ИЗМЕНЕНИЕ СООТНОШЕНИЯ Mn/Ni В КРИСТАЛЛАХ АЛМАЗА В

ИЗМЕНЕНИЕ СООТНОШЕНИЯ Mn/Ni В КРИСТАЛЛАХ АЛМАЗА В ПРОЦЕССЕ
СПОНТАННОГО СИНТЕЗА В СИСТЕМЕ Mn-Ni-C
Дутов А.Г., Шипило В.Б., Комар В.А. Шипило Н.В.
ИФТТП НАНБ, г.Минск, ул.П.Бровки, 17
При спонтанном синтезе алмазов с использованием металлов-растворителей, который
сегодня является основным методом получения алмазных порошков в промышленности, в
кристаллах всегда содержится некоторое количество этих металлов, что оказывает заметное
влияние на физико-механические параметры синтезируемых кристаллов. Но содержание
металлов-растворителей, их уровень, изменение их исходного соотношения - это все
результат сложных физических процессов протекающих в реакционной ячейке в процессе
спонтанного синтеза, отражающих характер взаимодействия металлов с углеродом графита и
поэтому представляет большой интерес как с чисто научной, так и с практической точки
зрения.
Синтез алмазов осуществлялся в твердосплавной камере высокого давления при
следующих условиях: давлении 5,5 ГПа и температуре 1620 К в течении 30-150 с, которые
создавались в доломитовых контейнерах.
Исследовалось содержание как основных (Mn,Ni), так и дополнительно вносимых в
процессе синтеза примесных элементов, а так же изменение соотношения Mn/Ni в
кристаллах алмазных порошков синтезированных в системе Mn-Ni-C и Mn-Ni-C-добавка, где
в качестве добавки использовались как отдельные элементы (Cu, Ni, Ti), так и некоторые
соединения (SiC). Содержание примесных элементов в кристаллах определялось с
использованием методов нейтронно-активационного и рентгенофлюоресцентного анализа.
Было установлено, что концентрация Mn и Ni во включениях кристаллов, в процессе
синтеза, меняется в довольно широких пределах, от 0,70 до 3,20. При этом общий уровень
содержания металлов, и соотношение Mn/Ni в кристаллах, для большинства исследованных
образцов, выше на начальных этапах синтеза (до 60 секунд), в процессе перехода графита в
алмаз и начальной фазе роста кристаллов, когда скорость роста очень высока. Необходимо
отметить, что состав включений у кристаллов различных размеров различается весьма
существенно. В дальнейшем, в ходе роста и перекристаллизации алмазов, атомы металлов
активно участвуют в этих процессах, поддерживая или противодействуя росту кристаллов. В
частности, электроны из реакции Mn2+ ↔ Mn3+ + е- в качестве доноров могут стимулировать
образование алмазных связей, сдвигая процесс вправо. Одновременно ионы никеля и
двухвалентные ионы Mn2+ начнут оттеснятся от растущих граней кристаллов, поскольку
вблизи грани начнет расти концентрация Mn3+ (0,66Å), размеры которых меньше ионов Ni2+
(0,72Å) и Mn2+ (0,80Å). Отношение Mn/Ni возрастает, стабилизируя избыточное давление
грани на расплав. Захват кристаллами расплава такого состава четко фиксирует этот
процесс. Введение в расплав различного рода добавок, как в виде чистых металлов, так и их
соединений, заметно влияет на процессы, протекающие в процессе синтеза. Например,
введение SiC не только замедляет синтез алмазов, но и значительно увеличивает в них
содержание примесных элементов, в первую очередь Mn и Ni. При этом общая масса
металлов во включениях возрастает пропорционально возрастанию добавки SiC, но
содержание Ni растет быстрее, чем Mn. Показано, что на более поздних этапах, в ходе
перекристаллизации и преобладания диффузионного процесса роста, имеет место частичное
очищение кристаллов от металлических примесей и, одновременно, установление
соотношения Mn/Ni близкого к исходному (1,5), заложенному в шихте.