Каковы основы синтеза алмазных частиц при ударно-волновой обработке смесей графита с металлами?

С помощью ударно-волновой обработки смесей графита с металлами при давлении в ударной волне до нескольких десятков ГПа получают нанокристаллические алмазные порошки со средним размером частиц 4 нм.

 

22. К аковы отличия детонации конденсированных взрывчатых веществ с отрицательным кислородным балансом?

конденсированные взрывчатые вещества с отрицательным кислородным балансом, т. е. разлагающиеся с выделением свободного углерода, из которого и образуется алмазная фаза.

Синтезированный алмазный порошок образуется в зоне химического разложения за время не более 0,4 мкс и состоит из компактных кубических частиц со средним размером около 4 нм. Использование более мощных взрывчатых веществ позволяет получить более крупные – до 1 мкм – частицы алмаза. Давления в сотни тысяч атмосфер и температуры до нескольких тысяч градусов, характеризующие детонационный процесс, соответствуют области термодинамической устойчивости алмазной фазы на Р–T -диаграмме возможных состояний углерода (рис. 5.1), поэтому применение детонационного метода для синтеза алмаза в динамических условиях вполне

естественно. Вместе с тем надо иметь в виду, что при малом времени существования высоких давлений и температур, необходимых для образования алмаза, важное значение принадлежит кинетике образования и роста зародышей алмазной фазы. Подтверждением этого является, например, взрывное разложение тринитротолуола, при котором выделяется максимальное количество свободного углерода и параметры детонационной волны в плоскости Чепмена – Жуге (Р ~18 ГПа, T = 3500 К), когда химическая реакция уже практически закончилась, соответствуют области устойчивости алмазной фазы (рис. 5.1). Однако детонация тринитротолуола не дает заметного выхода алмазной фазы [6]. Для достижения заметного выхода алмазного порошка при детонации взрывчатых веществ потребовались более мощные составы, благодаря чему удалось повысить создаваемые ударной волной давление и температуру. Обычно для получения ультрадисперсных алмазных порошков используют смеси тринитротолуола и гексогена в соотношении по массе 50:50 или 60:40 [6, 7]. Для этих смесей давление и температура в

детонационной волне составляют P > 15 ГПа и Т > 3000 К.

Сформулируйте условия, необходимые для детонационного синтеза алмазных частиц.

Давления в сотни тысяч атмосфер и температуры до нескольких

тысяч градусов

24. Как получают нанопорошки оксидов?

 

Слой исходного вещества (высокопористая металлическая среда, химическое соединение, соль или гель гидроксида металла) подвергается ударно-волновому воздействию от контактного заряда взрывчатого вещества. В ударной волне происходит сжатие и прогрев высокопористого металла или же протекают реакции разложения исходного соединения до оксида с последующей стабилизацией оксидных фаз. После выхода ударной волны на СИН

свободную поверхность исходного вещества материал разлетается вгазовую атмосферу взрывной камеры.

Какие стадии выделяют в процессе детонационного синтеза алмазных частиц?

1. Слой исходного в е щества подвергается ударно-волново м у воздействию от контактного заряда ВВ.

2. В ударной волне происходит сжа т ие и прогрев в ы сокопористого металла или же протекание реакции разложения исходного соединения до оксида с последующей стабилизацией оксидных фаз.

3. После выхода ударной волны на свободную поверхность исходного вещества, материал разлетается в газовую атмосферу взрывной камеры.

Какие вещества называются взрывчатыми?

Взрывчатые вещества – составы, способные претерпевать взрывчатые превращения в конденсированном состоянии.

Как классифицируют взрывчатые вещества?

Одним из критериев, по которым классифицируют промышленные ВВ, являются безопасность и нормы промышленной санитарии при применении ВВ. По это му критерию ВВ п од р азделяются на три о сновных класса:

-Для открытых работ

-Для подземных работ в шахтах, не опасных по газу и пыли

-Для подземных работ в шахтах, опасных по газу и пыли

По хими ч ескому составу все ВВ подразделяются на и ндивидуальные химические соединения и смеси, обладающие взрывча т ыми свойств а ми.

Перечислите вредные факторы взрывчатых веществ.

1. Высокое давление и температ у ра

2. Возникновение, в резуль т ат е б ыстрого освобождения большого количества энергии, ударных волн.

3. Я довитые газы.

Какие понятия используются для характеристики свойств ВВ?

Гра н ул о метрический состав. Физическа я стойкость. Химическая стойкость. Сыпучесть. Гигроскопичность. Водоустойчивость. Бризантность. Теплота взрыва. Температура взрыва.

В каких областях применяются взрывчатые вещества?

Википедия:

Области применения:

· военные

· промышленные

o для горного дела (добыча полезных ископаемых, производство стройматериалов, вскрышные работы)
Промышленные взрывчатые вещества для горных работ по условиям безопасного применения подразделяют на

§ непредохранительные

§ предохранительные

o для строительства (плотин, каналов, котлованов, дорожных выемок и насыпей)

o для сейсморазведки

o для разрушения строительных конструкций

o для обработки материалов (сварка взрывом, упрочнение взрывом, резание взрывом)

· специального назначения (например, средства расстыковки космических аппаратов)

· антисоциального применения (терроризм, хулиганство), при этом часто используются низкокачественные вещества и смеси кустарного изготовления.

· опытно-экспериментальные.

 

В каких направлениях развивается применение ВВ в качестве энергоносителя при прессовании некомпактных материалов?

Применение ВВ в качестве энергоносителя при прессовании некомпактных материалов развивается в трех направлениях:

1. Прессование в установках, использующих метательные свойства ВВ для перемещения рабочего инструмента – пуансона (копры, пушки, динамические прессы и т. п.).

2. Прессование непосредственным воздействием газов ВВ на прессуемый порошок, когда сжатые продукты горения играют роль пуансона.

3. Гидродинамическое прессование, когда передача давления продуктов сгорания ВВ на прессуемый материал передается через жидкость.

 

Какие механизмы компактирования рассматриваются при взрывном прессовании?

Имеется несколько механизмов связывания порошкообразных материалов: сварка взрывом, сварка трением и взрывное жидкофазное спекание.

 

В чем сходство и отличие сварки взрывом и сварки трением?

Для металлических, пластичных порошков в качестве основных механизмов связывания можно использовать сварку трением и сварку взрывом, для твердых и малопластичных керамических порошков (алмаз, карбиды, оксиды, нитриды) связи такого типа маловероятны из-за очень высоких пределов упругости.

Сварка взрывом. Необходимое условие сварки – столкновение двух металлических поверхностей под углом друг к другу. Подобное условие возникает во многих местах фронта ударной волны при взрывном прессовании. Через частицу проходит фронт ударной волны, ускоряющий ее до скорости u, затем она соударяется с другой частицей, может образовать соединение.

Сварка трением. Трение отдельных частиц друг о друга действует на процесс их уплотнения и на свойства прессовок. При высоком давлении трение приводит к локальному разогреву их поверхностей и установлению прочного соединения, т. е. к сварке.

Как осуществляется взрывное жидкофазное спекание?

При ударно-волновом нагружении в случае достижения высокого давления может произойти сварка частиц путем плавления их поверхности с последующим их охлаждением (скоростью охлаждения изменяется от 10⁶ до 10¹¹ К/с), поскольку связь осуществляется через жидкую фазу, то этот процесс был назван взрывным жидкофазным спеканием. Большая часть энергии ударной волны, которая движется по пористому материалу, расходуется на плавление поверхности частиц.

В чем заключаются особенности спекания ультрадисперсного алмазного порошка (УДА)?

Для спекания УДА, кроме выбора оптимальных условий спекания, решающим является тщательная предварительная подготовка УДА: очистка поверхности, уплотнение, гранулирование. Можно проводить спекание УДА в два приема: 1) предварительное частичное спекание кластеров УДА в процессе термической очистки и гранулирования и 2) жидкофазное ударно-волновое спекание при давлении достижения беспористого состояния с максимально возможной длительностью разгрузки и с охлаждением гранул окружающим металлом.