Project


Industrial Diamonds
#0030


General Information  

Full Title
Physics of controlling pulse technology for diamond synthesis and compaction.

Tech Area / Field
  • MAT-SYN: Materials / Materials Synthesis and Processing

Status
1 2 3 4 5 6 7 8
 Project completed

Registration date
1993

Senior Project Manager
Urezchenko V M

Leading Institute
NPP Ballistic Technologies

Supporting institutes

Collaborators
  • Los-Alamos National Laboratory

Project Summary  

The shockless dynamic technology of diamond and diamond-like materials synthesis is under consideration. In a usual dynamic technology the pressure, needed for the diamond synthesis, is obtained at the front of the shock wave, in which high pressure is inevitably accompanied by high temperature. Thus one is forced to use a cooler to prevent the diamond graphitization, which greatly reduce the efficiency of synthesis: in the common case of the cast iron, where the iron is a cooler for the carbon granules, there is only 3-4% of carbon, half of which can be transferred to diamond. The invention of the shockless technology allows one to compress a pure diamond without a cooler, and to increase the diamond output from 2% to 50%.

Our aims are:

• To find the optimal regime of carbon compression, i.e. the optimal temporal pressure profile, using the exhaustive experiments on laser-compressed targets.

• To invent the economically compatible technology of its realization (i.e. the explosive-driven acceleration of pusher, or its acceleration in high-pressure ballistic tube).

The latter technology implies:
• The construction of the target, which allows to obtain the optimal pressure profile in the carbon target.
• The construction of pusher and requirements on its speed.

There exists an industrial technology of cheap microscopic diamonds synthesis from the explosive materials in high-pressure chambers. Au additional application of the invented technology is to conglomerate these 100-200 A diamonds to large-scale polycrystals during the impact of accelerated pusher onto the diamond powder containing capsules.

Предлагается импульсная технология синтеза и компактификации алмазов и алмазоподобных материалов. В обычной импульсной технологии давление, необходимое для синтеза алмазов, достигается с помощью ударных волн, что с неизбежностью влечет за собой нежелательный нагрев синтезируемых веществ. В результате, приходится использовать смесь синтезируемых веществ с наполнителем-охладителем, что резко снижает эффективность синтеза. Например, часто используемый в качестве композитного материала чугун содержит лишь 3-4% углерода. Предлагаемая технология исключает образование сильных ударных волн и позволит обойтись без охладителя, что может дать выигрыш в 25-30 раз.

Цели проекта таковы:

• Найти оптимальный режим сжатия графита, т.е. временной профиль приложенного к нему давления, проверенный в массовых экспериментах на лазерных мишенях.

• Предложить конкурентоспособную технологию промышленного производства алмазов данным методом (используя разгон вещества с помощью взрывчатки или баллистическими методами).

Последнее предполагает:
• Разработку мишени, осуществляющей при ударе нужный профиль давления в графите.
• Конструирование поршня и схемы его ускорения.

Наиболее дешевая технология производства алмазов - при детонации взрывчатки в камерах высокого давления. Эти алмазы размером 100-200 А, однако, слишком малы для многих приложений. В качестве побочного применения предлагаемой технологии мы рассматриваем возможность компактификации этих алмазов в макроскопические поликристаллические заготовки.