Термостійкість нанопорошків синтетичного алмазу детонаційного синтезу різних методів вилучення

In the given work influence of methods of reception nanopowder synthetic diamond of detonation synthesis on their thermostability is considered. It is determined, that the method of reception influences only an initial stage of oxidation. During oxidation of samples the quantity of little co-ordinat...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2007
Hauptverfasser:	Богатирьова, Г.П., Забуга, В.Я., Панова, А.М., Цапюк, Г.Г., Лисовенко, С.О., Панов, О.В., Бєда, О.А.
Format:	Artikel
Sprache:	Ukrainian
Veröffentlicht:	Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України 2007
Schriftenreihe:	Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения
Schlagworte:	Синтез, спекание и свойства сверхтвердых материалов
Online Zugang:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/135418
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Термостійкість нанопорошків синтетичного алмазу детонаційного синтезу різних методів вилучення / Г.П. Богатирьова, В.Я. Забуга, А.М. Панова, Г.Г. Цапюк, С.О. Лисовенко, О.В. Панов, О.А. Бєда // Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения: Сб. науч. тр. — К.: ІНМ ім. В.М. Бакуля НАН України, 2007. — Вип. 10. — С. 333-339. — Бібліогр.: 4 назв. — укр.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-135418
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1354182018-06-16T03:07:30Z Термостійкість нанопорошків синтетичного алмазу детонаційного синтезу різних методів вилучення Богатирьова, Г.П. Забуга, В.Я. Панова, А.М. Цапюк, Г.Г. Лисовенко, С.О. Панов, О.В. Бєда, О.А. Синтез, спекание и свойства сверхтвердых материалов In the given work influence of methods of reception nanopowder synthetic diamond of detonation synthesis on their thermostability is considered. It is determined, that the method of reception influences only an initial stage of oxidation. During oxidation of samples the quantity of little co-ordination atoms of carbon are decreases that results in reduction of a ratio СО2/СО/. 2007 Article Термостійкість нанопорошків синтетичного алмазу детонаційного синтезу різних методів вилучення / Г.П. Богатирьова, В.Я. Забуга, А.М. Панова, Г.Г. Цапюк, С.О. Лисовенко, О.В. Панов, О.А. Бєда // Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения: Сб. науч. тр. — К.: ІНМ ім. В.М. Бакуля НАН України, 2007. — Вип. 10. — С. 333-339. — Бібліогр.: 4 назв. — укр. 2223-3938 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/135418 621.921.343 uk Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Ukrainian
topic	Синтез, спекание и свойства сверхтвердых материалов Синтез, спекание и свойства сверхтвердых материалов
spellingShingle	Синтез, спекание и свойства сверхтвердых материалов Синтез, спекание и свойства сверхтвердых материалов Богатирьова, Г.П. Забуга, В.Я. Панова, А.М. Цапюк, Г.Г. Лисовенко, С.О. Панов, О.В. Бєда, О.А. Термостійкість нанопорошків синтетичного алмазу детонаційного синтезу різних методів вилучення Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения
description	In the given work influence of methods of reception nanopowder synthetic diamond of detonation synthesis on their thermostability is considered. It is determined, that the method of reception influences only an initial stage of oxidation. During oxidation of samples the quantity of little co-ordination atoms of carbon are decreases that results in reduction of a ratio СО2/СО/.
format	Article
author	Богатирьова, Г.П. Забуга, В.Я. Панова, А.М. Цапюк, Г.Г. Лисовенко, С.О. Панов, О.В. Бєда, О.А.
author_facet	Богатирьова, Г.П. Забуга, В.Я. Панова, А.М. Цапюк, Г.Г. Лисовенко, С.О. Панов, О.В. Бєда, О.А.
author_sort	Богатирьова, Г.П.
title	Термостійкість нанопорошків синтетичного алмазу детонаційного синтезу різних методів вилучення
title_short	Термостійкість нанопорошків синтетичного алмазу детонаційного синтезу різних методів вилучення
title_full	Термостійкість нанопорошків синтетичного алмазу детонаційного синтезу різних методів вилучення
title_fullStr	Термостійкість нанопорошків синтетичного алмазу детонаційного синтезу різних методів вилучення
title_full_unstemmed	Термостійкість нанопорошків синтетичного алмазу детонаційного синтезу різних методів вилучення
title_sort	термостійкість нанопорошків синтетичного алмазу детонаційного синтезу різних методів вилучення
publisher	Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України
publishDate	2007
topic_facet	Синтез, спекание и свойства сверхтвердых материалов
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/135418
citation_txt	Термостійкість нанопорошків синтетичного алмазу детонаційного синтезу різних методів вилучення / Г.П. Богатирьова, В.Я. Забуга, А.М. Панова, Г.Г. Цапюк, С.О. Лисовенко, О.В. Панов, О.А. Бєда // Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения: Сб. науч. тр. — К.: ІНМ ім. В.М. Бакуля НАН України, 2007. — Вип. 10. — С. 333-339. — Бібліогр.: 4 назв. — укр.
series	Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения
work_keys_str_mv	AT bogatirʹovagp termostíjkístʹnanoporoškívsintetičnogoalmazudetonacíjnogosintezuríznihmetodívvilučennâ AT zabugavâ termostíjkístʹnanoporoškívsintetičnogoalmazudetonacíjnogosintezuríznihmetodívvilučennâ AT panovaam termostíjkístʹnanoporoškívsintetičnogoalmazudetonacíjnogosintezuríznihmetodívvilučennâ AT capûkgg termostíjkístʹnanoporoškívsintetičnogoalmazudetonacíjnogosintezuríznihmetodívvilučennâ AT lisovenkoso termostíjkístʹnanoporoškívsintetičnogoalmazudetonacíjnogosintezuríznihmetodívvilučennâ AT panovov termostíjkístʹnanoporoškívsintetičnogoalmazudetonacíjnogosintezuríznihmetodívvilučennâ AT bêdaoa termostíjkístʹnanoporoškívsintetičnogoalmazudetonacíjnogosintezuríznihmetodívvilučennâ
first_indexed	2025-07-09T23:15:47Z
last_indexed	2025-07-09T23:15:47Z
_version_	1837213103761129472
fulltext	Выпуск 10. ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ И МЕТАЛООБРАБАТЫВАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ – ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИЯ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ 333 УДК 621.921.343 Г. П. Богатирьова, докт. техн. наук1; В. Я. Забуга, канд. хім. наук2; А. М. Панова, аспірант1; Г. Г. Цапюк, канд. хім. наук2; С. О. Лисовенко, аспірант1; О. В. Панов, інж.1; О. А. Бєда, інж.2 1Інститут надтвердих матеріалів ім. В. М. Бакуля НАН України, м. Київ, Україна 2Національний університет ім.. Тараса Шевченка, м. Київ, Україна ТЕРМОСТІЙКІСТЬ НАНОПОРОШКІВ СИНТЕТИЧНОГО АЛМАЗУ ДЕТОНАЦІЙНОГО СИНТЕЗУ РІЗНИХ МЕТОДІВ ВИЛУЧЕННЯ In the given work influence of methods of reception nanopowder synthetic diamond of deto- nation synthesis on their thermostability is considered. It is determined, that the method of recep- tion influences only an initial stage of oxidation. During oxidation of samples the quantity of little co-ordination atoms of carbon are decreases that results in reduction of a ratio СО2/СО/. Термостійкість нанопорошків синтетичного алмазу, яка визначається їх взаємодією з киснем повітря, є однією з найважливіших їх фізико-хімічних властивостей. В попередніх роботах [1, 2] було встановлено, що на термостійкість алмазних порошків на початковій ста- дії має вплив стан поверхні (функціональні групи), в подальшому впливають металічні до- мішки, які є каталізаторами реакції та кількість активних центрів поверхні. Метою даної роботи було встановлення впливу методів вилучення на термостійкість нанопорошків алмазу, синтезованих українською фірмою «АЛІТ» (м. Житомир) шляхом де- тонації вибухових речовин з від’ємним кисневим балансом. Методи та методики дослідження За неізотермічних умов дослідження термостійкості нанопорошків алмазу проводили із застосуванням дериватографічного методу зі швидкістю нагрівання 10 град/хв. Дослідження за ізотермічних умов проводили у кварцовому реакторі U-подібного ви- гляду, який розміщувався вертикально в печі. Зразок поміщали до реактора в кварцовому кошику на паличці з того ж матеріалу. Кожне дослідження тривало 60 хв. Окиснювальна суміш складалася з 20 % кисню та 80 % аргону, витрати газу становили 0,2 л/хв. До початку реакції (до досягнення необхідної температури та впуском до реактора газової реакційної суміші) через реактор із зразком пропускали аргон з витратою 0,16 л/хв. Як нагрівальний прилад використовували трубчату піч із застосуванням ПІД–регулювання, що дозволило досягти високої точності витримки температури (з відхиленням ± 2 град). Контроль за продуктами реакції окиснення здійснювали хроматографічним методом. Якісний та кількісний склад домішок у зразках визначали за мікрорентгеноспектраль- ним аналізом. Оцінку величин питомих поверхонь, середнього розміру агрегатів, які утво- рюються при злипанні часточок алмазу, та їх розподілу за розмірами проводили на приладі «SEISHIN LMS-30». Фазовий склад порошків визначали за рентгенофазовим аналізом [3]. Оцінку стану функціонального покрову здійснювали методом програмованої термодесор- бції. Термодесорбційні спектри нанопорошків алмазу отримували на мас-спектрометрі МИ 1201 при нагріванні зі швидкістю 30 град/хв у вакуумі 1.10-6 в інтервалі температур 20 – 800 ºС. РАЗДЕЛ 2. СИНТЕЗ, СПЕКАНИЕ И СВОЙСТВА СВЕРХТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ 334 Результати і їх обговорення Досліджуваним зразком був продукт детонаційного синтезу нанопорошку алмазу (в подальшому зразок № 1), отриманий динамічним методом синтезу, оброблений розчином соляної кислоти для часткового видалення металевих домішок. Даний зразок було розділено на дві частини. Обробка першої частини нанопорошку алмазу відбувалася за методом, прийнятим в ІНМ ім. В. М. Бакуля НАН України, який полягає у послідовній обробці зразка сумішами Cr2O3 + H2SO4(конц); NaOH + H2O2 та HNO3(конц) + HCl(конц) при нагріванні (зразок № 2). Кінце- вий вихід продукту при цьому становив 86 %. Обробку другої частини нанопорошку алмазу було проведено в ЗАТ «Алмазный центр» (м. Санкт-Петербург, Росія) концентрованою азотною кислотою протягом 30 хв. за температури 220 ºС та тиску 100 атм (зразок № 3). Вихід продукту із застосуванням даного методу становив 64 %. Обидва зразки піддавали кінцевому промиванню дистильованою водою до рН ≈ 6 і висушували до постійної маси протягом 36 год за однакових умов. В табл. 1 наведено фізико-хімічні характеристики зразків. Як видно, кількість домі- шок металів та кремнію у зразку № 2 істотно менша, ніж у зразку № 3. Зміна величини пове- рхні, тобто її невелике зменшення, спостерігається лише у зразку № 3. На рис. 1 показано розподіл агрегативних частинок порошків за розмірами. Видно, що діапазон розмірів частинок зразків № 2 та 3 дещо ширший, ніж вихідного зразку № 1. Обидва методи вилучення сприяють зменшенню вмісту основної (малої) фракції за рахунок її окис- нення або втрати. З метою дослідження фазового складу порошків проведено якісний рент- генофазовий аналіз. Таблиця 1. Результати мікрорентгеноспектрального аналізу та аналізу агрегативних часточок зразків Характеристика Зразок № 1 Зразок № 2 Зразок № 3 Зольність, % 0,75 – 0,85 0,4 – 0,5 0,7 – 0,85 Питома поверхня, м2/г 218,3 221,8 195,1 Середній розмір агрегатів, мкм 2,9 2,9 3,4 Вміст домішок елементів, % Si 0,393 0,000 0,368 Ti 0,014 0,035 0,110 Mn 0,095 0,000 0,000 Cr 0,000 0,002 0,073 Fe 0,015 0,000 0,023 W 0,138 0,000 0,000 Al 0,020 0,000 0,000 Выпуск 10. ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ И МЕТАЛООБРАБАТЫВАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ – ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИЯ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ 335 0 5 10 15 20 0 5 10 15 20 0 3 2 Розмір, мкм. В мі ст , % 1 Рис. 1. Розподіл агрегативних частинок за розмірами у зразках нанопорошків алмазу № 1 (1), № 2 (2), № 3 (3). На рис. 2 наведено рентгенограми зразків, що фіксують наявність у всіх зразках фази алмазу. Причому спостерігається однакова ширина ліній, що свідчить про практично одна- кові середні розміри частинок. Наявності інших фаз не виявлено. Для визначення температур початку окиснення зразків, а також теплових ефектів, що виникають під час цієї реакції, проведено дериватографічні дослідження. Диференційні криві втрати маси зразків наведено на рис. 3. Рис. 2. Рентгенограми зразків нанопорошків алмазу № 1 (1), № 2 (2), № 3 (3). РАЗДЕЛ 2. СИНТЕЗ, СПЕКАНИЕ И СВОЙСТВА СВЕРХТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ 336 Рис. 3. Диференційні криві втрати маси зразків нанопорошків алмазу № 1 (1), № 2 (2), № 3 (3). Встановлено, що температури початку окиснення досліджуваних зразків такі: № 1 – 400 ºС; № 2 – 420 ºС; № 3 – 430 ºС. Враховуючи, що на процес окиснення алмазу, окрім металічних домішок може впли- вати склад кисневмісних активних груп, аналіз стану поверхні проводили за термодесорб- ційними спектрами зразків, які наведено на рис. 4. У спектрах зразка № 2 спостерігаються низькотемпературні (100 – 300 ºС) піки десор- бції [О] та СО2. У спектрах зразка № 3 відповідні піки значно меншої інтенсивності. Якщо припустити, що і [О], і СО2 в низькотемпературній області утворюються із поверхневих фун- кціональних груп, то можна вважати, що обробка, проведена в ІНМ ім. В. М. Бакуля НАН України, призводить до утворення на поверхні нанопорошку алмазу функціональних кисне- вмісних груп з слабким зв’язком, які при нагріванні в інтервалі температур 100 – 300 ºС роз- падаються з утворенням диоксиду вуглецю та атомарного кисню. У разі обробки методом, прийнятим у ЗАТ «Алмазный центр», таких груп утворюється значно менше. Це і призво- дить до більш високої температури початку окиснення зразка № 3. 0 200 400 600 800 1000 13 14 15 16 17 18 1 2 dg /d t Температура, oС 3 Выпуск 10. ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ И МЕТАЛООБРАБАТЫВАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ – ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИЯ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ 337 0 100 200 300 400 500 600 700 800 0 10 20 30 40 50 60 70 80 Температура, 0С Ін те нс ив ні ст ь, в ід н. о д. 0 100 200 300 400 500 600 700 800 0 5 10 15 20 Температура, 0С Ін те нс ив ні ст ь, в ід н. о д. а 0 100 200 300 400 500 600 700 800 0 5 10 15 20 25 Ін те нс ив ні ст ь, в ід н. о д. Температура, 0С 0 100 200 300 400 500 600 700 800 0 20 40 60 80 Ін те нс ив ні ст ь, в ід н. о д. Температура, 0С 0 100 200 300 400 500 600 700 800 0 50 100 150 Ін те нс ив ні ст ь, в ід н. о д. Температура, 0С б 0 100 200 300 400 500 600 700 800 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 Ін те нс ив ні ст ь, в ід н. о д. Температура, 0С Зразок № 1 Зразок № 2 Зразок № 3 Рис. 4. Термодесорбційні спектри атомарного кисню [О](а) та диоксиду вуглецю СО2 (б) з поверхні зразків № 1, 2 та 3. При детальному вивченні процесу окиснення нанопорошків синтетичного алмазу не- обхідно враховувати співвідношення продуктів реакції, яке характеризує стадії процесу. Для отримання даної інформації використали метод газової хроматографії. Зв’язок між кількістю вуглецю в зразку (n) і вмістом продуктів реакції в газі, що ви- ходить з реактора, визначається залежністю dt x C unn t CO∫−= 0 0 2 , (1) де n0 і n – початкова кількість алмазного порошку і в момент часу t відповідно, моль; 2COC – концентрація диоксиду вуглецю фазі, моль/см3; x – мольна частка вуглецю, що перетворюється на диоксид вуглецю. Для ілюстрації на рис. 5 наведено залежність маси зразка № 2 та об’єму продуктів ре- акції його окиснення, що виділяються, від часу за температури 420 ºС. Співвідношення продуктів реакції окиснення нанопорошків алмазу є одним з важли- вих показників, який характеризує стадії даного процесу. Відомо, що продуктами первинної реакції вуглецевих матеріалів з киснем є СО та СО2 в приблизно рівних кількостях [4]. У зра- зках нанопорошків алмазу атоми карбону відрізняються ступенем координації, тобто кількіс- тю зв’язків із сусідніми атомами, і тим самим вони відрізняються за хімічною активністю. Найбільш координовані атоми карбону найменш активні. Це призводить до того, що у них може відрізнятися механізм та швидкість реакції з киснем. Зокрема від координації атомів карбону може залежати співвідношення СО2/СО, що утворюються в первинних реакціях. РАЗДЕЛ 2. СИНТЕЗ, СПЕКАНИЕ И СВОЙСТВА СВЕРХТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ 338 10 15 20 25 30 35 40 45 50 0,000 0,002 0,004 0,006 0,008 0,010 0,012 0,014 0,00 0,02 0,04 0,06 0,08 10 15 20 25 30 35 40 45 50 V , м л Час, хв 1 2 3 ма са , г Час, хв Рис. 5. Об’єми продуктів реакції окиснення зразка № 2, що виділяються(СО(1) і СО2(2)) та маси (3) від часу за температури 420 ºС. На рис. 6 наведено співвідношення продуктів реакції окиснення зразків № 2 та 3. Рис. 6. Співвідношення продуктів реакції окиснення зразків № 2 та 3, що виділяються залежно від часу за температур: a – 440; б – 450 ºС; 1 – зразка № 2; 2 – зразка № 3. Видно, що процеси окиснення обох зразків за даних температур істотно не відрізня- ються. На початку реакції вміст СО2 значно більший, ніж СО – вигорають малокоординовані атоми карбону, які, реагуючи з киснем, утворюють СО2 як первинний продукт реакції. А більш координовані атоми карбону, які, реагуючи з киснем, утворюють СО2 як первинний продукт реакції. А більш координовані атоми карбону утворюють в рівних кількостях СО та СО2. Оскільки в процесі окиснення зразків зменшується кількість малокоординованих атомів карбону, то це і призводить до зменшення співвідношення СО2/СО. Висновки Метод вилучення не впливає на фазовий склад, але призводить до різної кількості до- мішок і впливає на розмір частинок та стан поверхонь нанопорошків алмазу. Метод обробки впливає лише на початкову стадію окиснення. Температура початку окиснення зразка, отриманого в ЗАТ «Алмазный центр», на 10 град вища за рахунок утво- рення меншої кількості слабозв’язаних функціональних груп на поверхні. а б Выпуск 10. ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ И МЕТАЛООБРАБАТЫВАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ – ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИЯ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ 339 До зменшення співвідношення СО2/СО призводить зменшення кількості малокоорди- нованих атомів карбону в процесі окиснення зразків. Література 1. Bogatyreva G. P., Marinich M. A., Panova A. N., Bazaliy G. A. and Tsapyuk G. G. Influence of Surface Modification of Nanodispersed Diamond on its Termostability // Тезисы докладов Межд. конф. «NanoCarbon & NanoDiamond 2006», St.Petersburg, September 11 – 15, 2006. – С. 77. 2. Богатырева Г. П., Забуга В. Я., Цапюк Г. Г., Кузьмич А. Н. Влияние микроколичеств примесей ультрадисперсного алмаза на кинетику его окисления // Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и приме- нения / Сб. научн. тр. – Вып. 7. – К.: ИСМ им. В. Н. Бакуля, 2004. – С. 107–110. 3. Рентгеноструктурный анализ. Справочное руководство. Получение и измерение рентге- нограмм. – М: Наука, – 1976. – 326 с. 4. Н. В. Лавров Физико-химические основы горения твердого топлива. – М: Наука, 1971. – 272 с. Поступила 16.07.07.

Термостійкість нанопорошків синтетичного алмазу детонаційного синтезу різних методів вилучення

Institution

Ähnliche Einträge