Синтетические ультрадисперсные алмазы  (УДА)- материалы ХХI века.

 

Рябкова Н.Л.

 

МИФИ, г. Москва

 

Никитин Е.В., научный руководитель, д.т.н.

 

Комбинат  « Электрохимприбор», г. Лесной, Свердловской  области

 

Рассматривается новый перспективный материал, получаемый с помощью энергии взрыва. Мельчайшие зерна этого вещества рождаются из углерода, входящего в состав взрывчатого вещества, и углесодержащих добавок. Взорванная в специальной камере смесь оставляет после себя конденсированный остаток шихту черного цвета, содержащую 30-50% алмазного порошка. После этого порошок отмывают от загрязняющей сажи и примесей. Цвет очищенного порошка от темно-коричневого до светло-серого. Это продукт для высоких технологий, позволяющий существенно улучшить характеристики традиционных материалов и создать новые с уникальными свойствами.

1. Размеры частиц. Наноалмазы представляют собой полидисперсный порошок с размерами частиц от 2 до 20 им. Средний размер микрокристаллов серийных партий УДА  от 4 до 6 нм. Микрокристаллы объединяются в легко разрушаемые агрегаты, средний размер которых от 1 до 2 мкм. В суспензии размер агрегатов  до 0,005 мкм. При нагревании порошка в инертной атмосфере, начиная с 600°С происходит рост агрегатов, которые принимают форму сферолитов размером от 150 до 200 мкм2, разрушающихся под нагрузкой до 15 кг/мм2. Порошок обладает сильно развитой удельной поверхностью в пределах 400-500 м2/г. Насыпная плотность составляет 0,4¸0,6 г/см3. Постоянная кристаллической решетки - 0,3573±0,0005 нм.

2.Элементный состав. Неравновесные условия синтеза, высокая дефектность структуры и развитость поверхности  наноалмазов приводят к наличию хемисорбированных атомов и их групп. Порошок, в сущности, является материалом, состоящим из углерода 88¸92% (98,5¸99,6% которого содержится в алмазной фазе), водорода - до 1%, азота - 0,5¸2%, кислорода - до 10%, влаги - до 5%, металлических примесей до 1,5%. Содержание сурьмы, ртути и мышьяка не превышает 0,001%, что соответствует экологически безопасным нормам работы с УДА.

3. Содержание веществ. Массовая доля Уда в сухом порошке зависит от степени очистки и находится в пределах 90¸99,5%. Содержание не окисленных форм углерода составляет 0,3¸З%. Массовая доля несгораемых при 700°С остатков - металлы, окислы металлов, силикаты – равна 0,34¸1,5%.

4. Электрофизические характеристики. Проводимость порошка минимальна при температуре 300 °С и составляет 1012 Ом м, связанная, вероятно, с начальной стадией графитизации.

Диэлектрическая проницаемость порошка составляет E15 1,74¸2,0. Тангенс угла диэлектрических потерь 3,5х10-3¸1,0х10-2.

5. Термостойкость. При нагревании на воздухе со скоростью 10 град/мин порошок начинает окисляться с температуры 350°С. Температура начала графитизации в вакууме - 900°С. В  нейтральных и восстановительных атмосферах  порошок  стабилен по  физико-химическим показателям до температуры 1000°С.

Применение ультрадисперсных алмазов в машиностроении, нефтехимии и электронике. Металло-алмазные упрочняющие покрытия: повышение прочности (в 2-10 раз), износостойкости (в 1,5-15 раз), бурового, режущего, прессового, медицинского и др. инструмента, Антифрикционные упрочняющие смазочные композиции, присадки  к  моторным маслам АЛКОН и АСТА. Антифрикционные композиционные материалы на  основе  бронзы, армированной УДА.  Наполненные полимеры на основе фторэластомеров, стойкие к воздействию агрессивных сред фторированные пленки с УДА, фторированные резины с УДА с увеличенным ресурсом, радиационно-стойкие покрытия. Алмазные полупроводниковые транзисторы  и люминофоры для голубой и ультрафиолетовой части спектра.