюрцитную модификацию, далее осуществляется переход в кубическую модификацию.

В результате контактирования поверхности нанодисперсных алмазов с частицами нитрида бора в указанных выше условиях наблюдается разупорядочение исходного BN_Г, далее происходит образование кубического нитрида бора BN_К, при этом в шихте наблюдается небольшое количество вюрцитного нитрида бора. Как и в случае с графитом, применение исходных частиц нитрида бора размером менее 1 мкм позволяет интенсифицировать процесс превращения BN_Г в плотные модификации, что по аналогии с графитом свидетельствует о снижении устойчивости BN_Г с увеличением его дисперсности.

При использовании в шихте менее 10 мас.% BN_Г получают очень малый выход плотных фаз, что снижает эффективность процесса, а при добавках BN_Г, превышающих 50 мас.%, в получаемом продукте остается непрореагировавший BN_Г.

Добавки бора с размерами частиц менее 1 мкм в шихту с графитом (углеродом) с нанометричными размерами частиц вызывают образование карбида бора В₄С, процесс образования которого усиливается при росте температуры обработки шихты. Присутствие В₄С стимулирует процесс алмазообразования. Однако в случае, когда добавки аморфного бора превышают 10 мас.%, эффективность процесса снижается. Во-первых, уменьшается (относительно) количество бора, вступающего в реакцию с углеродом, во-вторых, увеличение в шихте доли карбида бора, который служит в качестве центров кристаллизации, увеличивает количество таких центров, что приводит к уменьшению от оптимальных размеров образующихся алмазных частиц.

Обработка шихты на основе нанодисперсный алмаз - графит (углерод) углеродсодержащей жидкостью позволяет - дополнительно получать углерод, который образуется в результате разложения при нагреве углеродсодержащих групп; - интенсифицировать массоперенос углерода (в том числе самих частиц нанодисперсных алмазов); - снизить трение между частицами; - облегчить коагуляцию исходных частиц шихты, что увеличивает размер синтезируемых частиц алмаза особенно при обработке шихты непосредственно в жидкости).

При добавке углеродсодержащей жидкости менее 10 об.% (от объема шихты) эффект от ее использования практически не наблюдается (количество и дисперсность синтезируемых частиц алмаза практически не отличаются от частиц, получаемых при использовании сухой шихты), а добавка углеродсодержащей жидкости более чем 100 об. % не приводит к увеличению выхода (количества, крупности) синтезируемых частиц алмаза и ухудшает энергетические показатели процесса.

Указанный технический результат достигается также тем, что при осуществлении способа получения алмазных частиц, при котором обрабатывают частицы алмаза воздействием заданных давлений и температур в среде, содержащей углерод, согласно изобретению в качестве частиц алмаза используют нанодисперсные алмазы, при этом на поверхность этих частиц наносят графит или углерод, размеры частиц которых выполнены нанометричными, а после получения конечного продукта последний классифицируют, отделяя алмазные частицы с размерами от 1 до 500 мкм.

Отличительной особенностью способа получения алмазных частиц является то, что в качестве частиц алмаза используют нанодисперсные алмазы, при этом на поверхность этих частиц наносят графит или углерод, размеры частиц которых выполнены нанометричными, а после получения конечного продукта последний классифицируют, отделяя алмазные частицы с размерами бо