[发明专利]爆轰合成纳米金刚石的方法及装置

说明书

技术领域  本发明涉及人工合成纳米金刚石技术，特别是涉及爆轰合成纳米金刚石的方法及装置。

背景技术  现有技术中合成纳米金刚石的方法是在合成装置中创造纳米金刚石产生的特定高温高压条件合成纳米金刚石，如温度为2100摄氏度，压强为5～6兆帕。这种合成纳米金刚石的方法及装置成本高。

发明内容本  发明的目的在于避免上述现有技术的不足之处而提出一种成本低、生产量高的合成纳米金刚石的方法及其装置。

本发明的目的可以通过采用以下技术方案来实现：

设计、使用一种爆轰合成纳米金刚石的方法，利用高能富碳炸药产生的特定高温高压条件将爆轰产生的富余游离碳在瞬间转化为纳米金刚石，包括以下步骤：

①选择高能富碳炸药配方，务必使负氧平衡；

②将所选高能富碳炸药压制、铸造成型；

③将所述成型炸药组装后吊入爆轰釜，并使药柱置于缺氧环境下；

④用起爆器起爆合成纳米金刚石。

本发明的目的还要通过以下技术方案来实现：

设计、制作一种用来合成纳米金刚石的爆轰釜装置，爆轰釜包括上盖、圆桶形的中部以及下盖，上盖和下盖与中部之间借助紧固件连接，能承受爆炸产生的高温高压，上盖中间有堵头，其上有迷宫式进线孔，爆炸控制线通过该进线孔。

同现有技术相比较，本发明的优点在于：

1.本发明利用负氧平衡炸药爆轰产生的特定高温高压，在爆轰的瞬间将炸药爆轰时产生的富余游离碳合成为聚晶纳米金刚石，产生纳米金刚石合成条件的炸药恰好是爆轰合成纳米金刚石的原料，方法简便易行，节省原料，纳米金刚石的得率达炸药用量的9％。

2.炸药在局部隔绝空气的环境下爆炸，能使爆轰产生的游离碳尽少氧化，尽多转化为金刚石。

3.爆轰釜的爆轰噪音仅65分贝，设计合理，安全可靠，不仅可以生产纳米金刚石，而且可以用来爆轰生产其他纳米材料。

4.后处理用酸为常见无机酸，价格便宜，污染处理简便。

5.投资少，一条生产线仅50万元，年产值可达1000万元以上，回报高，易成规模。

附图说明

图1是本发明爆轰合成纳米金刚石的爆轰釜的示意图；

图2是本发明附加爆轰釜16的示意图。

具体实施方式以下结合附图所示之最佳实施例作进一步详述。

一种爆轰合成纳米金刚石的方法，利用高能富碳炸药产生的特定高温高压条件将爆轰产生的富余游离碳在瞬间转化为纳米金刚石，包括以下步骤：

①选择高能富碳炸药配方，务必使负氧平衡；

②将所选高能富碳炸药压制、铸造成型；

③将所述成型炸药组装后吊入爆轰釜，并使药柱置于缺氧环境下；

④用起爆器起爆合成纳米金刚石。

所述高能富碳炸药配方，梯恩梯和黑索今按(30～70)∶(70～30)重量比混合。为了使爆轰产生的游离碳尽少氧化，尽多转化为纳米金刚石，需要炸药在缺氧的局部环境中爆炸。这一目的可以通过三种方法来达到：水套法、水下法和气体法，水套法是指将成型炸药放入盛满水的塑料瓶(水套)中再吊入爆轰釜中爆轰合成，水下法是指在将成型炸药直接吊入水可淹没成型炸药的爆轰釜中爆轰合成。水下法能进一步降低纳米金刚石的粒度。气体法是指将成型炸药放入充满惰性气体的爆轰釜中爆轰合成。所述成型炸药为圆柱形，截面直径为40mm-80mm，高300mm-400mm。

爆轰合成纳米金刚石后，得到的爆轰产物中除纳米金刚石外，还有少量石墨、氢、氮和金属杂质需要祛除，采用硫酸、硝酸、盐酸和氟氢酸等无机酸进行强氧化处理，可以得到纯度大于95％的纳米金刚石。

爆轰釜合成纳米金刚石的原理决定了需要一个密闭、耐高温高压的爆轰釜来实现爆轰合成纳米金刚石。本发明中的爆轰釜包括上盖11、圆桶形的中部12以及下盖13，上盖11和下盖13与中部12之间借助紧固件14连接，能承受爆炸产生的高温高压，上盖11中间有堵头112，其上有迷宫式进线孔，爆炸控制线通过该进线孔。

所述中部12包括上法兰121、上封头122、筒节123、下封头125及下法兰126，上述各部件之间借助高强度焊接连成一体。所述爆轰釜用合金钢制成。爆轰釜1的圆桶形中部12上有卸压阀15，爆轰后爆轰釜内的高压可以通过卸压阀逐渐卸压，所述圆桶形中部12还包括进气阀18，用来向爆轰釜内充入惰性气体。