Детонационный способ производства частиц углерода

Детонационный способ производства частиц углерода

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники

[0001] Настоящее изобретение относится к способу производства частиц углерода детонационным способом. Более подробно, настоящее изобретение относится к способу производства частиц углерода, содержащих углерод в форме графита и алмаз, детонационным способом, в котором в качестве исходного используется вещество, содержащее ароматическое соединение с не более чем 2 нитрогруппами (далее именуемое «ненизкоскоростным взрывчатым исходным веществом»).

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0002] Наномерный алмаз (далее именуемый «наноалмаз») обладает большим числом ценных свойств, таких как высокая твердость и очень низкий коэффициент трения, а поэтому его уже применяют во многих областях и исследуют возможности его применения как чрезвычайно многообещающего нового материала.

[0003] Известно, что наноалмаз может быть, например, синтезирован с использованием реакции детонации высокоскоростного взрывчатого вещества. Этот способ синтеза называют детонационным способом, в котором осуществляют детонацию только с исходным веществом, содержащим в качестве источника углерода ароматическое соединение с 3 или более нитрогруппами (далее именуемое «низкоскоростным взрывчатым исходным веществом»), и в результате реакции детонации атом углерода, отщепившийся от и высвободившийся из входящей в состав низкоскоростного взрывчатого исходного вещества молекулы, образует алмаз при высокой температуре и высоком давлении во время детонации (см., например, NPL 1).

[0004] Производство наноалмаза детонационным способом до настоящего времени осуществлялось, например, в восточно-европейских странах, включая Россию и Украину, в Соединенных Штатах Америки, Китае и т.п. Поскольку в этих странах в качестве низкоскоростного взрывчатого исходного вещества, являющегося источником углерода, недорого доступны отходы низкоскоростних взрывчатых веществ военного назначения, уже используются тринитротолуол (ТНТ), сильная взрывчатая смесь ТНТ с гексогеном (RDX: триметилентринитрамин) или октогеном (НМХ: циклотетраметилентетранитрамин) и т.п. В контексте настоящего изобретения понятие «высокоскоростное взрывчатое вещество» означает материал, способный осуществлять реакцию детонации, и низкоскоростное взрывчатое исходное вещество и ненизкоскоростное взрывчатое исходное вещество охватываются понятием «высокоскоростное взрывчатое вещество». Кроме того, термин «взрывчатое вещество» означает вещество, способное вызывать мгновенную реакцию горения, и включает вещество, которое является твердым при нормальной температуре и нормальном давлении, и вещество, которое является жидким при нормальной температуре и нормальном давлении; однако этот термин относится к твердому взрывчатому веществу, которое не обладает текучестью при нормальной температуре и нормальном давлении, если иное не указано в настоящем описании.

[0005] Ожидается, что требуемое количество наноалмаза в будущем будет все возрастать вследствие разработки его применения. Однако, что касается производства с использованием низкоскоростных взрывчатых веществ, являющихся отходами военного производства, объем производства имеет предел. Следовательно, возможно, что в будущем поставки на международный рынок будут недостаточными. В таком случае ожидается рост отечественного производства, однако, из результатов предварительной оценки, выполненной авторами настоящего изобретения, явствует, что в целом описанное выше низкоскоростное взрывчатое исходное вещество дорого, и, следовательно, себестоимость будет высокой, результатом чего является нерентабельность производства.

[0006] Производимый сейчас детонационным способом наноалмаз содержит углеродные примеси, состоящие, главным образом, из наномерного углерода в форме графита (далее именуемого «нанографит»), то есть углеродной фракции, не имеющей структуры алмаза.

[0007] До настоящего времени считалось, что углеродные примеси являются неизбежностью, сопряженной с использованием великолепных свойств наноалмаза. Следовательно, в существующих способах упор делался на подготовку наноалмаза путем удаления, насколько это возможно, углеродных примесей, таких как нанографит, при помощи различных способов очистки или химической обработки (см., например, PTL 1 и 2). Однако нанографит имеет отличные от наноалмаза физические свойства, такие как твердость и высокая электропроводность; кроме того, он обладает характерными особенностями, заключающимися в том, что он может связываться с большим количество гетерогенных атомов, отличных от углерода, или функциональных групп, так что ему можно придавать новые функции. Следовательно, внимание к нанографиту привлекает то, что он является многообещающим новым материалом, могущим иметь различные свойства при его использовании отдельно или в смеси с наноалмазом.

Список цитируемой литературы

[0008] Патентная литература

PTL1: Патент Японии № 4245310

PTL2: Патент Японии № 5155975

[0009] Непатентная литература

NPL1: Yozo Kakudate (автор), ʺ2 3 Dynamic High Pressure (Detonation Method)ʺ, Industrial Diamond Assiciation of Japan (составитель), ʺDiamond Technology Overviewʺ, NGT, January 2007, pp.28-33.

Сущность изобретения

Техническая задача

[0010] Целью настоящего изобретения является обеспечение способа производства частиц углерода, содержащих углерод в форме графита и алмаз, детонационным способом, в котором используется ненизкоскоростное взрывчатое исходное вещество, которое является дешевым и может поставляться без перебоев.

Решение поставленной задачи

[0011] Авторами настоящего изобретения обнаружено, что частицы углерода, получаемые детонационным способом с использованием ненизкоскоростного взрывчатого исходного вещества, представляют собой новый углеродный материал, содержащий углерод в форме наномерного графита и алмаз (далее именуемый «частицы углерода»), что и привело к настоящему изобретению.

[0012] Наноалмаз или нанографит образуются, когда исходное вещество вызывает детонацию, распадается на атомном уровне, и высвободившиеся из него атомы углерода агрегируются в твердое состояние, не будучи окисленными. Во время детонации исходное вещество вследствие реакции распада находится в условиях высокой температуры и высокого давления; однако его давление и температуру немедленно снижают. Переход от этого состояния высокой температуры и высокого давления к охлаждению при уменьшенном давлении осуществляют за очень короткое время по сравнению с обычным горением или дефлаграцией, которая представляет собой явление взрыва, более медленного, чем детонация, и, следовательно, нет времени для того, чтобы агрегированный углерод разрастался, поэтому образуются наномерные частицы углерода. В том случае, когда типичное высокоэффективное высокоскоростное взрывчатое вещество (например, высокоскоростная смесь ТНТ и RDX), известное как вызывающее детонацию, используют в качестве исходного вещества, давление во время детонации становится очень большим, следовательно, как легко предположить на основании термодинамической диаграммы фазового равновесия углерода, образовавшиеся частицы углерода содержат большое количество алмаза (наноалмаза). Следовательно, чтобы эффективным образом производить частицы углерода, содержащие большую долю нанографита, важно выбрать такое исходное вещество, состав которого обеспечивает не только надлежащую величину давления во время детонации, которая ниже, чем в случае высокоэффективного высокоскоростного взрывчатого вещества, но и то, что высвободившийся углерод не окисляется.

[0013] Кроме того, требование, заключающееся в том, чтобы давление во время детонации исходного вещества было ниже, чем в случае высокоэффективного высокоскоростного взрывчатого вещества, означает возможность появления эффекта, при котором детонация исходного вещества может оказаться затруднительной, или даже если детонация может быть осуществлена, она может быть прервана в процессе. Следовательно, необходимо предусмотреть расположение взрывчатого вещества, способного вызвать детонацию, на периферии исходного вещества, тем самым обеспечивая возможность стабильной детонации исходного вещества, как описано ниже.

[0014] То есть настоящее изобретение направлено на обеспечение способа производства частиц углерода детонационным способом, который включает использование исходного вещества, содержащего ароматическое соединение, включающее не более 2 нитрогрупп, и расположение взрывчатого вещества, характеризующегося скоростью детонации 6300 м/с или более, на периферии исходного вещества, тем самым обеспечивая стабильную детонацию взрывчатого вещества.

[0015] В соответствии со способом настоящего изобретения, исходное вещество, предпочтительно, содержит по меньшей мере одно ненизкоскоростное взрывчатое исходное вещество, выбранное из группы, состоящей из динитротолуола, динитробензола и динитроксилола. Это взрывчатое вещество может быть жидким, обладающим текучестью при нормальной температуре и нормальном давлении (далее именуется «жидкое высокоскоростное взрывчатое вещество»). По сравнению со случаем использования твердого взрывчатого вещества, когда используют жидкое взрывчатое вещество, выше степень свободы формы, легче увеличение объема и можно повысить технологичность и безопасность. Это взрывчатое вещество также может представлять собой взрывчатое вещество, в котором углерод в качестве составляющего элемента отсутствует. Кроме того, описанная выше жидкость (жидкое высокоскоростное взрывчатое вещество) также может быть веществом, содержащим по меньшей мере один тип, выбранный из группы, состоящей из смеси гидразина и нитрата гидразина, смеси гидразина и нитрата аммония, нитрометана и смеси гидразина и нитрометана.

[0016] В соответствии со способом настоящего изобретения, является предпочтительным осуществление детонации в состоянии, когда исходное вещество и взрывчатое вещество загружены в камеру, и/или в состоянии, когда охладитель расположен в камере на периферии исходного вещества и взрывчатого вещества. При этом, поскольку атмосфера в камере не содержит газообразный кислород, и/или поскольку охладитель является веществом, которое практически не образует окисляющих веществ, таких как кислород и озон, реакция окисления может быть ингибирована, следовательно, доля, в массовом отношении, частиц углерода, которые могут быть получены из углерода, содержащегося в исходном веществе (а именно, «выход», представляющий собой массовое отношение частиц углерода к исходному веществу), может быть увеличена.

[0017] Способ производства настоящего изобретения может дополнительно включать стадию извлечения частиц углерода из остатка, полученного на описанной выше стадии детонации. На стадии извлечения, например, если осуществляют обработку, направленную на сортировку/очистку, частицы углерода могут быть получены в форме порошка с заданным диаметром частиц. Два или несколько из этих соответствующих предпочтительных вариантов осуществления изобретения могут быть объединены.

[0018] Кроме того, настоящим изобретением обеспечивается частица углерода, полученная описанным выше способом производства. Эта частица углерода содержит углерод в форме графита и алмаз, характеризуется высокой долей углерода в форме графита по сравнению с обычными продуктами (в случае использования низкоскоростного взрывчатого исходного материала).

Преимущества изобретения

[0019] В соответствии с настоящим изобретением, возможно вызвать стабильную детонацию детонационным способом, в соответствии с которым используется недорогое ненизкоскоростное взрывчатое исходное вещество, и возможно производить частицы углерода, содержащие углерод в форме графита и алмаз. Кроме того, возможно производить частицы углерода, содержащие значительное количество углерода в форме графита и обладающие различными свойствами поверхности, по сравнению с обычными продуктами, при производстве которых использовано низкоскоростное взрывчатое исходное вещество.

Краткое описание чертежей

[0020] На фиг. 1 представлен вид в разрезе, схематично поясняющий пример взрывного устройства, которое используется для осуществления способа производства настоящего изобретения.

На фиг. 2 представлена фотография, полученная методом просвечивающей электронной микроскопии (transmission electron microscopy - TEM), частиц углерода, полученных в примере 3.

На фиг. 3 представлены фотографии, полученные методом просвечивающей электронной микроскопии (TEM), частиц углерода, полученных в примере 3.

На фиг. 4 представлена рентгенограмма частиц углерода, полученных в примере 3.

На фиг. 5 представлен график, являющийся калибровочной кривой, использованной при определении доли содержания алмаза в частицах углерода.

Описание вариантов осуществления изобретения

Способ производства частиц углерода

[0021] Способ производства настоящего изобретения относится к производству частиц углерода, содержащих углерод в форме графита и алмаз, детонационным способом, при этом способ включает стадию размещения взрывчатого вещества, характеризующегося скоростью детонации 6300 м/с или более, на периферии исходного вещества, содержащего ароматическое соединение с не более чем 2 нитрогруппами, и стадию детонации взрывчатого вещества.

[0022] В соответствии со способом настоящего изобретения, прежде всего, взрывчатое вещество, характеризующееся скоростью детонации 6300 м/с или более, располагают на периферии исходного вещества, содержащего ароматическое соединение с не более чем 2 нитрогруппами. Ароматическое соединение с не более чем 2 нитрогруппами является ненизкоскоростным взрывчатым исходным веществом, содержащимся в исходном веществе, то есть источником углерода для детонационного способа. Взрывчатое вещество со скоростью детонации 6300 м/с или более представляет собой вещество, способное вызвать стабильную детонацию с целью образования частиц углерода из исходного вещества. В том случае, когда молекула, образующая взрывчатое вещество, содержит атом углерода, взрывчатое вещество, возможно, также может быть источником углерода наряду с исходным веществом.

[0023] Ароматическое соединение с не более чем 2 нитрогруппами представляет собой соединение со структурой, в которой 0, 1 или 2 атома водорода ароматического кольца, такого как бензол, нафталин или антрацен, замещены нитрогруппой. Это ароматическое соединение может иметь заместитель, отличный от нитрогруппы. Примерами такого заместителя являются алкильная группа, гидроксильная группа, гидроксиалкильная группа, амино-группа и галогеновая группа. Хотя возможен случай, когда, в зависимости от взаимного расположения нитрогруппы или заместителя, имеются позиционные изомеры, в способе производства настоящего изобретения возможно использовать все эти позиционные изомеры. Например, в том случае, когда ароматическое соединение представляет собой нитротолуол, позиционных изомеров три, включая 2-, 3- и 4-нитротоолуол. К примерам описанного выше ароматического соединения относятся бензол, толуол, ксилол, нафталин, антрацен, нитробензол, нитротолуол, нитроксилол, нитронафталин, нитроантрацен, динитробензол, динитротолуол, динитроксилол, динитронафталин и динитроантрацен. Из этих ароматических соединений динитротолуол (DNT), динитробензол (DNB), динитроксилол (DNX) и т.п. являются предпочтительными, так как они легкодоступны и без труда плавятся благодаря низкой температуре плавления. Ароматическое соединение может быть использовано индивидуально или в комбинации из одного или нескольких.

[0024] Исходное вещество может дополнительно к ароматическому соединению с не более чем 2 нитрогруппами, которое является ненизкоскоростным взрывчатым исходным веществом, включать низкоскоростное взрывчатое исходное вещество. Низкоскоростное взрывчатое исходное вещество - это, например, соединение, содержащее 3 или более нитрогруппы, и, вообще, является соединением, которое применяют для взрывов. К примерам нитросоединений относятся тринитротолуол (ТНТ), гексоген (RDX: триметилентринитрамин), октоген (НМХ: циклотетраметилентетранитрамин), пентаэритритол тетранитрат (PETN) и тетрил (тетранитрометиланилин). Нитросоединение может быть использовано индивидуально или в сочетании из двух или нескольких.

[0025] Доля содержания ароматического соединения с не более чем 2 нитрогруппами в исходном веществе составляет, вообще, 50% масс. или более, предпочтительно, 80% масс. или более, более предпочтительно, 90% масс. или более, еще более предпочтительно, 95% масс. или более относительно общей массы исходного вещества. Когда ароматическое соединение с не более чем 2 нитрогруппами, которое является недорогим ненизкоскоростным взрывчатым исходным веществом, содержится в большом количестве, доля соединения с 3 или более нитрогруппами, которое является дорогим низкоскоростным взрывчатым исходным веществом, может быть уменьшена, следовательно, верхний предел содержания ароматического соединения, включающего не более 2 нитрогрупп, составляет, наиболее предпочтительно, 100% масс. Этот верхний предел может составлять, предпочтительно, 99% масс. или около 98% масс.

[0026] Скорость детонации взрывчатого вещества, подлежащего размещению на периферии, должна быть выше, чем скорость детонации исходного вещества. Например, хотя трудно добиться стабильной детонации DNT (истинная плотность 1,52 г/см³, температура плавления от 67 до 70°С), который является примером исходного вещества, скорость детонации в случае, когда она возможна, оценивается как равная приблизительно 6000 м/с. По этой причине скорость детонации взрывчатого вещества должна быть больше этого значения. Следовательно, в соответствии с настоящим изобретением, скорость детонации взрывчатого вещества задается равной 6300 м/с или более. Скорость детонации типичного взрывчатого вещества, вообще, составляет 10000 м/с или менее. Следовательно, скорость детонации взрывчатого вещества в контексте настоящего изобретения может предусматриваться равной 10000 м/с или менее. Скорость детонации представляет собой скорость распространения детонации в случае, когда взрывчатое вещество вызывает детонацию, и измеряется методом Дотриша (Dautriche), ионным методом, оптоволоконным методом и т.п. Что касается скорости детонации, задаваемой в настоящем изобретении, дается ссылка на LASL Explosive Properties Data, ed. Gibbs, T.R. and Propolato, A., University of California Press, Berkeley, Los Angeles, London, 1980. Кроме того, что касается скорости детонации DNT, дается ссылка на Combustion and Flames, Vol. 14(1970), p.145. Что касается скорости детонации нитрометана, дается ссылка на Kusakabe and Fujiwara, ʺStudies regarding Detonation of Liquid High Explosives (First Report)ʺ, Journal of the Industrial Explosives Society, Japan, Vol. 40, No. 2(1979), p.109. Что касается скорости детонации NH+HH (нитрат гидразина (H₂N-NH₂⋅HNO₃) и гидрат гидразина (H₂N-NH₂⋅H₂O)), дается ссылка на Kusakabe, et al., ʺStudies regarding Detonation of Liquid High Explosives (Third Report)ʺ, Journal of the Industrial Explosives Society, Japan, Vol. 41, No. 1(1980), p.23. Скорость детонации типичных взрывчатых веществ приведена в нижеследующей таблице 1. В таблице 1 представлены взрывчатые вещества, способные к стабильной детонации.

[0027]

Таблица 1
Взрывчатое вещество	Молекулярная формула	Плотность1) (г/см3)	Скорость детонации (м/с)	Температура плавления (°С)
ТНТ	С7Н5N3О6	1,64	6940	80,9
RDX	С3Н6N6О6	1,77	8640	204,1
HMX	С4Н8N8О8	1,89	9110	278,0
PETN	С5Н8N4О12	1,67	7980	142,9
Тетрил	С7Н5N8О8	1,68	7670	129,4
Композиция В2)	-	1,71	8020	80,1
Октол (75/25)3)	-	1,81	8450	80,1
Нитрометан	СН3NО2	1,13	6260	-
NH+HH4)	-	1,39	8330	-
1) Плотность во время измерения скорости детонации2) Композиция В представляет собой высокоскоростную взрывчатую смесь 59,5% вес. RDX, 39,5% вес. ТНТ и 1,0% вес. воска3) Октол представляет собой высокоскоростную взрывчатую смесь 75% вес. НМX и 25% вес. ТНТ4) Жидкое высокоскоростное вещество на основе гидразина, получаемое путем смешивания нитрата гидразина (H2N-NH2⋅HNO3) и гидрата гидразина (H2N-NH2⋅H2O) в массовом отношении 3:1

[0028] Примерами взрывчатого вещества являются ТНТ, RDX, HMX, PETN, тетрил, высокоскоростная взрывчатая смесь, состоящая, главным образом, из RDX и ТНТ (например, композиция В) и высокоскоростная взрывчатая смесь, состоящая, главным образом, из НМX и ТНТ (например, октол).

[0029] Жидкое высокоскоростное взрывчатое вещество также может быть использовано в качестве взрывчатого вещества. По сравнению с использованием твердого вещества, когда в качестве взрывчатого вещества используют жидкость, выше степень свободы формы, легче увеличение объема и можно повысить технологичность и безопасность. Примерами жидкого высокоскоростного взрывчатого вещества являются смесь гидразина (включая его гидрат, т.е. гидрат гидразина) и нитрата гидразина, смесь гидразина и нитрата аммония, смесь гидразина, нитрата гидразина и нитрата аммония, нитрометан и смесь гидразина и нитрометана.

[0030] Из перечисленных выше взрывчатых веществ, в качестве твердого вещества предпочтителен ТНТ, легко поддающийся формованию благодаря низкой температуре плавления, или композиция В, содержащая ТНТ в качестве основного компонента, и т.п. Взрывчатое вещество может быть использовано индивидуально, или может быть использована комбинация из двух или нескольких типов. Свойства типичных взрывчатых веществ представлены в приведенной выше таблице 1.

[0031] Используемые количества каждого из веществ - исходного вещества и взрывчатого вещества - могут быть надлежащим образом выверены в соответствии с заданным количеством частиц углерода и не имеют определенных ограничений. Их соотношение (взрывчатое вещество/исходное вещество) предпочтительно составляет 0,1 или более, более предпочтительно 0,2 или более, и предпочтительно 1 или менее, более предпочтительно 0,9 или менее, еще более предпочтительно 0,8 или менее в массовом отношении. Когда используемое количественное соотношение менее 0,1, из-за недостаточности детонации реакция образования частиц углерода не может быть осуществлена и возможно снижение выхода. Напротив, когда используемое количественное соотношение более 1, из-за того, что взрывчатое вещество используется в количестве, превышающем необходимое, возможно увеличение себестоимости производства.

[0032] Образ действий при осуществлении способа производства настоящего изобретения далее описан подробно со ссылкой на прилагаемые чертежи. На фиг. 1 представлен вид в разрезе, схематично поясняющий пример взрывного устройства, которое используется для осуществления способа производства настоящего изобретения. Взрывное устройство, показанное на фиг. 1, является лишь примером, и настоящее изобретение им не ограничивается.

[0033] Прежде всего, взрывчатое вещество 12 располагают на периферии исходного вещества 10. Что касается расположения взрывчатого вещества 12 на периферии исходного вещества 10, является предпочтительным симметричное расположение исходного вещества 10 и взрывчатого вещества 12, чтобы условия высокой температуры и высокого давления, следующие за взрывной волной, образующейся вследствие детонации взрывчатого вещества 12, насколько возможно равномерно воздействовали на исходное вещество 10, а именно, чтобы обеспечить симметричный взрыв. Так, например, в случае, когда и все исходное вещество 10, и взрывчатое вещество 12 являются твердыми, может быть изготовлен формованный массив концентричной столбчатой формы, например, путем заливки расплавом или запрессовывания исходного вещества 10 и взрывчатого вещества 12 в цилиндрическую разъемную форму. В том случае, когда исходное вещество 10 твердое, а взрывчатое вещество 12 представляет собой жидкое высокоскоростное взрывчатое вещество, может быть применен способ, в соответствии с которым столбчатый формованный массив изготавливают, например, путем заливки расплавом или запрессовывания исходного вещества 10, затем этот формованный массив помещают в центр внутреннего пространства цилиндрического контейнера, совмещая их в осевом направлении, и по периферии инжектируют жидкое высокоскоростное взрывчатое вещество. В том случае, когда исходное вещество 10 является жидкостью, а взрывчатое вещество 12 твердое, может быть применен способ, в соответствии с которым изготавливают концентрический полый столбчатый формованный массив, например, путем заливки расплавом или запрессовывания взрывчатого вещества 12, после чего в его полую часть инжектируют исходное вещество 10. Контейнер 20, вмещающий в себя исходное вещество 10 и взрывчатое вещество 12, далее именуется «взрывной контейнер». Является предпочтительным использовать в качестве взрывного контейнера 20 контейнер, изготовленный из синтетической смолы, например акриловой смолы и т.д., так как это позволяет избежать загрязнения примесями, например металлами.

[0034] Затем, в соответствии со способом производства настоящего изобретения, вызывают детонацию взрывчатого вещества 12 с образованием частиц углерода из исходного вещества 10. Взрывная волна, образующаяся вследствие реакции детонации взрывчатого вещества 12, распространяется по направлению к исходному веществу 10, сжимает исходное вещество 10, вызывая его детонацию, и атомы углерода, отщепленные и высвобожденные из органической молекулы, образующей исходное вещество 10, преобразуются в частицы углерода, содержащие углерод в форме нанографита и наноалмаз.

[0035] Хотя детонация может быть осуществлена как в открытой, так и в замкнутой системе, предпочтительно осуществлять ее в замкнутой системе, например в состоянии, когда исходное вещество и взрывчатое вещество загружены, например, в изготовленную из металла камеру (например, в состоянии, когда формованный массив исходного вещества и взрывчатого вещества или взрывной контейнер с исходным веществом и взрывчатым веществом внутри него подвешены внутри камеры), так как при этом можно воспрепятствовать распространению остатка по большой площади. Камера, которую используют для осуществления детонации, далее именуется «взрывная камера». Что касается детонации, поскольку атмосфера во взрывной камере практически не содержит кислород, реакция окисления углеродной фракции может быть ингибирована, поэтому возможно увеличить выход. Чтобы получить такую атмосферу, атмосфера, например, может быть вытеснена инертным газом, таким как газообразный азот, газообразный аргон или газообразный диоксид углерода; взрывная камера может быть вакуумирована до, примерно, от -0,1 до -0,01 МПаG (символ «G», помещенный после единиц измерения давления, означает манометрическое давление; далее так же); или после вакуумирования, чтобы удалить воздух (кислород), может быть подан описанный выше инертный газ до достижения небольшого положительного давления, примерно, от +0,000 до +0,001 МПаG. Камера не ограничивается камерой, изготовленной из металла, например, она может быть изготовлена из бетона. Кроме того, детонация может быть осуществлена внутри земляного сооружения или галереи, полученной путем выемки грунта, без использования камеры.

[0036] Кроме того, является предпочтительным размещение охладителя на периферии исходного вещества и взрывчатого вещества внутри взрывной камеры, так как это обеспечивает возможность резкого охлаждения алмаза с целью предотвращения его фазового перехода в графит. Чтобы разместить охладитель, как описано выше, формованный массив или взрывной контейнер 20, например, может быть помещен в охладительный контейнер 30, после чего охладитель 32 загружают в зазор между охладительным контейнером 30 и формованным массивом или взрывным контейнером 20. При этом в случае, когда охладитель 32 является веществом, которое практически не образует окисляющих веществ, таких как кислород и озон, он может ингибировать реакцию окисления углеродной фракции, следовательно, может быть увеличен выход. Чтобы получить такой охладитель, например, может быть удален газообразный кислород, растворенный в охладителе 32, либо может быть использован охладитель 32, который не содержит составляющих его элементов, образующих окисляющие вещества, такие как кислород и озон. Примерами охладителя 32 являются вода и галогенированный алкил (например, фторуглероды или тетрахлорид углерода), вода является особенно предпочтительной, так как она практически не оказывает вредного воздействия на окружающую среду.

[0037] Хотя взрывчатое вещество 12, как правило, подрывают при помощи детонатора или детонирующего шнура, чтобы детонация была неизбежной, между взрывчатым веществом 12 и детонатором или детонирующим шнуром может находиться усилитель (например, композиция С-4, композиция С-4 SEP производства Asahi Kasei Chemicals Corporation и т.п.). В этом случае после установки усилителя 22 и детонатора или детонирующего шнура 24 в формованном массиве или взрывном контейнере 20, например, их упаковывают во взрывную камеру. В случае использования охладителя 32 является предпочтительным, чтобы формованный массив или взрывной контейнер 20 были заключены в герметичный контейнер (например, мешок, изготовленный из такого исходного материала, как синтетическая смола на основе олефина, например полиэтилена или полипропилена), чтобы, например, охладитель 32 не проникал во взрывной контейнер 20. После такой сборки, когда взрывчатое вещество 12 подрывают, чтобы вызвать детонацию, частицы углерода, содержащие углерод в форме графита и алмаз, могут быть получены в форме его остатка.

[0038] В соответствии со способом производства настоящего изобретения, остаток, полученный на стадии детонации, может содержать в качестве примесей обломки взрыва, такие как обломки контейнера, электропровода или проводки и т.д. В таком случае является предпочтительным наличие стадии удаления обломков из остатка, полученного на стадии детонации, с целью извлечения частиц углерода. На стадии извлечения, например, при осуществлении сортировки/очистки, частицы углерода могут быть получены в форме сухого порошка с заданным диаметром частиц.

[0039] Обычно, прежде всего, после удаления крупных обломков из полученного остатка, остальное подвергают сортировке на сите и т.п., разделяя на материал, прошедший сквозь сито, и остаток на сите, и получают материал, прошедший сквозь сито. Остаток на сите размалывают и снова сортируют. От полученного в конечном итоге прошедшего сквозь сито материала отделяют воду. При этом материал, прошедший сквозь сито с отверстиями, соответствующими заданному диаметру частиц, может быть получен в качестве продукта при надлежащем подборе отверстий сита и повторении операций сортировки/очистки.

[0040] Более конкретно, например, в случае осуществления детонации во взрывной камере с использованием воды в качестве охладителя 32, извлекают содержащий воду остаток, его отстаивают и разделяют. После удаления крупных обломков надосадочную жидкость отводят как отходы, осадок сортируют при помощи сита и т.п., тем самым получая прошедший сквозь сито материал. Образовавшаяся углеродная фракция содержит фракцию, связанную с обломками, следовательно, остаток на сите размалывают и разделяют посредством ультразвуковой вибрации и т.п., затем снова сортируют на сите и т.п. Вообще, поскольку остаток на сите, примерно 30 мкм, представляет собой, по большей части, обломки взрыва, такие как обломки взрывного контейнера 20, электропровода или проводки и т.д., является предпочтительным, чтобы после его отделения он был утилизирован как промышленные отходы, а материал, прошедший сквозь сито, примерно 30 мкм, извлекают в качестве конечного продукта. Из извлеченного продукта удаляют воду при помощи центрифугирования и т.п., затем сушат и получают готовые частицы углерода с заданным диаметром.

[0041] Например, в случае использования в качестве взрывного контейнера 20 контейнера из акриловой смолы, акриловая смола может быть возможной загрязняющей примесью. В этом случае акриловую смолу можно удалить, например, путем вымывания ацетоном.

[0042] Кроме того, когда загрязняющей примесью является металл, такой как железо, в зависимости от предполагаемого применения, это может быть нежелательным. В таком случае, металл, такой как железо, может быть удален, например, посредством обработки горячей концентрированной азотной кислотой.

[0043] Полученный порошок представляет собой наномерные частицы углерода, содержащие, помимо наноалмаза, значительное количество углерода в форме графита. Однако, в зависимости от варианта применения, может потребоваться эффективно использовать непревзойденные свойства алмаза.

Частицы углерода

[0044] Частицы углерода настоящего изобретения получены описанным выше способом производства; если массу углерода в форме графита обозначить G, а массу алмаза обозначить D, их массовое отношение G/D составляет 2,5 или более. Состав и физические свойства, характеризующие частицы углерода настоящего изобретения, далее описаны подробно.

[0045] Прежде всего, частицы углерода настоящего изобретения могут быть описаны в терминах массового соотношения составляющего их углеродного компонента. Частицы углерода образуются, когда исходное вещество претерпевает детонацию, распадается до атомов, и высвободившиеся атомы углерода, не окисляясь, агрегируются в твердом состоянии. Во время детонации исходное вещество находится в условиях высокой температуры и высокого давления вследствие реакции детонации; однако его давление и температуру немедленно снижают. Переход от условий высокой температуры и высокого давления к охлаждению при уменьшенном давлении осуществляют за очень короткое время по сравнению с обычным горением или дефлаграцией, которая представляет собой явление взрыва, более медленного, чем детонация, и, следовательно, нет времени для того, чтобы агрегированный углерод разрастался, поэтому образуются наномерные частицы углерода.

[0046] В том случае, когда типичное высокоэффективное высокоскоростное взрывчатое вещество, известное как вызывающее детонацию, такое как RDX или HMX, как описано выше, используют в качестве исходного вещества, давление во время детонации становится очень большим, следовательно, как легко предположить на основании термодинамической диаграммы фазового ра