СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВЮРЦИТОПОДОБНОГО НИТРИДА БОРА Российский патент 1995 года по МПК C01B21/64 

Изобретение относится к области получения сверхтвердых материалов, в частности к способам получения вюрцитоподобного нитрида бора.

Известен способ получения вюрцитоподобного нитрида бора из смеси графитоподобного нитрида бора (ГНБ) с добавками металлов, галогенидов щелочных металлов, оксидов магния, кальция, алюминия в твердом агрегатном состоянии, взятых в массовом соотношении 1:1, путем размещения смеси в ампуле сохранения и воздействия ударных волн, генерируемых детонацией взрывчатого вещества (насыпного гексогена) [1, 2]. Выход вюрцитоподобного нитрида бора из одной ампулы с рабочим объемом 10см³ составляет 60,5%. Недостатком способа является низкий абсолютный выход вюрцитоподобного нитрида бора (ВНБ) из-за малого рабочего объема ампулы сохранения и низкой сохраняемости ампул.

Наиболее близким к изобретению является способ получения вюрцитоподобного нитрида бора, включающий приготовление смеси ГНБ с добавками в жидком агрегатном состоянии (вода, 5%-ный раствор соды), взятых в соотношении 1:1 по массе, размещение ее в ампуле сохранения и воздействие ударных волн, генерируемых детонацией взрывчатого вещества (литого тротила и гексогена в соотношении 40:60) [3]. Выход ВНБ из одной ампулы сохранения с рабочим объемом 10 см³ составляет 95% при степени сохранения ампул 20%.

Экспериментальная проверка степени сохраняемости ампул при проведении синтеза вюрцитоподобного нитрида бора по известному способу в промышленных условиях в ампулах сохранения с рабочим объемом 1000 см³ показала, что недостатком способа является низкий выход целевого продукта из-за низкой сохраняемости ампул (степень сохранения составляла 10%) для смеси ГНБ:H₂O = 1: 1. Для предпочтительного (оптимального) соотношения компонентов смеси ГНБ: H₂O = 4:1 (20 мас.% воды в смеси) выход ВНБ составил 70 мас.% при степени сохранения ампул до 60%. Тем не менее абсолютный выход ВНБ и при этих условиях (соотношение компонентов смеси 4:1) остается относительно низким.

Целью изобретения является повышение выхода целевого продукта путем увеличения степени сохраняемости ампул.

Это достигается тем, что способ получения ВНБ включает приготовление смеси графитоподобного нитрида бора и добавки, размещение ее в ампуле сохранения и воздействие на нее ударной волной, генерируемой детонацией взрывчатого вещества.

Для приготовления исходной смеси в качестве добавки используют кристаллогидраты галогенидов металлов из группы, включающей марганец, щелочноземельные металлы или металлы подгруппы железа при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Графитоподобный нитрид бора 70-90
Кристаллогидрат галогенидов 10-30 и воздействуют ударной волной от детонации взрывчатого вещества следующего состава, мас. %: Коллоксилин 54,4-59,5 Нитроглицерин 25,0-36,0 Динитротолуол 1,5-9,1
Инертная добавка
(индустриальное масло,
дибутилфталат, мел, централит 2) 6,4-9,9 причем взрывчатое вещество используют в гранулированном виде с размером гранул 2-5 мм, в которое дополнительно вводят 40-60 мас.% водного раствора амиачной селитры с концентрацией 25-70 мас.%.

Введение указанных добавок в исходную смесь позволяет за счет гигроскопичности галогенидов снизить давление паров над смесью графитоподобного нитрида бора и добавки при ударном нагружении, это приводит к повышению степени сохраняемости ампул.

Заполнение гранул смеси взрывчатых веществ водным раствором аммиачной селитры позволяет повысить плотность и детонационные характеристики смеси взрывчатых веществ.

Сущность изобретения заключается в следующем. Готовят смесь графитоподобного нитрида бора с добавкой, помещают ее в ампулу сохранения в зазор между расположенными коаксиально стальным стержням и стальной трубой. Ампулу с обоих торцов закрывают крышками. Снаряженную ампулу устанавливают на подставке в картонной коробке цилиндрической формы, в кольцевой зазор между внешней стенкой ампулы и картонной коробкой засыпают взрывчатое вещество в виде гранул и свободное пространство между гранулами из взрывчатого вещества заполняют водным раствором селитры. На верхнюю крышку устанавливают прокладку, на которой располагают промежуточную таблетку из взрывчатого вещества и детонатор. Инициируют детонацию заряда взрывчатого вещества, после ударного сжатия вскрывают ампулу, извлекают материал, обработанный ударными волнами, и производят очистку ВНБ от ГНБ известными способами.

П р и м е р 1. Смесь графитоподобного нитрида бора с добавкой CaCl₂: 3H₂O (массовое соотношение 4:1, 20 мас.% добавки) массой 0,5 кг засыпают в ампулу сохранения в зазор между расположенными коаксиально стальными стержнем и трубой. Высота засыпки 600 мм, что составляет объем рабочего пространства 1000 см³. Ампулу помещают в картонную коробку цилиндрической формы с внутренним диаметром 200 мм, в кольцевой зазор между внешней стенкой ампулы и картонной коробкой засыпают гранулами взрывчатое вещество размером 3 мм и заливают свободное пространство между гранулами водным раствором селитры с концентрацией 25 мас.%. Взрывчатое вещество содержит, мас.%: Коллоксилин 56 Нитроглицерин 30 Динитротолуол 7,6 Инертная добавка (мел) 6,4 Затем на верхнюю крышку ампулы устанавливают промежуточную таблетку из взрывчатого вещества и детонатора. После подрыва взрывчатого вещества ампулу вскрывают, извлекают содержимое и осуществляют очистку ВНБ от ГНБ. Выход целевого продукта составляет 72% при степени сохраняемости ампул 90% (из десяти одна не сохранялась).

Другие примеры применения предлагаемого способа и способа прототипа для получения вюрцитоподобного нитрида бора в ампулах с рабочим объемом 1000 см³ приведены в таблице.

Из приведенной таблицы видно, что:
- увеличение содержания во взрывчатом веществе:
коллоксилина - более 59,5 мас.% приводит к снижению сохраняемости ампул;
нитроглицерина - более 36,0 мас.% к снижению сохраняемости ампул;
инертных добавок - более 9,9 мас.% к снижению выхода ВНБ;
- снижение содержания во взрывчатом веществе:
коллоксилина - менее 54,4 мас.% приводит к снижению выхода ВНБ;
нитроглицерина - менее 25,0 мас.% к снижению выхода ВНБ;
динитротолуола - менее 1,5 мас.% к снижению выхода ВНБ;
инертных добавок - менее 6,4 мас.% к снижению сохраняемости ампул;
- увеличение размера гранул взрывчатого вещества более 5 мм приводит к снижению степени сохраняемости ампул;
- уменьшение размера гранул менее 2 мм приводит к снижению давления во фронте ударной волны и соответственно к снижению выхода целевого продукта;
- уменьшение концентрации раствора аммиачной селитры менее 25 мас.% приводит к снижению выхода целевого продукта вследствие уменьшения давления во фронте ударной волны;
- верхний предел концентрации раствора аммиачной селитры определяется ее растворимостью в воде;
- увеличение содержания раствора селитры в смеси с гранулами взрывчатого вещества более 60 мас.% снижает сохраняемость ампул;
- уменьшение содержания раствора селитры менее 40 мас.% снижает выход ВНБ.

Таким образом, изобретение позволяет за счет повышения сохраняемости ампул на 60-70% увеличить абсолютный выход ВНБ.

Использование: получение сверхтвердых материалов. Сущность изобретения: смесь из 70 - 90 мас.% графитоподобного нитрида бора и 10 - 30 мас.% кристаллогидратов галогенидов марганца, щелочноземельных металлов или металлов подгруппы железа засыпают в ампулу, помещают в объем гранулированного до 2 - 5 мм взрывчатого вещества - смеси из 54,4 - 59,5 мас.% коллоксилина, 25,0 - 36,0 мас.% нитроглицерина, 1,5 - 9,1 мас.% динитротолуола и 6,4 - 9,9 мас. % инертной добавки - мела, индустриального масла, дибутилфталата, централита-2 или их смеси. Дополнительно во взрывчатую смесь вводят 40 - 60 мас. % водного раствора аммиачной селитры с концентрацией 25 - 70 мас.%. Заряд взрывают, ампулу вскрывают, извлекают содержимое и очищают вюрцитоподобный нитрид бора от примесей. Выход 60 - 83 мас.%, сохраняемость ампул 65 - 90%. 1 з.п. ф-лы. 1 табл.

1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВЮРЦИТОПОДОБНОГО НИТРИДА БОРА, включающий приготовление смеси из графитоподобного нитрида бора и неорганической добавки, загрузку смеси в ампулу сохранения, размещение ампулы в объеме твердого взрывчатого вещества и воздействие на указанную смесь ударными волнами, генерируемыми детонацией взрывчатого вещества, отличающийся тем, что, с целью повышения экономичности процесса путем увеличения степени сохраняемости ампул, в качестве неорганической добавки используют кристаллогидраты галогенидов металлов из группы, включающей марганец, щелочноземельные металлы или металлы подгруппы железа в количестве 10 - 30 мас.%, в качестве взрывчатого вещества используют смесь из коллоксилина, нитроглицерина, динитротолуола и инертной добавки при соотношении этих компонентов, мас.%:
Коллоксилин - 54,4 - 59,5
Нитроглицерин - 25,0 - 36,0
Динитротолуол - 1,5 - 9,1
Инертная добавка - 6,4 - 9,9
и данную взрывчатую смесь используют в виде гранул размером 2 - 5 мм, а пространство между гранулами заполняют водным раствором аммиачной селитры концентрацией 25 - 70 мас.% в количестве 40 - 60% от массы взрывчатой смеси. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что инертную добавку берут из группы веществ, включающей мел, индустриальное масло, дибутилфталат, централит-2 или их смесь.