Взрывной синтез алмаза

Введение

Актуальность темы. Методы взрывного синтеза алмазов основаны на кратковременном воздействии высоких давлений и температур на углеродсодержащий материал с последующим быстрым охлаждением образовавшейся метастабильной фазы алмаза. Взрывной синтез основан на детонации взрывчатых веществ, необходимых для перехода графита, или аморфного углерода в алмаз. Этот метод считается ближе всех к природному процессу.
Для этих целей используется:
1. Процесс детонации взрывчатых веществ.
2. Взрывное разложение углеродных материалов под воздействием импульсного лазерного излучения высокой интенсивности.
3. Физический взрыв дисперсии графита в жидком ксеноне под воздействием ультразвуковых колебаний.
4. Электровзрывной синтез.
5. Детонация газов, например, смеси ацетилена и диоксида углерода.
Наибольшее распространение получили методы с использованием взрывчатых веществ. Способ взрывного синтеза дает возможность получить синтетические алмазы в твердых продуктах детонации взрывчатых веществ, охлаждаемых в результате их быстрого расширения. В результате образуется смесь порошков твердого углерода, имеющих структуру графита и алмаза. В отличие от классических искусственных алмазов, получаемых методом статического синтеза и годных только на абразивную крошку для предварительной (грубой) обработки твердых и сверхтвердых материалов, детонационным алмазам уже найдено применение в различных областях, начиная от традиционных задач обработки поверхностей сверхтвердых материалов до упрочнения полимеров и противораковой терапии.
Цель работы – рассмотреть особенности детонационного синтеза алмазов. 
1. Методы взрывного синтеза алмазов

Методы получения алмазов можно условно разделить на две группы. К первой группе можно отнести методы, в которых для получения алмазов используется фазовый переход графит→алмаз. Превращение графита в алмаз происходит при высокой температуре и давлении. Ко второй группе относятся методы химического получения алмазных пленок. Алмазные пленки образуются на подложке в результате химических реакций, протекающих в плазме. При этом температура может быть ниже 1000 К, а давление от ~1 кПа до 0.1 МПа.
«Синтез детонационных наноалмазов включает следующие четыре направления исследований: уменьшение размера частиц, контроль агрегации частиц в процессе синтеза, оптимизация функциональных поверхностных групп и контролируемое легирование таких частиц» . Детонация взрывчатых смесей с отрицательным кислородным балансом приводит к образованию наноалмазов размером от 2 до 20 нанометров. Их распределение размеров имеет логнормальную форму с центром в 4–5 нм и длинным задним фронтом. В суспензии только очень малая доля (0,01 мас. %) самых мелких наноалмазов (т. е. размер частиц от 2 до 4 нанометров) может быть выделена методом ультрацентрифугирования.
Несмотря на интенсивные исследования, направленные на понимание процесса образования алмазов, его фундаментальные механизмы все еще являются предметом обсуждения. Различные возможные механизмы, основанные на термодинамических предположениях и оценке конечного продукта, были использованы для объяснения механизмов образования наноалмазов в процессе детонации. «В 1963 году советские ученые обнаружили, что наноалмазный порошок, также известный как ультрадисперсные алмазы (УДА), может рождаться в результате ядерных взрывов, вызванных взрывчатыми веществами на основе углерода» . С тех пор люди начали использовать метод детонации для получения этого многообещающего материала. Хотя наноалмазный порошок также может быть получен гидротермальным синтезом, технологией химического осаждения из паровой фазы микроволновой плазмы и т. д., по сравнению с ними метод детонации имеет более высокую скорость реакции, более высокую эффективность и может экономить энергию. Эффективность производства наноалмазного порошка методом детонации относительно высока. Принцип заключается в преобразовании углеродного элемента взрывной системы в алмаз с помощью высокой температуры и высокого давления, образующихся во время взрыва. С помощью этого метода получают наноалмазсодержащий черный порошок, который является термодинамически стабильным.