DE112005003807B4

DE112005003807B4 - Diamant-Kohlenstoffmaterial und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE112005003807B4
Application number: DE112005003807T
Authority: DE
Inventors: Valery Yurievich Dolmatov
Original assignee: Dolmatov Valerij Jur Evi & Ccaron; FED STATE BUDGETARY INSTITUTION FED AGENCY FOR LEGAL PROT OF MILITARY SPECIAL; Federal State Budgetary Institution "Federal Agency for Legal Protection of Military Special and Dual Use Intellectual Activity Results"; Zakritoe Aktzionernoe Obs & Ccaron Estvo Almazny Centr; Zakritoe Aktzionernoe Obscestvo "almazny Centr"
Current assignee: Dolmatov Valerij Jur'evic Ru; Federal State Budgetary Institution "federal A Ru; Zakritoe Aktzionernoe Obscestvo "almazny Centr Ru
Priority date: 2005-12-30
Filing date: 2005-12-30
Publication date: 2013-03-28
Anticipated expiration: 2025-12-31
Also published as: WO2007078209A1; US7862792B2; WO2007078209A8; JP2009522190A; US20080317659A1; DE112005003807T5; JP5572317B2

Abstract

Verfahren zur Herstellung von Diamant-Kohlenstoffmaterialien, das die Detonation eines kohlenstoffhaltigen Sprengstoffs mit negativer Sauerstoffbilanz in einem geschlossenen Raum in einem gegen Kohlenstoff inerten Gasmedium in der Umgebung einer kondensierten Phase einschließt, das dadurch gekennzeichnet ist, dass der kohlenstoffhaltige Sprengstoff in einer Hülle aus einer kondensierten Phase mit einem Reduktionsmittel bei einem quantitativen Verhältnis der Masse des Reduktionsmittels in der kondensierten Phase zu der Masse des verwendeten kohlenstoffhaltigen Sprengstoffs von mindestens 0,01:1 zur Detonation gebracht wird, wobei das gewonnen Produkt, in Masseprozent, enthält.Kohlenstoff 89,1–95,2 Wasserstoff 1,2–5,0 Stickstoff 2,1–4,8 Sauerstoff 0,1–4,7 Unbrennbare Beimengungen 0,1–1,5 und wobei die Kohlenstoffmasse Kohlenstoff in der kubischen Diamantmodifikation und Kohlenstoff in der röntgenamorphen Phase im Verhältnis (40–80):(60–20) Masseprozent enthält.

Description

Technikbereich
Die Erfindung betrifft die Kohlenstoffchemie, nämlich zusammengesetzte Kohlenstoffmaterialien, die Kohlenstoff der kubischen Diamantmodifikation und der röntgenamorphen Kohlenstoffphase enthalten, sowie die Technologie ihrer Herstellung, nämlich Detonationsmethoden der Herstellung von Diamant-Kohlenstoffmaterialien.
Bekannter Stand der Technik
Bekannt sind verschiedene Materialkomposites, die durch Detonationssynthese aus kohlenstoffhaltigen Sprengstoffen hergestellt werden und Kohlenstoff in verschiedenen Phasen enthalten.
Zum Beispiel ist den Fachleuten auf dem Gebiet der Kohlenstoffchemie ein kondensierter Kohlenstoff bekannt (nachfolgend – KK), der ein zusammengesetztes Kohlenstoffmaterial darstellt, das Kohlenstoff in verschiedenen Modifikationen enthält und dabei abhängig von den Detonationsbedingungen der kohlenstoffhaltigen Sprengstoffe Kohlenstoff in der kubischen Diamantenphase enthält oder nicht enthält.
Solch ein Kohlenstoff kann bei der Detonation der kohlenstoffhaltigen Sprengstoffe mit negativer Sauerstoffbilanz in einem speziellen Medium unter Bedingungen hergestellt werden, die die Gewinnung kondensierter Kohlenstoffsprengungsprodukte ermöglichen (Ljamkin A. I., Petrov E. A., Erschov A. P. und andere, Diamantenherstellung aus Sprengstoffen, Akademie der Wissenschaften der UdSSR, 1988, B. 302, SS. 611–613; Greiner N. R., Phillips D. S., Johnson F. J. D., Diamonds in detonation soot, Nature, 1988, vol. 333, p. 440–442; Petrov V. A., Sakovitsch G. V., Bryljakov P. M., Bedingungen der Diamantengewinnung bei der Detonationsherstellung, Akademie der Wissenschaften der UdSSR, 1990, B. 313, Nr. 4, SS. 862–864; V. Dolmatov, Ultradisperse Diamanten der Detonationssynthese: Eigenschaften und Anwendung, Erfolge der Chemie, 2001, B. 70 (7), SS. 687–708; V. Dolmatov, Ultradisperse Diamanten der Detonationssynthese, Sankt Petersburg, die Polytechnische Staatsuniversität, 2003, S. 344).
Es ist bekannt, dass die Herstellungsmethode des KKs oder des Diamant-Kohlenstoffmaterials eine Ladungssprengung eines kohlenstoffhaltigen Sprengstoffs in verschiedenen Medien einschließen kann, zum Beispiel:

– In einem Gasmedium, das dem Kohlenstoff gegenüber inert ist, z. B. im Medium von Stickstoff, Kohlendioxid, gasartigen Produkten der vorherigen Sprengungen ( US 5916955 C1 );
– in Wasserschaum (Petrov V. A., Sakovitsch G. V., Bryljakov P. M., Bedingungen der Diamantengewinnung bei der Detonationsherstellung, Akademie der Wissenschaften der UdSSR, 1990, B. 313, JNb 4, SS. 862–964);
– bei Berieselung der Ladung mit Wasser ( RU, 2036835, C1 );
– in einer Wasserhülle ( US 5353708 C1 );
– im Eis ( RU, 2230702, C1 ).

Unter den existierenden Detonationsverfahren kohlenstoffhaltiger Sprengstoffe ist aus der Sicht des KK-Ertrags und der Diamantmodifikation selbst die Ladungssprengung in einer Wasser- oder Eishülle am effektivsten (V. Dolmatov, Ultradisperse Diamanten der Detonationssynthese, Sankt Petersburg, Polytechnische Staatsuniversität, 2003, S. 344; RU, 2230702, C ).
Dabei stellt der erhaltene KK ein nanodisperses kohlenstoffhaltiges Pulver dar, das spezifische Eigenschaften und eine spezifische Struktur besitzt. Zum Beispiel zeichnet sich der KK durch einen hohen Dispersionsgrad, große spezifische Oberfläche, Vorhandensein von entstandenen defekten Kohlenstoffstrukturen, erhöhte Reaktionsfähigkeit aus.
Bekannt ist ein Diamant-Kohlenstoffmaterial ( US 5861349, A ), das hauptsächlich aus gruppierten runden Teilchen und Teilchen unrichtiger Form im Durchmesserbereich von höchstens 0,1 μ besteht, mit:

a) einer Elementzusammensetzung, in Masseprozent: Kohlenstoff von 75,0 bis 90,0; Wasserstoff von 0,8 bis 1,5; Stickstoff von 0,8 bis 4,5; Sauerstoff – bis zur Bilanz;
b) einer Phasenzusammensetzung, Masseprozent: amorpher Kohlenstoff von 10 bis 30, Diamant der kubischen Modifikation – bis zur Bilanz;
c) einer porösen Materialstruktur mit einem Porenvolumen von 0,6–1,0 cm³/gram;
d) einer Materialoberfläche, bei der auf 10–20% der Oberfläche Methyl-, Nitrit-, primäre und sekundäre Hydroxylgruppen vorhanden sind, die verschiedene chemische Verschiebungen im Spektrumsbereich der magnetischen Kernresonanz und eine oder mehrere funktionelle Oxycarboxylgruppen aufweisen, die aus der Gruppe gewählt sind, die aus Carbonylgruppen, Carboxylgruppen, Chinongruppen, Hydroperoxidgruppen und Laktongruppen auf 1–2% der Materialoberfläche besteht, wobei diese Gruppen mit den Kohlenstoffatomen über unkompensierte Bindungen verbunden sind;
e) einer speziellen Oberfläche von 200 bis 450 gm²/g.

Dabei wird das oben genannte Material durch Detonationssynthese im geschlossenen Volumen einer Sprengladung gewonnen, die vorwiegend eine kohlenstoffhaltige Sprengsubstanz oder eine Mischung von solchen Substanzen enthält und eine negative Sauerstoffbilanz aufweist, wobei die Ladungsdetonation in Beisein von Kohlenstoffteilchen in einer Konzentration von 0,01 bis 0,015 kg/m³ in einem Medium, das aus Sauerstoff in einem Volumen von ca. 0,1–6% und einem gegen Kohlenstoff inerten Gas besteht, bei einer Temperatur von 303 bis 363 K initiiert wird ( US 5861349, A ). Die Methode wird in einer Druckkammer mit einer Ladung durchgeführt, die eine negative Sauerstoffbilanz aufweist und hauptsächlich aus mindestens einem kohlenstoffhaltigen festen Sprengstoff besteht.
Bekannt ist ein KK, der „Diamant-Kohlenstoffmaterial” genannt wurde ( US 5916955, A ), der Kohlenstoff, Wasserstoff, Stickstoff, Sauerstoff und verschiedene unbrennbare Beimengungen enthält und der dabei Kohlenstoff der kubischen Modifikation, Kohlenstoff in der röntgenamorphen Phase und Kohlenstoff der kristallinen nicht diamantenen Modifikation in einem Verhältnis der Phasenmodifikationen des Kohlenstoffs, in Masse Prozent, enthält:

Kohlenstoff der kubischen Modifikation (Diamantphase) 30–75

Röntgenamorphe Kohlenstoffphase 10–15

Kohlenstoff der kristallinen Modifikation Rest

und bei der folgenden Elementzusammensetzung, Masseprozent:

Kohlenstoff 84,0–89,0

Wasserstoff 0,3–1,1

Stickstoff 3,1–4,3

Sauerstoff 2,0–7,1

Unbrennbare Beimengungen 2,0–5,0.
Die Herstellungsmethode des genannten Diamant-Kohlenstoffmaterials ( US 5916955, A ) schließt ein den Schritt der Detonation einer Ladung, die aus einem kohlenstoffhaltigen Sprengstoff besteht, im geschlossenen Volumen in der Atmosphäre, die gegen Kohlenstoff inertes Gas enthält, unter Ausbildung der Detonationsprodukte, die Kohlenstoff der kubischen Modifikation (Diamantphase), der röntgenamorphen Kohlenstoffphase und Kohlenstoff der kristallinen Modifikation enthalten. Die Abkühlung der Detonationsprodukte wird dabei mit der Geschwindigkeit von 200 zu 6000 Grad/Min durchgeführt, und die Atmosphäre enthält ein Gasmedium mit den Gasen, die bei der Detonation der ursprünglichen Ladung des kohlenstoffhaltigen Stoffs entstanden sind.
Das oben genannte Verfahren der Herstellung vom Diamant-Kohlenstoffmaterial liefert aber eine kleine Ausbeute des Diamant-Kohlenstoffmaterials – bis 7,8 Masseprozent – und ermöglicht es nicht, ein Material mit hoher Effektivität und von hoher Qualität gewinnen, denn wegen des niedrigen Gehalts des im Diamant-Kohlenstoffmaterial wichtigsten Elementes – Kohlenstoffs – enthält das gewonnene Produkt eine große Heteroatommenge vorwiegend von Sauerstoff, der in Form von Lakton-, Äther- und Aldehydgruppen vorhanden ist, was zu einer zu hohen chemischen Aktivität des Diamant-Kohlenstoffmaterials führt. Dieser Umstand erhöht die Wahrscheinlichkeit von Zersetzungsvorgängen in Zusammensetzung unter Verwendung des Diamant-Kohlenstoffmaterials, zum Beispiel in polymeren und ölartigen Zusammensetzungen, insbesondere bei erhöhten Arbeitstemperaturen.
Offenbarung der Erfindung
Der Zweck dieser Erfindung ist die Erarbeitung einer Herstellungsmethode von Diamant-Kohlenstoffmaterial, das prognostizierbare Eigenschaften und eine prognostizierbare Elementzusammensetzung bei einem großen Gehalt von Kohlenstoff in den gewünschten Phasenzuständen aufweist.
Beim Schaffen dieser Erfindung wurde als Aufgabe die Entwicklung einer Herstellungsmethode von Diamant-Kohlenstoffmaterialien, die eine hohe Konzentration von Kohlenstoff in gewünschten Modifikationen und in dem gewünschten Phasenzustand aufweisen, aus einem kohlenstoffhaltigen Material mit Hilfe der Detonationssynthese unter Bedingungen, die die Oxidation der Oberfläche von Diamant-Kohlenstoffmaterialien verhindern und die Erhaltung der gewonnenen Diamantenphase gewährleisten, gestellt.
Die gestellte Aufgabe wurde durch Herstellung von Diamant-Kohlenstoffmaterial gelöst, das Kohlenstoff, Wasserstoff, Stickstoff und Sauerstoff enthält und sich dadurch auszeichnet, dass das Material Kohlenstoff in Form der diamantenen kubischen Modifikation und in der röntgenamorphen Phase im Varhältnis (40–80):(60–20), bezogen auf die Kohlenstoffmasse, enthält und dabei, in Masseprozent, enthält:

Kohlenstoff 89,1–95,2

Wasserstoff 1,2–5,0

Stickstoff 2,1–4,8

Sauerstoff 0,1–4,7

Unbrennbare Beimengungen 0,1–1,5.
Die gestellte Aufgabe wurde auch durch die Entwicklung einer Herstellungsmethode von Diamant-Kohlenstoffmaterial gelöst, die eine Detonation des kohlenstoffhaltigen Sprengstoffs mit negativer Sauerstoffbilanz im geschlossenen Raum in einem gegen Kohlenstoff inerten Gasmedium in der Umgebung einer kondensierten Phase beinhaltet und sich dadurch auszeichnet, dass ein kohlenstoffhaltiger Sprengstoff detoniert wird, der in einer Hülle einer kondensierten Phase eingesetzt wird, die ein Reduktionsmittel bei einem Mengenverhältnis der Reduktionsmittelmasse in der kondensierten Phase zur Masse des verwendeten kohlenstoffhaltigen Sprengstoffs von mindestens 0,01:1 enthält, und man ein Produkt gewinnt, das, in Masseprozent, enthält:

Kohlenstoff 89,1–95,2

Wasserstoff 1,2–5,0

Stickstoff 2,1–4,8

Sauerstoff 0,1–4,7

Unbrennbare Beimengungen 0,1–1,5,

wobei die Kohlenstoffmasse den Kohlenstoff der diamantenen kubischen Modifikation und den Kohlenstoff in der röntgenamorphen Phase im Verhältnis (40–80):(60–20) Masseprozent enthält.
Laut Erfindung ist es dabei zweckmäßig, als Reduktionsmittel eine anorganische oder organische Verbindung zu verwenden, die vorzugsweise keine Sauerstoffatome und Halogene enthält.
Die gestellte Aufgabe wurde auch durch die Entwicklung eines Verfahrens zur Vorbereitung des Diamant-Kohlenstoffmaterials gelöst, das mit der Methode der Detonationssynthese aus kohlenstoffhaltigen Sprengstoffen gewonnen wurde, für nachfolgende Untersuchungen der Bestimmung der Elementzusammensetzung. Dieses Methode schließt das Halten des genannten Endprodukts bei einer Temperatur von 120–140°C unter Vakuum von 0,01–10,0 Pa für 3–5 Stunden und seine nachfolgende Bearbeitung bei einer Temperatur von 1050–1200°C mit einer Sauerstoffströmung mit einer Geschwindigkeit ein, die sein Verbrennen während 40–50 s gewährleistet.
Die beste Ausführungsform der Erfindung
Den Vorgang der Herstellung des erfindungsgemäßen Diamant-Kohlenstoffmaterials mit Hilfe der Methode gemäß der Erfindung kann man in vier Teilschritte unterteilen:

1. Der erste Teilschritt der Detonationstransformation des kohlenstoffhaltigen Sprengstoffs bei seiner Sprengung findet hauptsächlich innerhalb des Ladungsvolumens statt, das durch seine Außenoberflächen begrenzt ist, und Besonderheiten des die Ladung umgebenden Mediums beeinflussen den Transformationsvorgang nicht.

Wie Untersuchungen gezeigt haben, führt die Wahl der Sprengstoffzusammensetzung mit negativer Sauerstoffbilanz zur Ausbildung des „überflüssigen” Kohlenstoffs, der in einer kondensierten Form bleibt. Ein Teil dieses „überflüssigen” Kohlenstoffs wandelt sich bei Sprengung in einen Diamanten der kubischen Modifikation um.
Die Anordnung der Ladung in der Umgebung eines Mediums im flüssigen oder festen Aggregatzustand, zum Beispiel bei der Detonation in einem Becken, das mit Wasser oder Eis gefüllt ist, die ein Auseinanderfliegen der Detonationsprodukte verhindern, liefert die Bedingungen für die Verlängerung der Dauer des bei der Detonation ausgebildeten Komplexes aus Höchstdruck und Hochtemperatur, die ein Existenzgebiet von flüssigen Kohlenstoff und Diamanten sind.
Die Anordnung der Ladung innerhalb einer Hülle, die eine kondensierte Phase im flüssigen oder festen Aggregatzustand enthält, zum Beispiel, in Form von Wasser oder Eis, hält auch die Detonationsprodukte länger im Ausgangsladungsvolumen, was zur längeren Existenz des Detonationsprodukte enthaltenden Plasmas führt und den vollen Übergang des „überflüssigen” Kohlenstoffs in die Diamantenphasen fördert.

2. Im zweiten Teilschritt der Transformation, die nach der Beendigung des Detonationsvorgangs kommt, ist die Gewährleistung der schnellen gasdynamischen Abkühlung von Detonationsprodukten zur Erhaltung der Diamanten der kubischen Modifikation, die im Bereich der chemischen Transformationen gebildet wurden, sehr wichtig.

Es ist bekannt, dass sich bei der Sprengung in Vakuum infolge hoher Geschwindigkeiten des Auseinanderfliegens die schnellste gasdynamische Abkühlung von Detonationsprodukten beobachten lässt. Beim nachfolgenden Aufprall der Detonationsprodukte auf die Wände der Sprengkammer geht aber ihre kinetische Energie in Wärmeenergie über, die Temperatur in der Kammer erhöht sich sehr schnell und erreicht sehr hohe Werte, und nach der Abschwächung aller Stoßwellen bleibt eine der Detonationstemperatur nahe Temperatur ~ 3500 K in der Kammerhöhle aufrecht. Da der Druck in der Kammer vielfach schneller als die Temperatur sinkt, transformieren sich die Diamanten der kubischen Modifikation vollständig in Graphit (gehen in Graphit über). Dann geht bei der dauernden Einwirkung der Hochtemperaturen der ganze KK in Gas über. Gerade deswegen erhalten sich die Diamanten der kubischen Modifikation bei einer Sprengung im Vakuum nicht. Die langsamste gasdynamische Abkühlung lässt sich beim Auseinanderfliegen der Detonationsprodukte beobachten, die mit massiven Wasser- oder Eishüllen umgeben sind. Die maximale anhaltende Temperatur der Detonationsprodukte überschreitet dabei 500–800 K wegen der effektiven Energieabfuhr durch das Wasser nicht ( RU 2230702, C ; V. A. Masanov, Makrokinetik der Erhaltung des kondensierten Kohlenstoffs und des detonierten Diamanten in der hermetischen Sprengkammer. Physik des Festkörpers, 2004, B. 46, Heft 4, SS. 614–620).
Die Sprengung im Inertgasmedium nimmt bezüglich der Intensität der gasdynamischen Abkühlung eine Mittelstelle zwischen der Sprengung im Vakuum und der Sprengung in einer Hülle aus einer kondensierten Phase in Form von Wasser oder Eis ein, weil die Geschwindigkeit des Auseinanderfliegens der Detonationsprodukte im Gasmedium kleiner als in Vakuum aber höher als beim Vorhandensein einer Wasser- oder Eishülle ist.
Da die KK-Existenz im Wesentlichen von der remanenten Temperatur in der Sprengkammer bestimmt wird – je kleiner die Temperatur, desto größer der Ertrag des Diamant-Kohlenstoffmaterials – ist die Verwendung von kondensierten Hüllen, die die größte Abkühlung gewährleisten, um die Ladung herum optimal.

3. Der dritte Teilschritt der Detonationssynthese des Diamant-Kohlenstoffmaterials kommt nach der Reflexion der Stoßwellen von den Kammerwänden: die Stoßwellen zirkulieren, verbreiten sich mit Überschallgeschwindigkeit, werden von Prozessen der Erhöhung der Stoffdichte, des Drucks und der Temperatur begleitet, es finden turbulente Durchmischungen der Detonationsprodukte mit dem Medium in der Kammerhöhle statt. Die maximale stationäre Mediumstemperatur in der Kammerhöhle hängt von dem Massenverhältnis der Sprengstoffe und von der Komposition des Gasmediums d. h. der chemischen Aktivität des Mediums und Wärmekapazität der Gase ab.
4. Im vierten Teilschritt der Detonationssynthese kühlt sich das Medium, das bei der Sprengung des kohlenstoffhaltigen Sprengstoffs erwärmt wurde und von der kalten Hülle eingegrenzt wird, intensiv ab. Nach der Sprengung und Ablösung der Detonationsprodukte gibt es in der Kammer außer verschiedenen gasartigen Produkten (CO₂, CO, O₂, H₂, N₂, CH₄, NO, NO₂, NH₃, H₂O) auch eine feindisperse Suspension der KK-Teilchen, die hohe Abstrahlfähigkeit haben. Deswegen zeichnet sich der Abkühlungsvorgang eines solchen Mediums durch gemeinsame Wärmeübertragung bei Konvektion und Abstrahlung aus. Es ist bekannt, dass es mit Hilfe der Messmethode des Elektrizitätsleitungsprofils in der Detonationswelle festgestellt wurde, dass die Ausbildungszeit der kubischen Diamantmodifikation 0,2–0,5 μs nicht überschreitet, was der Zonenbreite der chemischen Reaktion in Zusammensetzungen explosiver Bestandteile von Trinitrotoluol-Hexogen entspricht, und zwar sowohl in gegossenen, als auch in verpressten. (Staver A. M., Erschov A. P., Ljamkin A. I., Erforschung der Detonationstransformation kondensierter Sprengstoffe mit der Leitfähigkeitsmethode. Brand- und Sprengungsphysik, 1984).

Da ein Teil der im ersten Teilschritt der Detonation hergestellten festen KK-Teilchen unter dem Einfluss von bei der Sprengung ausbildenden gasartigen Oxidanzien (CO₂, H₂O, CO, O₂, N₂O₃, NO₂) in Gase übergeht, kann man von ”erhalten gebliebenen” KK-Teilchen sprechen, die sich noch nicht in Gas umgewandelt haben, aufgrund einer unzureichenden Menge dieser gasartigen Oxidanzien.
Da alle festen KK-Teilchen, die nicht reagiert heben, eine Hülle von funktionellen Gruppen haben, kann die Wechselwirkung der oberflächlichen funktionellen Gruppen mit gasartigen Oxidanzien die primären Funktionalgruppen, darunter auch diejenige, die keinen Sauerstoff enthalten, in sauerstoffhaltige Gruppen überführen, weil alle Oxidanzien in ihrer Komposition Sauerstoff enthalten.
Die Verwendung der wichtigen Funktion des Reduktionsmittels – ein Oxidans zu binden und damit der Kohlenstoffoxidation vorzubeugen – bildet dabei die Bedingungen für die Verhinderung der Oxidation der Oberfläche von Kohlenstoffteilchen. Das bildet liefert die Bedingungen für eine wesentliche Erhöhung des Kohlenstoffgehalts im Diamant-Kohlenstoffmaterial. Diese Erhöhung wird gerade durch die Verminderung des Sauerstoffgehalts erreicht, weil die Untersuchungen zeigen, dass sich der Wasserstoff- und Stickstoffgehalt unbedeutend ändern.
Es ist zu betonen, dass der hohe Sauerstoffgehalt im Diamant-Kohlenstoffmaterial dessen effektive Verwendung in vielen Technologien verhindert. Zum Beispiel, erhöht bei seiner Verwendung als Zusatzmittel zu technischen Ölen das Vorhandensein von viel Sauerstoff die Oxidierbarkeit des Materials.
Es ist bekannt, dass der KK-Ertrag bei der Sprengung des kohlenstoffhaltigen Sprengstoffs im Gasmedium unter Bedingungen einer in der Kammerhöhle anhaltenden Temperatur 1500 +/– 150 K maximal ist und ~ 12% beträgt. Mit der Erhöhung der Temperatur in der Kammerhöhle auf 3000–3500 K sinkt der KK-Ertrag praktisch auf Null (V. A. Masanov, Makrokinetik der Gewinnung von kondensiertem Kohlenstoff und Detonationsdiamanten in der hermetischen Sprengkammer. Physik des Festkörpers, 2004, B. 46, Heft 4, SS. 614–620).
Die Möglichkeiten der Erhaltung von gewonnenen Diamanten kubischer Modifikation und die Elementzusammensetzung der Diamant-Kohlenstoffmaterialien hängen von der Ablaufintensität der endothermen Heterophasereaktionen der KK-Vergasung in der Kammerhöhle mit Kohlenstoffdioxid (1) und dem Wasserdampf (2) ab, die mit einer einzigen Brutto-Reaktion dargestellt werden können (3): C + CO₂ > 2CO – 172,4 kJ/Mol (1) C + H₂O > CO + H₂ – 130,1 kJ/Mol (2) C + CO₂ + H₂O > 3CO + H₂ – 151,3 kJ/Mol (3)
Bei Hochtemperatur in der Kammerhöhle laufen zwei konkurrierende Prozesse ab: die KK-Vergasung in erster Linie des nicht diamantenen Kohlenstoffs als eines aktiveren, und die Graphitisierung der ausgebildeten Diamanten der kubischen Modifikation.
Deswegen halten die Autoren es für unzweckmäßig die Bedingungen der Synthesedurchführung zu erarbeiten, die minimale Einwirkungsmöglichkeiten der Detonationsprodukte auf das bei der Detonation gewonnene Produkt und die maximal mögliche Geschwindigkeit der Produktabkühlung für Ausschließung seiner Gasifikation gewährleisten würden.
Laut Erfindung lässt die Einführung des Reduktionsmittels in Zusammensetzung der die Ladung umgebenden kondensierten Hülle einige Effekte erreichen:

1. Das Reduktionsmittel verhindert die Oberflächenoxidation der Kohlenstoffteilchen im dritten Teilschritt des Detonationsvorgangs durch Bindung der Oxidationsmittel als der chemisch aktivsten Stoffe in der Kammerhöhle. Der Gehalt desjenigen Heteroatoms, der die nachfolgenden Verwendung von KK am meisten stört, d. h. von Sauerstoff, sinkt dabei auf 0,1%, und seine Stelle übernimmt der relativ inerte und nicht störende Wasserstoff. Der Kohlenstoffgehalt erhöht sich dementsprechend bis 95,2%.
2. Dank der teilweisen Zersetzung des Reduktionsmittels bei hohen Temperaturen sinkt die Temperatur in der Kammer, was seinerseits den Vergasungsprozess vermindert (Reaktionen 1–3) und den Phasenübergang des Diamanten zu Graphit „einfriert”.

Auf diese Weise lässt die Reduktionsmitteleinführung den KK-Ertrag vergrößern.
Die vorliegende Erfindung kann durch die Beispiele der Verfahrensdurchführung der Herstellung von Diamant-Kohlenstoffmaterial gemäß der Erfindung veranschaulicht werden.
Für die KK-Synthese werden gewöhnlich kohlenstoffhaltige Gemischsprengstoffe, z. B. Gemisch von Trinitrotoluol mit Hexogen oder Oktogen bei einem Trinitrotoluolgehalt von 30 bis 70% verwendet. Die Verwendung von Trinitrotriaminobenzol gemischt mit Oktogen, Hexogen oder Trinitrotoluol ist auch möglich.
Zur Untersuchung wurden als kohlenstoffhaltige Sprengstoffe folgende gewählt:

– Ladungen aus dem Gemisch von Trinitrotoluol mit Hexogen, die durch Pressen bei einem Pressendruck 1500 kg/cm² im Verhältnis 50/50 (Beispiele 1–18) und durch Schmelzen im Verhältnis 65/35 (Beispiele 19, 20) gebildet wurden;
– Ladungen aus dem Gemisch von Trinitrotoluol mit Oktogen, die durch Pressen bei einem Pressendruck 1500 kg/cm² im Verhältnis 60/40 (Beispiel 21) gebildet wurden;
– Ladungen aus dem Gemisch von Triaminotrinitrobenzol mit Oktogen, die durch Pressen bei einem Pressendruck 1500 kg/cm² im Verhältnis 50/50 (Beispiel 22) gebildet wurden.

Dabei wurde die traditionelle Ladungsform eines kompakten Zylinders gewählt, Durchmesser des Zylinderkörpers 48,5 mm, Ladungslänge 167,1 mm.
Die Ladungssprengung wurde mit Hilfe eines elektrischen Zünders vorgenommen, der sich an der Stirnseite innerhalb der Landung befand.
Die Ladung des kohlenstoffhaltigen Sprengstoffs wurde in einer Hülle einer kondensierten Phase angeordnet, die eine Reduktionsmittellösung in Wasser im flüssigen Aggregatzustand (Bespiele 1–16, 18, 19, 21, 22) oder im Eiszustand (Beispiel 20) darstellte, oder in einer Hülle, die eine Ladungsbewehrung darstellte, die aus dem festen gepressten Reduktionsmittel gebildet wurde (Beispiel 17). Die Hüllenmasse betrug dabei von 4,0 bis 6,0 kg. Die Hüllen, die einen flüssigen Aggregatzustand der kondensierten Phase haben, waren mit der kondensierten Phase der Reduktionsmittellösung gefüllten Zylindersäcke aus Polyethylen. Die Ladung wurde im Sackzentrum angehängt (untergebracht). Im Fall des festen Aggregatzustands der Hülle unter der Verwendung von Adamantan als Reduktionsmittel erschien die Hülle als eine Außenbewehrung auf allen Oberflächen aus.
Als Reduktionsmittel wurden Dimethylhydrazin (Beispiele 1–5, 19), Urotropin (Beispiele 6–10, 20–22), Ammoniak (Beispiele 11–13), Harnstoff (Beispiele 14–16), Adamantan (Beispiel 17), Acetonitril (Beispiel 18) bei verschiedenen Verhältnissen – im Bereich (0,01–10,0):1,0 – der Masse des verwendeten Reduktionsmittels zur Masse des verwendeten kohlenstoffhaltigen Sprengstoffs verwendet.
Die Versuche wurden folgenderweise durchgeführt: Die Ladung in der Hülle wurde durch die obere Luke in die Sprengkammer aus Nirosta mit einem Volumen von 1 m³ eingelegt, die mit gasförmigen Produkten der vorherigen Sprengung gefüllt war. Man schloss die Kammer und sprengte die Ladung.
3 Minuten nach der Sprengung wurde die gewonnene Wassersuspension des Produkts durch das untere Ventil in den Annahmebehälter entladen. Dann wurde die Wassersuspension durch ein Sieb mit einer Öffnungsweite von 200 μm abgesiebt und getrocknet. Das getrocknete Produkt wurde zerkleinert und durch ein Sieb mit einer Öffnungsweite von 80 μm gesiebt. Dann wurden die Proben des gewonnenen Produkts mit der Vorbereitungsmethode laut Erfindung für die Durchführung folgender Untersuchungen ihrer Elementzusammensetzung vorbereitet.
Dafür wurden die Proben des gewonnenen Produkts bei einer Temperatur von 120–140°C unter Vakuum bei 0,01–10,0 Pa während 3–5 Stunden gehalten und dann bei einer Temperatur von 1050–1200°C einer Bearbeitung mit einer Sauerstoffströmung mit einer Geschwindigkeit untergezogen, die ihre Verbrennung während 40–50 s gewährleistet.
Mit Hilfe von Untersuchungen wurde festgestellt, dass das Diamant-Kohlenstoffmaterial von 8 bis 14 Masseprozent flüchtige Zusätze (hauptsächlich Wasser, Stickstoffoxide und Kohlenstoffoxide) enthält. Die Entfernung dieser Zusätze, die durch Adsorptionkräfte fest in Mikroporen verbunden sind, ist durch gewöhnliche Erwärmung an der Luft bei Temperatur von 120–125°C unmöglich. Die Erhöhung der Erwärmungstemperatur bis auf höheren Temperaturen an der Luft ist wegen der Zersetzung, möglicher Entzündung und Entflammung der Teilchen des nicht diamantenen Kohlenstoffs gefährlich.
Für die vollständige Entfernung der flüchtigen Zusätze soll Vakuum mit einem Restdruck von 0,01–10,0 Pa verwendet werden. Dabei soll die Temperatur im Bereich 120–140°C aufrechterhalten werden.
Beim Vakuum 0,01 Pa reicht es aus, die Temperatur 120°C aufrecht zu erhalten, und beim Druck von 10,0 Pa – 140°C. Einen Druck von weniger als 0,01 Pa einzuhalten ist aus wirtschaftlichen Gründen unzweckmäßig, sowie von mehr als 10,0 Pa wegen der möglichen unvollständigen Entfernung der flüchtigen Zusetze. Die Erhöhung der Temperatur über 140°C kann eine Zersetzung des Teils an unstabilem nicht-diamantenem Kohlenstoff hervorrufen. Die Durchwärmungszeit während 3–5 Stunden garantiert auch die vollständige Entfernung der flüchtigen Zusätze. Beim Druck 0,01 Pa und einer Temperatur 120°C reichen 3 Stunden des Haltens, und bei 10,0 Pa und 140°C ist es zweckmäßiger 5 Stunden einzuhalten.
Zur Bestimmung der Elementzusammensetzung von Diamant-Kohlenstoffmaterial wird gewöhnlich eine Standardmethodik der organischen Chemie verwendet: Erwärmung auf eine Temperatur in der Sauerstoffströmung 850–900°C während 5 s. Das Diamant-Kohlenstoffmaterial unterscheidet sich aber sehr durch seine Oxidationsbeständigkeit von allen anderen organischen Verbindungen. Deswegen reichen die oben genannten Bedingungen für die vollständige Oxidation der das Diamant-Kohlenstoffmaterial bildenden Elemente nicht aus. Die Temperatur, die für eine vollständige Verbrennung (Oxydation) des Diamant-Kohlenstoffmaterials nötig ist, beträgt 1050–1200°C, die Erwärmungszeit soll dabei 40–50 s betragen. Diese Bedingungen sind erreichbar zum Beispiel auf dem Gerät JYo 185 von „Hewlett Packard” (USA).
Die auf die oben genannte Weise vorbereiteten Proben der Syntheseprodukte wurden folgendermaßen untersucht:

– Untersuchung mit Hilfe der Methode der Streuung mit kleinem Winkel zur Bestimmung der quantitativen Verteilung der Materialteilchen nach ihrer Größe;
– Untersuchung mit Hilfe von der Methode der polarographischen Titration zur Bestimmung des Vorhandenseins und der Zusammensetzung der oberflächlichen sauerstoffhaltigen funktionellen Gruppen, der Amino- und der Amidgruppen. Dabei werden Hydroxyl-, Carboxyl-, Amino- und Amidgruppen anhand der Größen der entsprechenden Reduktionspotentiale sowie anhand der IR-spektroskopischen Daten identifiziert;
– Untersuchung mit Hilfe der gaschromatografischen Analyse des Vorhandenseins von oberflächlichen Methylgruppen, die in der Zusammensetzung der freigesetzten Gase bei einer Erwärmung auf Temperatur 663–673 K während 3 Stunden anhand der Menge des freigesetzten Methans identifiziert werden. Die gewonnenen Produkte wurden dabei vor der gaschromatografischen Analyse bei 473 K im Vakuum (0,1 Pa) zur Gewinnung gewichtskonstanten Produkts (während 24 Stunden) aufgewärmt, wobei die früher an der Oberfläche des gewonnenen Produkts adsorbierten flüchtigen Produkte, darunter Gase, entfernt wurden, und die bei der gaschromatografischen Analyse freigesetzten Gase CH₄, H₂, CO₂, CO, O₂, N₂ und NH₃ waren Gase, die bei der Zerstörung der chemisch an den kondensierten Kohlenstoffe gebundenen oberflächlichen Gruppen gebildet werden;
– Untersuchung mit Hilfe der Röntgen-Photoelektronenspektroskopie (XPES) zur Analyse der Verteilung von Kohlenstoffformen im gewonnenen Produkt;
– Untersuchung mit Hilfe der Methode der Streuung mit niedrigem Winkel (Svergun D. I., Fejgin L. A., Röntgen- und Neutronenstreuung mit kleinem Winkel. Moskau, Verlag „Nauka”, 1986, S. 280);
– Untersuchung mit Hilfe der Methode der Bestimmung der spezifischen Pulveroberfläche durch Tieftemperatursorption von Stickstoff (Gerasimov J. I. und andere. Kurs der physikalischen Chemie. B. I. Ausgabe 2, Moskau, Verlag „Chemie”, 1969, S. 592).

Die Versuchsergebnisse werden in der Tabelle angegeben. Tabelle: „Gewinnung des erfindungsgemäßen Diamant-Kohlenstoffmaterials nach dem erfindungsgemäßen Verfahren”

Bestandteile; Herstellungsverfahren	N°	Parameter	N° des Beispiels
Bestandteile; Herstellungsverfahren	N°	Parameter	1	2
A. Sprengstoff	1	Zusammensetzung	Trinitrotoluol/Hexogen 50/50, gepresst	Trinitrotoluol/Hexogen 50/50, gepresst
	2	Masse, kg	0,5	0,5
	3	Dichte g/cm³	1,62	1,62
B. Hülle	4	Reduktionsmittel	Dimethylhydrazin	Dimethylhydrazin
	5	Massenverhältnis von Reduktionsmittel zur Masse des Sprengstoffs	0,32:1,00	0,01:1,00
	6	Lösemittel	Wasser	Wasser
	7	Aggregatzustand der Hülle	Flüssigkeit	Flüssigkeit
	8	Masse, kg	4,0	4,0
C. Erhaltenes Produkt	9	Ausbeute KK, Masse-%	15,2	12,1
	10	Elementzusammensetzung, Masse-%
		[C]	91,4	90,9
		[H]	3,1	1,2
		[N]	3,2	2,1
		[O]	0,6	1,0
		verbrennbare Beimischungen	1,7	4,8
	11	Phasenzusammensetzung, Masse-%
		– Kohlenstoff der kubischen Diamantmodifikation	60	58
		– röntgenamorphe Phase	40	42
	12	Zusammensetzung der Oberflächengruppen	Methyl	Methyl
			Hydroxyl	Hydroxyl
			Carboxyl	Carboxyl
			Amin	Amin
			Amid
			Carbonyl	Carbonyl

	N°	3	4	5	6
A.	1	Trinitrotoluol/Hexogen 50/50, gepresst	Trinitrotoluol/Hexogen 50/50, gepresst	Trinitrotoluol/Hexogen 50/50, gepresst	Trinitrotoluol/Hexogen 50/50, gepresst
	2	0,5	0,5	0,5	0,5
	3	1,62	1,62	1,62	1,62
B.	4	Dimethylhydrazin	Dimethylhydrazin	Dimethylhydrazin	Urotropin
	5	0,16:1,0	0,64:1,00	10,0:1,0	0,01:1,00
	6	Wasser	Wasser	Wasser	Nasser
	7	Flüssigkeit	Flüssigkeit	Flüssigkeit	Flüssigkeit
	8	4,0	4,0	4,0	6,0
C.	9	14,0	16,1	14,1	12,6
	10	91,8	90,7	89,1	92,9
		2,2	2,5	5,0	1,8
		3,0	3,1	4,2	2,7
		1,1	1,5	0,1	0,6
		1,9	2,2	1,6	2,1
	11	68	63	61	66
	11	32	37	39	34
	12	Methyl	Methyl	Methyl	Methyl
		Hydroxyl	Hydroxyl	Hydroxyl	Hydroxyl
		Carboxyl			Carboxyl
		Amin	Amin	Amin	Amin
			Amid	Amid
		Carbonyl	Carbonyl		Carbonyl

	N°	7	8	9	10
A.	1	Trinitrotoluol/Hexogen 50/50, gepresst	Trinitrotoluol/Hexogen 50/50, gepresst	Trinitrotoluol/Hexogen 50/50, gepresst	Trinitrotoluol/Hexogen 50/50, gepresst
	2	0,5	0,5	0,5	0,5
	3	1,62	1,62	1,62	1,62
B.	4	Urotropin	Urotropin	Urotropin	Urotropin
	5	0,25:1,0	0,50:1,00	1,0:1,0	10,0:1,00
	6	Nasser	Wasser	Wasser	Wasser
	7	Flüssigkeit	Flüssigkeit	Flüssigkeit	Flüssigkeit
	8	6,0	6,0	6,0	6,0
C.	9	14,6	15,55	16,05	16,2
	10	94,1	91,2	92,8	94,7
		1,6	3,0	2,8	1,5
		2,2	2,6	2,7	2,2
		0,5	0,9	0,3	0,1
		1,6	2,3	1,4	1,5
	11	71	74	75	69
	11	29	26	25	31
	12	Methyl	Methyl	Methyl	Methyl
		Hydroxyl	Hydroxyl	Hydroxyl	Hydroxyl
		Amin	Amin	Amin	Amin
			Amid	Amid
		Carbonyl			Carbonyl

	N°	11	12	13	14
A.	1	Trinitrotoluol/Hexogen 50/50, gepresst	Trinitrotoluol/Hexogen 50/50, gepresst	Trinitrotoluol/Hexogen 50/50, gepresst	Trinitrotoluol/Hexogen 50/50, gepresst
	2	0,5	0,5	0,5	0,5
	3	1,62	1,62	1,62	1,62
B.	4	Ammoniak	Ammoniak	Ammoniak	Harnstoff
	5	0,01:1,0	0,50:1,00	1,0:1,0	10,0:1,00
	6	Wasser	Wasser	Wasser	Wasser
	7	Flüssigkeit	Flüssigkeit	Flüssigkeit	Flüssigkeit
	8	5,0	5,0	5,0	5,0
C.	9	11,6	13,4	13,1	12,9
	10	91,5	91,1	90,4	90,8
		2,3	3,0	3,2	2,6
		2,2	2,8	3,3	2,6
		1,4	0,9	1,0	1,7
		2,6	2,2	2,1	2,3
	11	52	51	49	58
	11	48	49	51	42
	12	Methyl	Methyl	Methyl	Methyl
		Hydroxyl	Hydroxyl	Hydroxyl	Hydroxyl
		Carboxyl	Carboxyl	Carboxyl	Carbonyl
			Amin	Amin
			Amid	Amid
		Carbonyl	Carbonyl	Carbonyl	Carbonyl

	N°	15	16	17	18
A.	1	Trinitrotoluol/Hexogen 50/50, gepresst	Trinitrotoluol/Hexogen 50/50, gepresst	Trinitrotoluol/Hexogen 50/50, gepresst	Trinitrotoluol/Hexogen 50/50, gepresst
	2	0,5	0,5	0,5	0,5
	3	1,62	1,62	1,62	1,62
B.	4	Harnstoff	Harnstoff	Adamantan	Acetonitril
	5	0,4:1,0	10,0:1,00	1,4:1,0	2,0:1,00
	6	Wasser	Wasser		Wasser
	7	Flüssigkeit	Flüssigkeit	festgepresst	Flüssigkeit
	8	5,0	5,0	Bewehrung der Ladung	5,0
C.	9	14,7	13,5	15,8	14,3
	10	90,1	89,5	95,2	91,9
		3,0	1,3	1,2	1,3
		2,6	2,1	2,1	4,8
		2,2	4,7	0,1	0,4
		2,1	2,4	1,4	1,6
	11	61	40	80	56
	11	39	60	20	44
	12	Methyl	Methyl	Methyl	Methyl
		Hydroxyl	Hydroxyl	Hydroxyl	Hydroxyl
		Carboxyl
		Amin	Amin	Amin	Amin
			Amid	Amid
		Carbonyl	Carbonyl	Carbonyl

		19	20	21	22
A.	1	Trinitrotoluol/Hexogen 65/35, geschmolzen	Trinitrotoluol/Hexogen 65/35, geschmolzen	Trinitrotoluol/Oktogen 60/40, gepresst	Triaminotrinitrotoluol/Octogen 50/50, gepresst
	2	0,51	–0,51	–0,51	0,53
	3	1,64	1,64	1,65	1,71
B.	4	Dimethylhydrazin	Urotropin	Urotropin	Urotropin
	5	0,64:1,0	0,5:1,0	0,5:1,0	0,5:1,0
	6	Wasser	Wasser	Wasser	Wasser
	7	Flüssigkeit	Eis	Flüssigkeit	Flüssigkeit
	8	4,0	6,0	6,0	6,0
C.	9	16,9	16,5	16,8	13,1
	10	91,4	93,0	93,1	90,0
		2,4	1,3	1,4	2,3
		2,3	2,2	2,5	2,9
		1,2	0,4	1,1	2,1
		2,7	3,1	1,9	2,7
	11	69	78	79	52
	11	31	22	21	48
	12	Methyl	Methyl	Methyl	Methyl
		Hydroxyl	Hydroxyl	Hydroxyl	Hydroxyl
		Carboxyl		Carboxyl	Carboxyl
		Amin	Amin	Amin	Amin
		Amid
		Carbonyl	Carbonyl	Carbonyl	Carbonyl

Aufgrund der Untersuchungen wurde festgestellt, dass das mit der Methode gemäß dieser Erfindung gewonnene Diamant-Kohlenstoffmaterial ein schwarzes Pulver darstellt und folgende Parameter aufweist:

– Spezifische Oberfläche von 150 bis 550 m²/g, die mit Hilfe der Methode der Bestimmung der spezifischen Oberfläche von Pulvern durch Tieftemperatursorption von Stickstoff bestimmt wurde (Gerasimov J. und andere, Kurs der physikalischen Chemie, B. I, Ausgabe 2 korrigiert, Moskau, Verlag „Chemie”, 1969, S. 592),
– Mittlere Teilchengröße 2–6 nm, bestimmt mit Hilfe der Methode der Streuung mit kleinem Winkel
– Spezifisches Gewicht im Bereich von 2,0–2,6 g/cm³.

Der Gehalt an unbrennbaren Teilchen im gewonnenen Produkt, die vorwiegend Metalloxide und -carbide darstellen, hängt von den Bedingungen der Detonationssynthese, der Materialzusammensetzung der Sprengkammerwände und dem Abnutzungsgrad dieser Kammer ab und kann 1,4–4,8 Masseprozent betragen.
Untersuchungen haben gezeigt, dass Röntgenspektren der untersuchten Proben des Diamant-Kohlenstoffmaterials neben drei Linien, die zu der Diamantenphase des Kohlenstoffs gehören, noch ein breites Maximum mit d = 0,42 nm enthalten, das zu der röntgenamorphen Phase des Kohlenstoffs gehört, wobei sich das Auftreten der letzteren nach der teilweisen KK-Oxidierung entweder mit Luftsauerstoff bei einer Temperatur von 673 K während 1–5 Stunden oder beim Ätzen mit 98%-Salpetersäure beim Sieden während 3–8 Stunden klar abzeichnet.
Die Verteilung der Materialteilchen wurde mit Hilfe der Methode der Streuung mit kleinem Winkel untersucht. Die Untersuchungen zeigten, dass die Verteilung nach den Größen der Teilchen durch ein einziges Maximum im Bereich zwischen 40 und 60 A kennzeichnet ist, d. h. die Kohlenstoffphasen verteilen sich nicht nach den Teilchengrößen.

Die Spektren lassen Hydroxyl-, Carboxyl-, Carbonyl-, Amin- und Amidgruppen auf der Oberfläche der KK-Teilchen erkennen. Aufgrund der Ergebnisse der gaschromatographischen Analyse wurde festgestellt, dass folgende Gase bei der Erwärmung im Vakuum bei 663–673 K während 3 Stunden aus der Probe des zu untersuchenden Produkts freigesetzt werden:

– Methan	– 0,12–0,60 cm³/g
– Wasserstoff	– 0,18–0,33 cm³/g
– Kohlendioxid	– 0,01–0,13 cm³/g
– Sauerstoff	– 0,00–0,02 cm³/g
– Stickstoff	– 0,39–2,04 cm³/g
– Ammoniak	– 0,06–0,21 cm³/g

Die Gesamtfreisetzung der Gase beträgt 0,82–3,22 cm³/g.
Auf Grund der erhaltenen Daten kann man die Schlussfolgerung ziehen, dass folgende Oberflächengruppen auf der Oberfläche der gewonnenen KK vorhanden sind: Methyl- (anhand des freigesetzten Methans), Carboxyl- (anhand des freigesetzten Kohlenmonoxids und -dioxids), Amin- (anhand des freigesetzten Ammoniak), Amid-, Carbonyl- und Hydroxylgruppen.
Auf Grund der polarographischen Titration wurde die Anwesenheit von Carboxylgruppen auf mehreren Proben und von Carbonylgruppen auf einigen Proben festgestellt.
Den Fachleuten im Bereich der Nanodiamantenchemie ist es bekannt, dass die Ätzung mit Oxidanzien eine schichtweise Abtragung des Materials von der Teilchenhülle des Diamant-Kohlenstoffmaterials bei seiner Bearbeitung mit starken Oxidationsmitteln ist.
Da Sauerstoff und Wasserstoff in den oberen Teilchenschichten konzentriert sind, wird ihr Prozentgehalt beim schichtweisen Abtrag des Materials im Teilchen nach dem Ätzen selbstverständlich kleiner, und der Prozentgehalt von Kohlenstoff wird im Teilchen nach dem Ätzen größer. Da Stickstoff gleichmäßig im Teilchen verteilt ist, wird sich sein Prozentgehalt nicht verändern.
Auf diese Weise verändert sich bei einem beliebigem Ätzen der Teilchen des Diamant-Kohlenstoffmaterials mit Oxidationsmitteln der Prozentgehalt von Stickstoff im restlichen Material praktisch nicht, und dabei ist im Unterschied zu dem bekannten oben beschriebenen ( US, 5916955, A ) Diamant-Kohlenstoffmaterial der Stickstoff ziemlich gleichmäßig im Volumen sowohl der Diamantenphase des Kohlenstoffs als auch in der röntgenamorphen Kohlenstoffphase verteilt.
Auf Grund der in der Tabelle angegebenen Daten kann man folgende Schlussfolgerungen ziehen:

1. Die Anwesenheit von Reduktionsmittel in der Hülle der kondensierten Phase in einer Menge von 0,01 bis 10 Masseprozent bezogen auf die Masse des verwendeten Sprengstoffs hat einen bemerkbaren positiven Effekt gegeben, der in der wesentlichen Veränderung der Elementzusammensetzung besteht: Kohlenstoff über 91,5 Masseprozent, Wasserstoff über 1,5 Masseprozent, Sauerstoff unter 1,5 Masseprozent, Stickstoff im Bereich 2,2–2,9 Masseprozent.

Die Reduktionsmitteleinführung in einer Menge, die 10-fach größer als die Menge des Sprengstoffs ist, ist aus den wirtschaftlichen Gründen unzweckmäßig. Beim Verhältnis der Masse des Sprengstoffs zu der Masse des Reduktionsmittels 1:10,0 erreichen der KK-Ertrag und der Gehalt darin an Kohlenstoff der kubischen Modifikation maximale Werte, und eine weitere Vergrößerung der Reduktionsmittelmenge führt zu technischen Schwierigkeiten beim der Gewinnung des Diamant-Kohlenstoffmaterials aus der Kammer und seiner Verarbeitung.
Die physikalisch-chemischen Eigenschaften der Diamant-Kohlenstoffmaterialien, die mit der Methode laut Erfindung gewonnen wurden, ermöglichen ihre Verwendung nanodimensionale Komponente von hocheffektiven Materialkomposites.
Es wurden vergleichende Untersuchungen der Verwendung von Diamant-Kohlenstoffmaterialien durchgeführt, die mit verschiedenen Methoden gewonnen wurden.
Dabei wurden Öle für Öltauchpumpen hergestellt, in denen als Zusätze verwendet wurden:

a) Diamant-Kohlenstoffmaterialien, die mit der Methode laut der Erfindung gewonnen wurden und folgende Zusammensetzung haben, in Masseprozent: Kohlenstoff – 94,5%, Wasserstoff – 1,2%, Stickstoff – 2,5%, Sauerstoff – 0,8%, unbrennbare Beimengungen – 1,0%, bei einem Gehalt von Kohlenstoff der kubischen Diamantmodifikation – 72% und Kohlenstoff der röntgenamorphen Modifikation – 28%.
b) Diamant-Kohlenstoffmaterialien, die mit der oben beschriebenen Detonationsmethode ( US, 5916955, A ) gewonnen wurden und folgende Zusammensetzung haben, in Masseprozent: Kohlenstoff – 88,8%, Wasserstoff – 1,1 W, Stickstoff – 3,1%, Sauerstoff – 4,9%, unbrennbare Beimengungen – 2,1%, bei einem Gehalt von Kohlenstoff der kubischen Diamantmodifikation – 42% und von anderen Kohlenstoffformen – 58%.

Die Ergebnisse der Vergleichsuntersuchungen zeigten, dass die Verwendung der Öle mit Zusätzen aus Material B in Öltauchpumpen beim einem geschlossenen Kreislauf des Ölflusses zum vollständigen Ölverharzen in 18 Arbeitsstunden und dem Pumpenausfall infolge der katastrophalen Abnutzung der Oberfläche führte.
Die Verwendung von Öl mit Zusätzen aus Material A laut dieser Erfindung führte zu keinem Ölverharzen und keiner Kondensation (Zusammenbacken) der Diamantenteilchen mit nachfolgender Abnutzung der Oberfläche.
Also haben die Diamant-Kohlenstoffmaterialien gemäß der Erfindung, die mit der erfindungsgemäßen Methode der Detonationssynthese gewonnen wurden, eine verbesserte Element- und Phasenzusammensetzung im Vergleich zu den bekannten Diamant-Kohlenstoffmaterialien, was zu stabileren prognostizierbaren Eigenschaften der Zusammensetzungen und der Materialien bei deren Verwendung in verschiedenen Wissenschafts- und Technologiebereichen führt.
Industrielle Verwendbarkeit
Die erfindungsgemäßen Diamant-Kohlenstoffmaterialien können breite Verwendung in verschiedenen Technologien finden, zum Beispiel in Polierendkompositionen, Folienabdeckungen, in Zusammensetzung der Antistrahlungsmaterialien.
Die erfindungsgemäßen Diamant-Kohlenstoffmaterialien können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gewonnen werden, das unter Verwendung vorhandener technologischer Ausrüstungen und bekannter Sprengstoffe erfüllt werden kann.

Claims

Verfahren zur Herstellung von Diamant-Kohlenstoffmaterialien, das die Detonation eines kohlenstoffhaltigen Sprengstoffs mit negativer Sauerstoffbilanz in einem geschlossenen Raum in einem gegen Kohlenstoff inerten Gasmedium in der Umgebung einer kondensierten Phase einschließt, das dadurch gekennzeichnet ist, dass der kohlenstoffhaltige Sprengstoff in einer Hülle aus einer kondensierten Phase mit einem Reduktionsmittel bei einem quantitativen Verhältnis der Masse des Reduktionsmittels in der kondensierten Phase zu der Masse des verwendeten kohlenstoffhaltigen Sprengstoffs von mindestens 0,01:1 zur Detonation gebracht wird, wobei das gewonnen Produkt, in Masseprozent, enthält. Kohlenstoff 89,1–95,2 Wasserstoff 1,2–5,0 Stickstoff 2,1–4,8 Sauerstoff 0,1–4,7 Unbrennbare Beimengungen 0,1–1,5

und wobei die Kohlenstoffmasse Kohlenstoff in der kubischen Diamantmodifikation und Kohlenstoff in der röntgenamorphen Phase im Verhältnis (40–80):(60–20) Masseprozent enthält.
Verfahren nach Anspruch 1, das dadurch gekennzeichnet ist, dass als Reduktionsmittel eine anorganische oder organische Verbindung mit Reduktionseigenschaften und vorzugsweise ohne Sauerstoffatome und Halogene verwendet wird.
Diamant-Kohlenstoffmaterial, das das nach einem Verfahren, gemäß einem der Ansprüche 1 und 2 erhältliche Produkt ist.