Кафедра химии и физики высоких давлений
Синтез алмазов
Работы по синтезу искусственных алмазов, по
предложению Л.Ф. Верещагина возглавил Я.А.
Калашников (в 1957 году защитил кандидатскую
диссертацию "Газы при высоких давлениях"),
который с 1958 года работал в должности доцента. В
дальнейшем по темам, связанным с синтезом
сверхтвердых материалов, было защищено более 15
кандидатских диссертаций, а Я.А. Калашниковым в
1978 г. защищена диссертация доктора химических
наук.
Синтез искусственных алмазов был впервые
осуществлен в 1953 г. в Швеции и США, и в 1959 г. в СССР.
Однако, получаемые в те времена кристаллы алмаза
могли быть использованы лишь в качестве
абразивного материала поскольку размеры
отдельных кристаллов не превышали 0,8 мм и имели
невысокую механическую прочность. Синтез
крупных монокристаллов алмаза, который был
реализован много позднее, сопряжен с большими
сложностями технического и экономического
характера. В этом отношении наиболее
перспективной для технического применения
является шаровидная (диаметром 6-7 мм)
лучисто-радиальная форма алмаза или баллас,
которая обладает прочностью даже более высокой,
чем монокристаллы алмаза и наиболее проста в
получении.
Вследствие этого основные усилия научного
коллектива были направлены на синтез этой
модификации, которая и была в 1963 году впервые в
мире получена на кафедре Физики и химии высоких
давлений. В результате "алмазная" тематика
получила мощный импульс для развития и
продолжает развиваться как в работах других
институтов, так и в работах кафедры. Основной
вклад в экспериментальные исследования по
синтезу балласа внесли выпускники факультета
Е.М. Фекличев и И.В. Никольская, защитившие по этой
проблеме кандидатские диссертации, и И.С.
Сухушина ныне сотрудник кафедры физической
химии.
Сразу же после успешного синтеза алмазов типа
баллас началось их внедрение в промышленность на
Московском комбинате твердых сплавов,
Украинском институте сверхтвердых материалов и
Полтавском заводе искусственных алмазов.
Испытание синтетических балласов в буровой
технике показало их высокую эффективность при
проходке скважин в разнообразных грунтах, но
особенно широко синтетический баллас
применяется сейчас для изготовления волок в
производстве проволоки. Эту работу кафедра
проводила совместно с Московским заводом
электровакуумных приборов и Ленинградским
заводом ВНИИАШ. На стадии внедрения большую
практическую помощь оказали сотрудники других
организаций, такие как М.Д. Шалимов, Г.Д. Дроздов и
К.П. Бурдина (в то время сотрудник Института
физики высоких давлений АН СССР)
Наряду с отработкой методов синтеза алмазов
проводились исследования физико-химических
свойств получаемых веществ и изучение механизма
их синтеза. Последний вопрос представляет
наибольший научный интерес и в полном объеме
остается не решенным и по сегодняшний день.
В настоящее время существует три основных
варианта рассмотрения механизма образования
алмаза - наиболее простой, описывающий кристаллизацию
алмаза из расплава графита в РТ области
стабильности алмаза (> 100 кбар ~ 2000оС) и два
дискуссионных варианта - кристаллизация алмаза
из раствора графита в металле -
"катализаторе" и - фазовый переход графита в
алмаз в твердой фазе в присутствии металлов -
"катализаторов". Оба последних процесса
протекают в более мягких условиях (40-60 кбар, 1400-1600оС)
по сравнению с "прямым" фазовым переходом.
Исследования механизма алмазообразования по
дискуссионным вариантам, проведенные на кафедре,
показали их равновероятность. Реализация на
практике того или иного механизма будет
определяться природой углеродсодержащего сырья
(например, его склонностью к графитизации), или
природой металла катализатора, например,
способностью к карбидообразованию и
устойчивостью карбидных форм в РТ области
синтеза алмаза или какими-либо другими
причинами.
|