СПОСОБ ВЗРЫВНОГО СИНТЕЗА АЛМАЗОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1998 года по МПК B01J3/08 B01J3/06 

Настоящее изобретение относится к взрывному синтезу алмазов и может быть использовано для синтез алмазов непосредственно в процессе детонации углеродсодержащего взрывчатого вещества с отрицательным кислородным балансом (ВВ) и дальнейшего разлета продуктов взрыва.

Известен способ синтеза алмазов (Титов В.М., Анисичин В.Ф., Мальков К.Ю. "Исследование процесса синтеза ультрадисперсного алмаза в детонационных волнах", ФГВ, 1989 г. т. 6, N 3, с. 117 - 126 /1/), состоящий в том, что заряд из углеродсодержащего взрывчатого вещества с отрицательным кислородным балансом помещают в инертной газовой среде во взрывной камере и инициируют детонацию. Благодаря тому что на фронте детонационной волны термодинамические параметры отвечают области устойчивости алмаза на фазовой диаграмме углерода, химически свободный углерод, содержащийся в продуктах взрыва, находится в алмазной фазе. Волна разгрузки, сопровождающая детонационную волну, снижает термодинамические параметры углерода до области фазовой диаграммы углерода, в которой устойчива графитная фаза, поэтому при недостаточной скорости охлаждения продуктов детонации, обусловленного их газодинамическим разлетом и перемешиванием с инертным газом часть алмаза графитизируется. Относительно низкий выход алмаза, связанный с недостаточно высокой скоростью охлаждения продуктов детонации, является основным недостатком аналога [1].

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ взрывного синтеза алмазов (Б.А. Выскубенко, В.В. Даниленко, Э. Э. Лин. В. А. Мазанов, Т.В. Серова, В.И. Сухаренко, А.П. Толочко, "Влияние масштабных факторов на размеры и выход алмазов при детонационном синтезе", ФГВ-1992 г., N 2, с. 108 - 109 [2]), выбранный в качестве прототипа, заключающийся в том, что заряд ВВ из состава тротилгексоген помещают в полость сферической взрывной камеры, окружают его инертной газожидкостной средой - водяной оболочкой в водонепроницаемом резервуаре, который окружают инертным газом. Наличие водяной оболочки и инертного газа вокруг заряда ВВ при разлете продуктов детонации способствует быстрому охлаждению и сохранению синтезированного алмаза и повышению его выхода от единичного заряда ВВ. Недостатком аналога является его сложность, связанная с необходимостью установки в камере водонепроницаемой оболочки для удерживания воды вокруг заряда ВВ перед подрывом. Кроме того, наличие фрагментов водонепроницаемой оболочки в конденсированных продуктах детонации усложняет их удаление из камеры и выделение из них алмаза, что, в конечном итоге, снижает производительность данного способа. Недостатком также является относительно высокая нагрузка на стенки камеры при подрыве, что ограничивает массу заряда ВВ в единичном опыте.

Недостатком способа является также его относительная сложность, связанная с необходимостью наличия отдельной системы удаления продуктов взрыва.

Сущность изобретения.

Техническая задача предлагаемого изобретения состоит в повышении производительности способа за счет упрощения процесса подготовки к взрывному синтезу, увеличения массы заряда ВВ в единичном опыта, а следовательно, и выхода алмазов в единичном подрыве.

Технический результат - увеличение производительности и упрощение способа взрывного синтеза алмазов достигается тем, что в известном способе взрывного синтеза алмазов, заключающемся в детонировании заряда ВВ с отрицательным кислородным балансом во взрывной камере высокого давления в газожидкостной охлаждающей среде, удалении из взрывной камеры полученной алмазной шихты и выделении алмаза, новым является то, что газожидкостную среду создают перед подрывом заряда ВВ путем распыливания во взрывной камере в продуктах взрыва против направления действия сил тяжести охлаждающей жидкости.

Удаление полученной алмазной шихты осуществляют в смеси с охлаждающей жидкостью путем вытеснения продуктами взрыва либо воздухом.

В известном устройстве, включающем взрывную камеру с помещенным в ее центре зарядом ВВ, систему ввода заряда ВВ, систему инициирования заряда ВВ и систему удаления продуктов взрыва, отличительным является то, что устройство содержит систему подачи охлаждающей жидкости, которая содержит центробежную форсунку, установленную в донной части взрывной камеры.

Система удаления продуктов взрыва подключена с помощью переключающего устройства к форсунке системы подачи охлаждающей жидкости.

Создание во взрывной камере газожидкостной охлаждающей среды перед подрывом заряда ВВ путем распыливания охлаждающей жидкости против направления действия сил тяжести позволяет увеличить массу взвешенной в объеме камеры жидкости по сравнению с распыливанием в направлении действия сил тяжести, так как время нахождения единичной капли жидкости складывается из времени ее движения против направления действия сил тяжести и времени свободного падения капли от верхней точки траектории до дна камеры. Подрыв заряда ВВ в подготовленной равномерно по объему газокапельной среде улучшает процесс охлаждения продуктов детонации, что увеличивает выход алмазов, а также снижает нагрузку на стенку камеры, что позволяет увеличить массу заряда ВВ в опыте.

Упрощение способа, увеличение выхода алмазов в единичном опыте с возможностью увеличения заряда ВВ позволяет увеличить производительность способа в целом.

Экспериментально установлено, что масса единичного заряда ВВ связана с массой взвешиваемой в объеме камеры жидкости соотношением , где m_ВВ - масса единичного заряда ВВ; m_ж - масса взвешенной жидкости; L_ВВ, q_ж - теплота взрыва и теплота парообразования жидкости. Из соотношения видно, что увеличение массы жидкости позволяет пропорционально увеличить массу заряда ВВ. Распыливание жидкости против направления действия сил тяжести возможно при подключении системы подачи жидкости к донной части камеры, что позволяет осуществлять удаление конденсированных продуктов взрыва в смеси с охлаждающей жидкостью через элементы системы подачи жидкости путем вытеснения давлением продуктов взрыва. Использование для удаления продуктов взрыва элементов системы подачи охлаждающей жидкости существенно упрощает конструкцию установки и ее эксплуатацию, так как не требует дополнительной арматуры и ее подсоединения к камере, что позволяет не вносить к тому же дополнительных ослаблений в корпусе взрывной камеры.

В устройстве отличительные признаки способа реализуются путем подключения системы подачи охлаждающей жидкости к донной части взрывной камеры, установления распыливающего элемента системы - центробежной форсунки в донной части корпуса взрывной камеры и подсоединении системы удаления конденсированных продуктов взрыва с помощью переключающего устройства к системе подачи жидкости.

Таким образом, применение заявленного изобретения позволит увеличить производительность способа взрывного синтеза алмазов за счет увеличения массы заряда ВВ в единичном опыте и упростить способ за счет использования имеющейся системы подачи охлаждающей жидкости для удаления конденсированных продуктов взрыва.

Заявленный способ и устройство поясняются чертежом, где цифрами обозначены: 1 - взрывная камера; 2 - заряд ВВ с капсюлем - детонатором 3; 4 - загрузочный люк системы ввода заряда ВВ; 5 - система вода в камеру охлаждающей жидкости; 6 - центробежная форсунка; 7 - система удаления конденсированных продуктов взрыва с накопительной емкостью 8; 9 - переключающее устройство; 10 - система вытеснения; 11, 12 - отсечной клапан; 13 - 15 - вентиль.

Заявляемый способ и устройство работают следующим образом. Через люк 4 системы ввода заряда ВВ устанавливают заряд 2 с капсюлем-детонатором 3 в центре взрывной камеры 1, заполненной продуктами предыдущего взрыва заряда ВВ. Закрывают люк 4 и герметизируют камеру 1. От системы 5 через переключающее устройство 9 и центробежную форсунку 6 подают во взрывную камеру 1 охлаждающую жидкость, например воду. Секундный расход воды выбирают таким, что в момент подрыва заряда в объеме камеры в газожидкостной среде масса жидкости составляет , где m_ж - масса взвешенной воды, m_ВВ - масса заряда ВВ, L_ВВ, q_ж - теплота взрыва и парообразования воды. Масса допускаемого заряда ВВ при этом составляет . С помощью капсюля-детонатора 3 инициируют в заряде ВВ детонацию. После затухания в камере ударных волн закрытием клапан 12 прекращают подачу охлаждающей жидкости. С помощью переключающего устройства 9 и отсечного клапана 11 путем вытеснения газообразными продуктами взрыва смесь осевших на дно камеры 1 конденсированных продуктов взрыва с жидкостью удаляют из взрывной камеры в накопительную емкость 8 системы 7. Закрывают отсечной клапан 11. Избыточное давление газообразных продуктов взрыва во взрывной камере 1 стравливают в атмосферу через вентиль 13. Далее все описанные выше операции повторяют несколько раз до полного наполнения накопительной емкости 8 смесью конденсированных продуктов детонации с жидкостью. После наполнения накопительной емкости 8 закрывают отсечной клапан 11 и вентиль 14. Далее смесь с помощью системы вытеснения 10 через вентиль 15 направляют в устройство для отделения жидкости, выделения и сертификации полученного алмаза. Жидкость после отделения направляется для повторного использования.

На предприятии экспериментально показана возможность осуществления предлагаемого способа. В сферическую камеру с внутренним объемом 17 м³, заполненную продуктами предварительного взрыва заряда ВВ, помещался заряд ВВ состава ТГ 50/50. Через центробежную форсунку в камеру подавалась вода. В каждый момент времени в объеме камеры в газожидкостной среде находилось около 10 кг вода. Снижение расхода охлаждающей воды сопровождалось уменьшением выхода алмаза в единичном опыте при неизменной массе заряда ВВ. Установка центробежной форсунки в донной части камеры позволяет при неизменном расходе охлаждающей воды более чем в 2 раза увеличить массу взвешенной в камере жидкости и тем самым увеличить массу заряда ВВ без снижения выхода алмаза в единичном опыте.

После серии опытов содержание алмазов в конденсированных продуктах взрыва составило 75%, а выход алмазов от массы ВВ превышал 9%. Экспериментальная проверка показала, что допускаемая масса заряда ВВ в единичном опыте может быть увеличена по сравнению с прототипом примерно в 2 раза, что позволяет увеличить производительность способа в целом. Присоединение системы подачи охлаждающей жидкости к донной части взрывной камеры дает возможность ее использования для удаления продуктов взрыва путем вытеснения, что упрощает способ.

Проведенная экспериментальная проверка предлагаемого способа показала, что его применение позволит упростить способ и увеличить его производительность.

Использование: взрывной синтез алмазов, может быть применен для синтеза ультрадисперсных алмазов непосредственно в процессе детонации углеродсодержащего взрывчатого вещества во взрывной камере. Сущность: способ взрывного синтеза алмазов, основанный на детонировании во взрывной камере высокого давления и в газожидкостной охлаждающей среде заряда взрывчатого вещества с отрицательным кислородным балансом, удалении из взрывной камеры полученной алмазной шихты и выделении алмаза, заключается в том, что газожидкостную среду создают перед подрывом и после подрыва заряда взрывчатого вещества путем распыливания во взрывной камере в продуктах взрыва против направления действия сил тяжести охлаждающей жидкости. Удаление полученной алмазной шихты осуществляют в смеси с охлаждающей жидкостью путем вытеснения продуктами взрыва. Устройство для осуществления способа, содержащее взрывную камеру с помещенным в ее центре зарядом взрывчатого вещества, систему ввода заряда взрывчатого вещества, систему инициирования заряда, систему подачи во взрывную камеру охлаждающей жидкости, систему удаления продуктов взрыва. Система подачи охлаждающей жидкости содержит центробежную форсунку, установленную в донной части взрывной камеры. Система удаления продуктов взрыва подключена с помощью переключающего устройства к системе подачи охлаждающей жидкости. 2 с.и 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ взрывного синтеза алмазов, включающий детонирование взрывчатого вещества с отрицательным кислородным балансом во взрывной камере высокого давления в газожидкостной охлаждающей среде, создаваемой путем распыливания во взрывной камере в продуктах взрыва охлаждающей жидкости, удаление из взрывной камеры полученной алмазной шихты и выделение алмаза, отличающийся тем, что распыливание проводят перед подрывом и после подрыва заряда взрывчатого вещества против направления действия сил тяжести охлаждающей жидкости. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что удаление полученной алмазной шихты осуществляют в смеси с охлаждающей жидкостью путем вытеснения продуктами взрыва. 3. Устройство для взрывного синтеза алмазов, содержащее взрывную камеру с помещенным в ее центре зарядом взрывчатого вещества, систему ввода заряда взрывчатого вещества, систему подачи во взрывную камеру охлаждающей жидкости и систему удаления продуктов взрыва, отличающееся тем, что система подачи охлаждающей жидкости содержит центробежную форсунку, установленную в донной части взрывной камеры. 4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что система удаления конденсированных продуктов взрыва подключена с помощью переключающего устройства к системе подачи охлаждающей жидкости.