Численное исследование процесса синтеза алмаза из конденсированных взрывчатых веществ тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.14 ВАК РФ

КРАСНОЯРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

РГ6 од

О !":)Н Ь; :

i п ім '- ! ! • • На правах рукописи

САВУШШШ Анатолий Юрьевич

ЧИСЛЕННОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА СИНТЕЗА АЛМАЗА ИЗ КОНДЕНСИРОВАННЫХ ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ.

01.0-J.M - теплофизика и молскударим фшика

ДНСССрТаДТК! IU СОІКІСЯШС J4ÍHCH CTCnCIfS»

тклт'ітл г<*'«2;:!»-м^тсі::п!;чссі;ііх нзук

Красноярск 1996

Работа выполнена в Красноярском государственном техническом утіверсптетс

Научные руководители -

Официальные оппоненты -

доктор физико-математических наук

профессор Ставер А.М.

кандидат физико-математических наук Лямкпн А.И.

доктор физико-математических наук профессор Быков В.И.

доктор физико-математических наук Кошур В.Д.

Ведущая организация -

Вычислительный центр СО РАН (г. Красноярск)

Защита диссертации состоится 28 шоия 1996 г. в 13 часов на заседании диссертационного совета Д 064.54.С2 при Красноярском государственном техническом университете по адресу: Красноярск, уд. Киреиского, 26, ауд. Г 5-22.

С диссертацией можно ознакомиться государственного технического университета. Автор гф ер.гг раз о сл аі \2&шя 1996 года.

в библиотеке Красноярского

Отзыв на автореферат в 2-х экземплярах, заверенных гербовой печатью организации, просим направлять в адрес диссертационного соя ста.

Ученый секретарь диссертационного совета, .

кандидат технических наук, доцент

Сильчешсо П.Н.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актудлытоп. течи. В наследит; десятилетия большое внимание отечественных нсследомъмей, суди по публикациям в научной литерат))>е, привлекает проблема детонационного синтеза, к перьую о череді, алмаза1. П общем тале это сЗусчог.-чено становлением нового метола сиигеза зради-пионмых материалов, а 5 пергаеіаиьс і; согеріисішо :к>п!.;.х, с гвл.океоиич-нмч свойств. Сиигез .і ім.із.ч служит модальным объектом 1!, креме того, самостоятельно кредстагадет ('■альнюіі практический интерес. Это сшпаио е тем, что і;ште! алмаза ;п }глерод:і а ірі.ьчзагык г.сщеотв (ВВ) технологически просто осуществим: не требуется сло:і->іого в изготовлешш и эксплуатации оборудо.члішч; весьма эффективен - выход алмаза достигает 10 % от массы ВВ. Дополнительно ушікалі.нне свойства детонационного алмаза, обусловленные в первую очередь его 'фозшлчанно манім размере?.!, обещают к дальнейшем широкий спектр БО'І‘іґО'ГІІЇїІК прцменешгі!.

Основополагающий якдадв исследование детонационного синтеза внесли отечественные учение: В.В Дштлспко, К.В. Волков; Л.М. Ставер,

Л.И. Лвмкнн; Р..М. Тіпоп, В.Ф. Лннснчкші, И.Ю. Мальков; Л.П. Ершов,

A.Л. Куперштох; Г.В. Сатоннч, Н.В. Козырев, Е.А. Петров; С.А. Губин,

B.Б. Одинцов, В.І ¡. Пелекив; В.ГІ. Трефилов, Г.Н. Саигпкии и др.

Технологическая сторона лроолеми детонационного синтеза алмаза из

углерода взрывчатых веществ . определение оптимального состава ВВ, оптимальных внешних условий синтеза п выделение алмаза из конденсированных продуктов взрыва - практически решена. Научная сторона проблемы получила меньшее развитие, остались некоторые недостаточно изученные вопросы. Основные вопросы, стоящие перед исследователями: механизм к условия формирования алмаза, а также причины его потерь. Решение данных проблем позволит целенаправленно регулировать характеристики синтезируемого продукта и оптимизационные параметры. Однозначно получить опытным путем ответы на поставленные вопросы весьма трудно из-за сложностей методического характера: образование алмаза происходи г за малые, меньше .микросекунды, времена в узко?}, шириной в несколько миллиметров, пространственной области прїі экстремальных термодинамических условиях -давление несколько сотен килоиар и температура несколько тысяч градусов. Поэтому основой решения поставленных проблем является теоретический и численный анализ.

1 В общем контексте детонационный синтез алмаза включает в себя «нпеэ из углерода СВ і! углерода добавок х ВВ. В настоящей работезгої терміні используется а периом значении.

Цель работы. Численное исследование взрывных процессов конденсированных ВВ: детонации, изэнтропнчеекого и газодинамического расширения продуктов детонации (ПД) и конечного состава продуктом юрыва, с акцептом на вопросы синтеза л сохранения детонационного алмаза.

ІІаучти новизна.

1. Впервые проведено КОМПЛСХСІНІ« 'ШСЛЄІШОЄ ІІСіЛСД0даіїИ5 ВЗрЫвНЫХ процессов конденсированных ВВ; расчет гшрамегров дезонашш її состава ПД, расчет изэнтропнчеекого расширения ПД, расчсг химического состава Г)Д при газодинамическом течении, расчет конечных проектов взрыва; .

2. Разработан метод определения термодинамических функций кондси-енрозашшх сред (среды Мн-Гркшанзеш). С его помощью рассчитана фезоваі диаграмма углерода;

3. Создано нолуэширическое широкодіпшязоішое уравнение состояния газообразных продуктов детонаїіии.

Апробації:! работы. Основные положения диссертационной раСіош докладывались и обсуждались на Межотраслевом совещании “Ультрадиспсрсіше порошки - получение, свойства, применение” (Вийск. 1986),.на V Всесоюзном соаещашш по детонации (Красноярск, 1991), на II Международной конференции по нанотехнологиям НАНО-І1 (Москва, 1993), па Международной научно-технической конференції« “Проблемы обеспечения качества изделий в каышюстроенин” (Красноярск, 1994), на Международном рабочем совещании “Ноиие моделі! И численные схемы ударно-ьолиовых' Ііроцсссов В КОНДШСИ-ровашшх средах” (Санкт-Петербург, 1995). По результатам исследований опубликовано 9 печатных работ и сделан 1 отчет.

Практическая цештсть. Разработан метод определения термодинамически функций конденсированных веществ (среды Ми-Грюнаизена) и создано пояузыпиричссхое шарокодианазонное уравнение состояния газа.’ Последние могут быть использованы в фундаментальных и прикладных вопросах-физики гыесхих давлений. ■

Создал пакет программ, с помощью которых рассчитываются: термодинамические параметры детонации п состав ПД, нзэнтропцческое и газодинамическое расширение ПД и состав конечных продуктов взрыва, включая конденсированные. Комплексные расчеты позволяют прогнозировать результат детонационного синтеза алмаза из широкого класса углеродосодержаших ВВ. Результаты работы положены в основу созданной опытно-промышленной технологии синтеза ультрадисперсного алмаза. , . .

, Объем диссертации к се структура. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных результатов и выводов, содержит 129 страниц, включая 21 рисунок, 11 таблиц и список литературы из 113 наименован!»'!.

ОСНОВ! ІОЕ СОДЄРЇКДНИЕ РАБОТЫ

с

fr

г

2

£í r,

Ічі С

'■—' "

Oj4 С

К—

>•

-h о

«> L

>-—• 'Г

С ^ !

:f \

ÎI

Й

с.

t_

§•

&

CD ^ s

ç

£■

ri

=;

1. Определение параметра Грмнямпш у (К).

Известную сложность предстаал:!гг сабой определение функционального вида параметра ГркшаГпена, являющегося фундаментальной харшлчфпегйкой вешестоа. В этой связи рассматривались дае приближенные зависимости у (У): эмпирическая зависимость -

L-h

У ~ У) ’ -

где Vo *• У* значения параметра ГрлншГпен» и объема г. упорной точке соответственно; » зависимость, 5шля101цаяся обойиктчоЛ фирмой соотношений Слейтера-Ландау, Дутдала-Мак-Дональда ч ЗуСарсна-Ващспко -1 ¿Ц(АК’)'.К^] 2

7"~2 d\nV ~3 '

В последней загиснлостз! параметр \ трактуется как характеристика вещества. Его значение находится из услсапя соогвотстьил параметра Гргонайзепа » опорнойточкетермодинамическому значению у0.

2. OnPiieJHV.llS CfiCJIlWlt итлшцюш} р,(У). '

Для описания тэагрепи р,(У) нснояьзозалоа, термическое уравнение состояния, предложенное Внпета а др. - .

А(Г)= Зйь (1 - л-)] , л- = (%)'3,

где Д0 ит] - параметры уразнешш. Уравнение имеет ушьзерсальный характер и в шгрохом диапазоне даьлешш воспронззодпт изотермы конденсированных сгздсста. Входящие в уравнение нзэнтропы параметры определялись из требования за соответствия известным термическим коэффициентам и условия наштуошето ¡вошронззодствз ударной адиабаты вещества.

3. Оарйдеяагм фу акции /,(*), _

Прн нормировке Qiyt) - Т0 , где Г, температура в опорной точке, фушадш /Дл) ездзана с энтропией S, которая также как и первая является функцией комбинации соотношением'

дав-^5,+}ад^.

1-до S0 - энтропия а опорной Точке. В данном методе непосредственно ищется знтролнх S(x). Oita находится s результате решения ураанмшя нулевой шобары относительно объема У- .

О,

где £а(Т) - nnyipmm эиерпщ стандартного состояши, и сопсстаслгшы

¡¡уикцин с энтропией стамдч[>тиого состоянии Л,г(Т) -

I .*)(>:) -- .

Таким обргисм, дча елредхимм свободной энергии Г(Т,и) г/-ш,П8.1 чостаточпо знания его ¡-дгрпоЛ адгтбаш и од ной тг'н<ед1:.ч::".'-:':ес;;он ьт-цин стаидартнсго состочни», »»пример, приведенной эгерган ГийРсз.

Ркс. I. Фззовач диаграмма уг.-ерода (сплошныелинии !-3поФ. Бандн; пунктирине Г-3’ -расчет).

1,1'- линия рапиопеекя 1раф:гг-злмяч; 2, 2' - гшкя пяадаенпя графита;

3. 3‘ - диккя !кгп,7^!:.'и алмаза.

Иллюстрацией. данного спсссб.г. служит расчет фазовой диаграммы углерода (рис. 1). На основании имеющихся я литературе данных определена свободная энергия Г(Т,V) графита и алмззд и рассчитана гпншя ргзнойссия графит-алмаз. Из-за отсутствия необходимых дзштмх для каткого углерода кривая плявлеяня графита и алмаза раеечипптась на оспопс соотношения Янтгдскпна - . .

7; =С'1^-0!,

где 7^ - тс'-тператург плт.вяения, С - хонстагга. Соотагтствующее температуре плавления. Г,, давление />,„ изходияосып соотношения (I).

Шяряклчиэплэогшооурзгпен^й состоянии геза. ,

Из потгого гыдеяязась составляющая ру(Г), обусловленная

пзтевдвдпьиьил агвпмо/рПсюкем :гояекул з мгхшшчесхн равновесном поло-жгмт (предполагалась плотная угкиимка). Уравнение состояния искалось а доегато'шо общем айда -

При ;шилшг уравнения (3) нснош.давапгя с ти нной потенциал мснгмолс-КуЛЯрИОГО взаимодействия ,;~Нг- В П}>ибЛ11Я;С1И111 ИРНОГО МДНЫОДСЙСПШЯ

А

с;,¡у соомешвуег упругое ддошшс Р., -—у — . Стоила пажшмры и„ и к

у" Л ■

связаны ссотиошенисм -

) \ч^

гд; Лд - число Авогядро, гу - раелогссиос расстояние между молекулами соответствующей пар!.!, г0 - расстояние между шседншш молекулами при КуСн'Н'СКЫ! упаковке И неизменном уДСЛиНОА! оС-ьемс.

При нпзкшс илошотх гша урэдиспие (3) должно сводиться к пирпаль-иому уравнению состоянии -

р1' , В

ПТГ +у+""

✓ 3

для выбранного потенциала й = Л’г,-~-Г 1- — |ч-~М , где Г-гпмма-

3 V п) \к1)

функция. Г1рк высоких шюпюстях уравнение (3) должно сводшьм к /сорян-чески обоснованному урзвношо (разповндносш уравнения Мл) •

(х п\11Т

Эти требования выполняются когда фО’) Имеет вид -

*• з

1-х Кр,

п когда фушщ;и 90(Л‘), являясь гаадюк, принимает ли границах области

своего олредетгшш значешы еооттстпешю <ри{0) = I, <¡>,(1) = и имеет

^роизьодную <?'о(0)-а, значешгеосоторои будет раскрыто ниже.

Дальнейшее уточнение вида урашеШш (3) связывалось с возможностью аппроксимации функции ф,(л') полиномом гторои степени. Для случая степенного межмолекуларного потенциала уравнение состояния приобретает кпд -

рУ 1+а.у+Ьхг

■”ЙГ-

КТ ' 1-л- ’ Кр<

в котором параметры в и Ь связаны с характеристиками мсжлолскуляриого

взаимодействия следующими Соотношениям!! -

г/■---гА -.

.5 V н! \iitU 2и

Данное з'рдр.иеиис ссгголния обобщалось из случай яозгицилла сил от-ТйПК«За1ШЯ, ОШИ'ШОГО ОТ ИСЛСШСОГО, мзеделием ЗффеКПШЮГО ПОКЭЗЭГСЛ7 -, . , ^ г/ (П /'.

1/(1'} := - 3 —.э-.■- .

(/1п V

При пысэкои плотностл глз> смещение молекул от положения р.згчюлеснл пев ¿'НТО, поэтому поглслн::'; “чувсгпуюг” го;;:,ка огр-'чн'ченшлп участок 1Ю1СПЦНЛЛ!,ПОН функции, КОТОрМН 14.1.ССГ быть аппрокснмироаан СГене.'ЦШЙ функцией. При 11ИШЙ (ЧИННОСТИ Д.ч:-Л 1 ЮДеНСТ:1у:ОШ:1Я УСТЯ!, потенциальной футаяш мол: л- (и т. э.ц-д е азмтела я 'чч.ткпимч сзопгнным потенциало'.».

• . Для случил сичзпнюго упругого д.-шлети», пезашипмо ох вида функтш

ф(.у) п уриилсшш состояния (3), 1:||>г|ччп{?,ч энергия нмеег ПИД -

Е - Г"(Г) +-■ (рУ - Ш'Г) , я

где £°(Г) - 1шут])с1:!!1'я зжргич сгасортаого состочпнз, Прчг.едеиное чыра-женил получено с лоче.шыо твеагых т.'рглодинлмчческнх; еоотдотеннй. Для опргделелнЛ парз.чяроз к а 'к досточчо данник но ударному еллтно. Так как упругое даллеин; сслплллйг Со.чыиую чиег1, обкгах) долгим, можно построить сходяпшДи ¡традчонпий процессопределения трзметроя.

П проц.-;«и деточацчлилого синтеза алмаза мо;чио «ыделчзь трл осчсл-ние стадии: дсз^г/щнони&с нревр.идпше игаодиого СИ, расширение ПД и их взппмпдсПстьмс, мелгочзя химическое, с окружающим глзом.-Численное нссле-дешзинг этих стадии езстлв.ллст содсрхсанпе слеау;а;д«х глаз работы.

Уъ'рМОДПаЧМЦЧССЮЮ НарЗМСТри ДСТ01К11ДО1 И СОСТЯ!« ПД ’ Численное изучение дегояаиии кондечелро лмгнш ТШ осног.ачо' на соотношениях классической теории деголацкм -

С “ с»' ~^(.Р +/’.))(«?'-у) = 0 .

П ~ шЬ и,,.

• У о5 — о

где .д, х)в,£» - дзыигше, удсашшг?} о пьем и уделит* киузришчл зиергш» »сходного ПВ; р, и, с - давление, удел(л:!лГ: объем ¡: удедьпзя заутренняя энергия ПД; О - -скорость «ормьляюЯ дчтенацпн. Последнее соотношение иыражает содержание пришла отбора Чепмсиа-Жуге. Злммказот систему

>рашшшя мимического рзвішйг'.'ия. В расчетах ата описания газовой фазы ГІД применялось уравнение BKV-

!)] < j'í \ , , P c

-■ /(.х)-=1 + .ї<г‘ , дг~—---— ,

Р>‘ l/s(7'+0)

где а, р, к, 0 - параметры; У - мольный объем таза; к - ковояіом: к = ; х,

. í

- мольная до;!?, í-ro газового компонент, Ж; - его коволюм, Параметры уравнения іісполілоі.алііа. со значениями «=0.5, р=0.176, к-U.S, 0=1410. Для термодинамического описания конденсированного углерода (ІСУ) использовались соответствующие функции графита и алмаза. -

Некоторые результат расчетов приведены в табл. 1, табл. 2 и ла рис. 2 и рис. 3.

Первые данные о синтезе алмаза из углерода ВВ помились в печати в ÍPó'4r. (A.M. Сгявер). На осноцакш экспериментов по исследовангио дифференциалы,ой электропроводности ПД было выдвинуто предположение об образовании ллолюй і]шзіл углерода (алмаза) в детонационной волне. Это предположение позднее нашло дополнительное обоснование (В.М. Титов). Об образовании алмаза в зоне химреакцнн свидетельствуют также издок(ы) «а зависимости í*(p4) тротила, ТГ 50/50 и др. ВВ (С.В. Першнн). Синтез алмаза їй ТГ не является исключением, образуется он и из другого угясродо-содержашсго сырья (ЗВ, ВВ с добавками). С .позиций термодинаміки практически «з любого ВБ типа C-H-N-0 с отрицательный кислородным балансом можно получить алмаз (си. рпе. 2), Длл перспективного с згой точки зрения тротила конечны;! выход алмаза на порядок меньше расчетного в плоскості! Жуге (2.S % и 26 %), заметно бяажг эта значення для ТГ 50/50 (акала 10% и 16 %) и снова на порядок, запс для тротила, различаются для гедсоги» (0.6 % н 6 %). Для объяснения данной' захономсриоспі рядом исследователей было выдвинуто предположение, согласно которому алмаз образуется нз входящей в моле.:улу тротила хс.ч;п::гхцоп группы атомов углерода (бензольное кольцо), а гексоген яьлястс:; ■ своеобразным прессом. Методом меченых атомоз (независимо В.М. Титов г. Г.В. Саковпч) установлено, что г. образовании ал:.;азз из ТГ н ТО (тротнд-октоген) равновероятно участвуй! все углеродные аго.-ш .молекулы тротила. Из этих работ следует, что в алмаз переходит углеродных атомов гексогена в случае ТГ 50/50 в ~ 2 раза больше, чем это наблюдается а опыта:? с одним гексагеном. . ,

Непропорциональна мпдіін выход алмаза из гексогена можно обменить потерям« при расширив«! ГІД (см. следующий раздел). Первое и единственное известное автору развернутое объяснение малого вьпоца ялмзза ш тротя.'»»

было дано В !Пепепшим и др., Пололетие липни p;i:if ooi ctf.7 п^афн.'-алмач, согласно упомянутым авторам, залнепт от размер;', «истиц н дл? днеп;рсиого cocíошшя смещааея iii.iuie по давлению. Одиаю, дат» m точк! ipcjin* не и сжег ú nojüioíí мерс объяснить некоторые jturowwe?иск isí: я } сум.'т.-вопэтг ПСреХОДПОП (с ОЗрПЦШ-ЛЬНЫИ Наклоном) области га ШНИСНМОСГЧ !Я !Х('Д a;iM:n:¡-C('i;;cp.i;.iiH¡c rporif.1;;! и с.ча:п ТГ, что n ttcp-ícwc на д;'.!1.' ежп1 по дшипы ’пол. 1 к рис.3 foci.iwi:ier ~ бОхбар. Такая ширина o^ncni гр¡/стой ьясипмя, мос:«тку средиiiiii размер чаепш алмаз» wnirnner ддч ТИТ' • •(.9 им, для ГГ 50/50 - 5.5 nt.¡ (по B.W. Титову): (>) paciot !>lp, ! дасг палом с озрициюш'ым наклоном (В.И. Пепел''!), в дсйсзопсл.носш )5фс::игн£я область например, в тротиле л ТГ 5п/50 имеет иол.чгппельпый «питон

Согласно расчетам (М. van Thiel аяо Г. Ree) наклон излома со »падает .с опытным, если в диапазоне дяклсаий 'Litípitiioit '■ 'fOr.óíp происходит уаеличе-1Г!Н‘ .зт/изыщи образования углеродной iVv.u. Эго- означает, но я переходной области имеет место неравновесна:? конденсация сс.обод!г«»го углерода, Огме-п:м, что с аналогичном позиции (Э.Ф. ЧзйксискиП) обоспог-ыасьтся пряно проптополояшое уггерзеденив - при уменмлеичн размерен кр.юталлот линия фазолого рагиепеекя графит-алмаз отклоняете! и сторону мачых дягленнН. Это находит падоертление » опыгах по пыраширашпэ п условиях еякуума алмазных пленок, имепших мелкодисперсную основу ич кристаллов оячша размером < 10 им ’b.íiKoecKi'íí). Из сказанного следует, чю вопрос размерных эф.'»£ктс» грснугт дополнительного изучения. .Не шклычено, что понятие ряйнсзсс:!* графат-алмаз для дисперсного «»стояния лишено припнчцого содерл-анич. Что подразумевать год равновесием: сопчсстеос сосувдестговотше алмазных ti 1рзсЬитозмх частр.ц (фахзнчегеи однопременног ранлоясскс да ух ферм углерода с газообразным углеродом) или р.зянозесие графит-алмаз я рамках одной частим1?

При сопоставлении данных по удярко-ияинииро^аниому гшггоу алмаза с flp.mtunu по детонационному синтезу обращает та ссоя ттмяпне близость начал перехода г, ал>.;Ь (см. рис. 2, 3) п близость физических характеристик продуктов синтеза. Такое еоопилхтане приобретает реальное основание, если прэдиололаяь ДйухстлгэтЛнпй характер образования алмаза а детонаинонноП волне. Ка íiepcofi стадии сгсСодный углерод коплененруегея в аморфном »нде, на ¡лсроп - образуется ялтз-кгк результат полиморфного превращения. Примечательно,. что подобная двухсгадкйноеть предполагается и я удзрно-всанопон синтезе алмаза из других конденсированных форм углерода (Л.В.Курджзси, З.И. Трсфилоа). Согласно данным агторам аморфная фаза играет роль промежуточной структуры на пути реконструктивного превращения низхекрнстгшшческих сортов зтлерода в алмаз. Образованию аморфного

}глс;юда и дехи-иациошюи ¡.о.ьис їломю днгь каїсстасшюо объяснений Устаноилено, что кондсг.сгцт, утц-оіи происходит по механизму :;;идко-лііпельноіі косгисцсіщик (В.М.Тигоа). ОіЬ.єдіііііМшс чгісхіїц слпроаозкдцгтся умшьпшмсм лоїсрхноспшіі эасрпгл с одноаргдшшым унедячслисм объемно« (ш;/трлшеіі) засрпні. Поэтому і ¡тік слиянии до-лаючно милых углсрод-ки\ чссгііц {фонзоДдегаяорЛчюащм уж'рдлоїмшоіі сзрм гуіи.і.

Дгііл-мцмишь'.е г..і| амегріл оісісмм ір>ііі.<-гі;м:оі єн ТаС;;ица 1

Іій • ' р> О км/с с к /’ и'чр Т к

;-Іс.\:3 ' расчсг Ои-АХ расчт о;ш >■ ¡МС'СЇ опит

трошл С_,І І5ї<30, V. 59 <3.75 о.г>5 177 Ш 3170 з но

ТГ 90/1!) и,\ 6.54 - 1К9 - 3150 -

тг го.аи 1.62 7.14 - 20 ) - -

ТГ 70/30 1.6-) 7.33 -- .'.1-і - 3210 -

тг сто 1.65 7.52 - 22і; ' ~ 3220 -

ТГ 50/50 1.67 7.7 і 7 до 243 ги: 3220 3460

тг 4у,го Ш 7.91 У.ОО 255 Уа> 3220 -

Ті '30/70 1.70 8.09 к— -- --} - 275 - 3220 -

гексоген СНЛ^.О, . ,> Л і» {> 1.80 ‘ 1 V 1 О. »> і ,77 » :-лі 3 МО 3520

ІЧ;г*и:г:іий срстд» ІЩ системы •¡ропи-геко.-ген гсысиосш Чунмсиа-йНугс (ьсдоишб код:ііоц-:і:ї і') ТаСлнцл 2

А.. Н,0 м. СО, со ]ламн ТШ, К У

ІіВ г/см-' ■ mo.il/100 г В1) мку л'ї~

тропіл С,1І5М30/.1 і .£!> 0.5!) 0.<54 0.7 і 0.07 0.12 0.04 26.! '

ТГ 00/10 і.бі 0.51 | 0.71 0.70 0.0Г) 0.13 0.0! 21.1

ЇҐЬіШО 5.62 0.93 0.78 0.69 0.05 0.11 0.04 22.1

■ 1 ТГ7і/Зі; . Ш 0.54 0.С5 0.СН 'і.04 0.15 0.04 20.2

1Г 0/-Ы . 1.65 0.95 0.9! 0.67 0.0-1 0.1 С о.о; 18.2

ТГ 50/50 1.67 0.97 0.95 0.65 о.оз 0.17 0.0-1 16.2

ТГ 40/60 1,69 0.95 1.05 0.64 0.02 0.19 0.05 14.2

ТГ 30/70 і.70 0Э) 1.12 0.53 0.02 0.20 0,05 ¡2.?

гексоген СЛІДЧО. 3 О б ^ І.БО 1.01 1.32 0.53 0.01. 0.25 0.05 6.1

|.,ÍTU

\

Т'ер’С'ОГО ft V

V\3

° 4

. ; 4>

„ A

-------'U- _

І'Л'О

Vv.c. 2. ІМсч.ч ічч X- Пі i, »u ;n kmv Ш) cuc»»’m- ? C.-H-N- O

ti М/КХК'КПГ >>íyrc.\

O - раС'КГГ, 1 - ним Л'і j • її / ' M * 'i1CC l J ч ГрЛ'|-1М-Г'‘ \ :V3, 2 • i y-\ В-ЗЛ \V)V,V.:VZvVA їр-' ]'Ш I'. З-кріпив i ¡ i ,'ruí4- jwihlh rucii'fvonca ;уцпрш>-ипічіт*ре'ичні.чо

г^гращ-г/яч ) "/+■}'< vi,- ■; -.w.’lo \ і ,2.' їїо Ф. ілііг,тпі; no C.N. 1 - ví

12-

"V.

•10

OÜ

101

Рис. 3. Заклскмоспі от содф.*?і»»чч трот.чі,.') и трогмч-ге; с.леіі

огносшслміл і і.ісс!.! ПГ5: і - р ici-, ЧІС’-О : > !'">■. : ■ і :::г 1 ; в ГІД я ц:їО>

ксспі ЛСуге, 2 - їл.кст К У, ? - »u\\vu ядгзза {2 » 3 по *Л.В. Козыреву).

П рамках пвоіе’ч двухетлл*йпого характера образования алмаза в дстоипшютюн яаяче находит .сстл'тгниог объяснят с гістерезис ого древ-рзпкшп и сущестоогп'.шс переходной облает» исрзвнокесной кондеиезшш

углерода, которая ішеег место п днзндзоне дапллпш - 170t-230 кбар (заштрихованная області парне. 2).

ХЗззигрзім'іссіам: рчешнрелне ПД и консчниЗ сссть.11 продуктов мрим»

ПД находятся в области тсрмодишммчссг.оЗ стабильности аллозз только на кс.чальїіГіП фазе расилф-лшп. Возможное увеличение доли КУ будгт происходит!. уже за пределам» :>і\т обдаєш и, следовательно, не будгт соиро-¡¡о;ада'іь«і образ е&тішгк» алмаза. При раеччах нззнгротисского и газо-дипамкчесюго расширения ПД п конеч.ш-. продуктов ьзрілва пргдаоязгаегся локагк-ное химическое равновесие и то, чю яыделяюадкиса иеалм;ъаиа углерод коцдзи снрустея на перм«щд.< чаянц«. Поэтому в реакциях сначала будет учато&агь исалмазг.аз i]op:ia, а потом, при ее исчсрпашш, собственно алмаз. В этом случае для опредеигш:л конечного ні іходг. адмйза, образовавшегося в дСтоісіцііопноіі волне, сд:дует нзГпн мштмум скободаого углерода n постдетоллпчоьиых процессах. Расчет иззнтрсанчесхого расширения проводился ия основе состношспт:-

. S(j\T) - sa ,

где S(pt Т) - зптрошія ПД,* a SCJ - ес значение » плоскости siСуге. В расчете cocTo>j;su і; сосхаі.а продукта дерыаа исиоэьзоволось сооыюшншс -

mws)*e ¿Хл. .

где Е(Г,Р») - ьиуірли.;,'. знергш ПД* {ПД+агмосф:ра камеры), зпиимшщик о£лш шрышой камеры Vo, а праїш ч.їсті, задаст ьнутрешяоїо знерпао ш<лч»;н. Гак ісіп: ь ре.:чгк:х определяется ш.:ход алмаза, тл шітсрес предс-таьлял сяучаіі разенстг.а в кровей -чисті«, которий соответствует ьнутреннеи энергии іісхєдооіі системи Эго епдоано с ієн, что при «слыл»:*

значениях ьнугреа;і«П знерпш (сооггстсгасішо « температуры) равпоьвше и реакции CO, <-)• ?.СО (ocaosipii реакцій с участием ІСУ) смещается в

левую сторону с уьеякчяшгм количества .свободного углерода, который будл К0!ідгі!сіфййаті,с;; в іішшазиаіі форме.

Нсічоторис результат рар.ггсь приведши «а рис. 4, в тг.бл. З, тебя. 4. В табл. З не 0'фі.лсепь.і есе іпіаоаяігся ояитм даіїнм« ко.'выховд' адмгиа (Н.В. Козырев, {І.Ю. Мгяько» « др.). так ї-д;: расіллреіше-. ПД г. зтих. скитах согласно газодіінимичгс;аі:.і расчетам ие соог.;гтсгаует ітшропн’ійжйиу режиму - услщчпо максимально возможного ьыход-i (сы. слсдуїсдай раздел). Приоедешшс дашаїе свидетельствуют о допустимости прг.бшишіия лзкеяь-ного химического разиосесня в ПД, которое яйллетея основой расчета пцходд алмаза в условиях расширения. D расчетах установлена интересная закономерность, не нашедшая удовлетворительного объяснения: в системах іропіл-гексоген, тротнл-октоген н тротил-тэн зависимость выхода КУ из опыта

(И.О. Козыре») н расчетная зависимость выхода алмаза при шгштропт.еском расошрешш от содержзинпротипа врактлчшш сокиадагог.

Тис. 4. Злвиенмостя отаосигеятото копичг&рг свободного углерода на изс-итрслг расшггргния ПД. I • тротил, 2- ТГ 50/50, 3 - ггчсоген (р0 = 1.6 г/си’).

1Гмход я,<ш aw при азэкт^одагееагзм расптргша* Таблица 3

тг юод> 90/10 zom 70/70 шмо 50/50 •ÍO/rtO 30/70 0/(00

¡S.3 16.5 М. 8 13.0 11.3 9.5 '/,8 Й.О 0.7

oiu.it ~ 15** - - - - - !0 - - 0.6

' «и учета суц;есгво1!ктя переходной оБласги неравновесно 1 конденсации углерода. ■ ■

*■* В ргетмс перс-схатои ¿eronstnm (податшм В.М. Титова).

Из солоепвд'-янл бг.ч'О хсмлзекса даннш по выходу алмаза и результат о :i расчета состояния продукте» пзрыпа’ адиабатически изолированной адеггми ПЗ+газ сделан шшд, что после .сясишзашш ПД с окружающим газон хшшчссиог р^ыт-гдие между газом н конденсированными продуктами уже де имеет места. Это может битъ объяснено помрзноептмп' свойства*!!! дисперсного ап:,; аза: наличие адсорСлроаанных газои ш поверхности уменьшает его химическую активность. Согласно даннмм термического анализа дстшзшгошкига алмаза (Л.Л. Всрсгдзги»)дисперсный алмаз в атмосфере погаухп до температуры ~ 7ÍQ К иожю спеть япмкчеш! ингртным.

(IT SOSO, COif оСьс-а юршмон iWMepu 2 м>) Тиблиц* 4

/>„, атм 250 ' 500 1(КІ0 1500 ШЧ

р, ÍITM 2.7 З.б 5.7 8.2 10.7

і т, ¡: 720 Я50 1105 ІЗіО 15.W

КУ. %(ї) 14(35.1) 3,2(IS.8) - - ' '

. }>, ахм XV 5.3 7.3 9.1 11.5

2 Т, 11 555 725 870 965 1105

VV, <“. (г) !'/М(41.4) 14.8 (74.і) 4.4 (44.2) - *

р, :іт.м 6.0 ' 7.8 10.8 ІЗ l-1.il

4 Т, К 435 555 730 г;?.(і М

КУ, % (г) ¡7.9 (-W.fi) 17.« (39) І5І5 (іо'5) 10.3(155) 5.7 (і 14)

Г;i3ft,,»¡}ias«y*ii,c«:os fQcumpenus »костал НДп :>гнх'зсліг.шлч C;:üó;.,;.‘i¡oe іісограіііічгіїііое расширсиие ЛД по харахгціу являєте» ііЗ'літ;‘Лі!іічссі:)ім. Прт»л«і:кеино »іззигрошічеадім яиія^уся тякхе течкіше ПД «і/к -.грш? ¡'.о юршиоК кяяерс ігебольсиого заряда м геченнс ГЩ uj-ii меташш массііНіїо»! ойолоч«!. В нервом случав знсргид іорілля (іояьшсП частіло ш>гл'.)іііапся в удариоК поли« окружиющим газом, ио »тором треходнї в хшіети'кскуїз змерпло мйгасмоіі оболочк». •

В уедошіях ограті'/еішого обгсиа иоа.е дсаониццтшосо преертцтцз ВВ возши:аіоі'>;;іірціл»'воиш.і) деіісшнл которих ікодіилфйтид подвгрі ¡no і ся как окружаїощиіі заряд газ, так и ПД. Сосішіше ПД в результате зтшчі мокег значтеяьно оїиюнигі.сі от сасюяннй, лежащих на. ішіїтропе разгррки. Сооіі:етсхленио, можстззмепю іт/гищьея разовий состіткондеііеііроьаішой чагиі. ПД: в пашем случяс лзмепшгея соопюшетіг иешшазшеформи углеродз-алмаз (дзполііктсльішіє погірп} і;а cpa”.|ií'UiU'j с подоО>ч>лг.< с»>ог-ношсішеи, характерний док шзнгрошічеекого расашрсіт« (ігетйгжньїе поіери). і Із оішпа следуот, пто г.иход алмаза сущсстпс-шю зпвлгнг лг> (Лдєл;.посїи от калдого su фпхторо»: м&сси заряда, сорга піза, зажшшоїдсго ьзриішую камеру, и его начального ддидения (Е.А. Петров, Г.В. Сакові!1)). Oólvuio предпояагяетея, чіи гюгер» едмаза крі; расшнрс-шїіі ПД ишаш ero графіїтіпащіеП. Однако, как показап еще Ф. Е;;нді:, алмаз ввдгр5*:іп.ает импульсниГі кагрсі; до температури ~3500 К. В зюа связп стаїіоііитсд нссомнсішьш вліійшіє химических процессои і) ПД, прогсісаюших прн рзеши-решш, на коиечіїмй имход алмаза.

Для 'лфслелсичя !.'ол!!чесп!с1шогс> ялн.чпия графнтпзацлн и химически?, реакций на bmxvh адмтш использовалась предположения, шлокспимс ь прел*¡’j.ymoM pas;wu!, и дополнительное предположение: грлфпп!.<0>п! < харакгсрт>с1с:1 нсьоторсИ пороговой температурой» «птерпреп грум i о й ».а* температура пмаплсиня mci астаСчпыюго алмаза. 13 соог?стствш» .с :>r¡)v, при дсстижсшм троими)» темпер :п)ры ч ПД.али.п ногтпС1ию теряется, п-ст .\1'!1ичсч;п\ |4-;'i.uni'i определяется минимальным содержанием 10т’ ч ПЦ п 'ycwemx »¡ко.чкиачи'нчкоп» течечля. Чнеяаша.! схема базируется h:i )(>.»»• кеннлх iv-uoiíoíi ¡vidi.'iMiiKii n интегральной форме -

ii которых ¡юиочь 'Оч-.лпм граднцлогнше Обозначения: мехгшнкн СПЛОШНЫХ 1 [ТП и q - вязкостное c,r irac'me тензора напрячдаиш, п урагшешга xíimutccvoiо

Свойства ЛД модслироинкпсь ур.ишенисм состояния ЮСУ, сяоПсп1» окружающего заряд В'3 по,) - соягртсш'ым газом ('¡неяшиам программа шучочао п себя чезыр^ тис!л уткпчгиин сосгочлш пт п дна пнда уравнении сопоннин твердых rari).

Опыт расчесов исказич »ажноегь аккурчзной лоатяповкИ начал'.ных услоинн к правильного иыбора учатувэдих « расчете ммиогоот ИД. П итого начальный условии стзйшньл, следующим образом: ЛД шита г плотность исходного RB н зтропюо равную вч эятрошш в плоскости Жуге, поло скоростей ПД удовлетяорягг условию úivÜ ~ 0 н услоято равенства суммарной кинетической Я «нутрсшкп знергип ПД ОЛСрГЛЧ исходною ВВ. Отбор компонент ПД прошиодашсл ид основании отдельных термодинамических расчетов. Й этнк расчетах определялись компоненты ЛД, кешюпрапип которых в условия'; расширенм нсглн бы npe«ii№im» J0’2. В частности, дтг. ТГ 50/50 таких компонент ok.thi.tcci> 9:

í]eico.rcp»jií результаты расчете.м прияй,':ен:л на рнс. 5-8. ,В ¡»счетах устапозлсно, что шдашюпт часть дополпнгезьных потерь'аяиаза происходит с момента, когдч отраженная от г.гклиеры ударная волна догонит

,1

равновесия. Зядама решалась в сферически симметричной лоссннопкг.

.COj, ГКО, N,, IГСООН, СО, МН_,, и,, СП.,', сп,,л,.

внутрещпок), до момента -выхода отр,гл;сллон от центра камеры ударной волны па границу раздела ПД с окружающим газон. Таким образом, доя

IS

ііокучтия максылздьного шлхода алыаза следует осуществляю мчігоз по OKUMUM, сходящим к цнтшуму вторичные ударішг ьолш. Такие благої цшчх* utis успоїшя достигаются, например, исшилешггк дьедлш.ч в kamíjív н/пгж у млн. си єі'іієм пассы зар-.цха, в также помещением згрдан виуг[ч» м;і«:<пШоГі оболочки ^

Рис. 5. Зависимости относитгяыюго выхода алмаза от массы ТГ 50/50.

Взрывная камера 2 ыг заполнена СО, под давлением: I -1 атм; 2-2 атм; 3*4 атм. -

Рис. 6. Зависимости локального выхода алмаз: г;: (r.'.'g * выход алг-даа в плоскости Жуге) от лагранжесой координаты заряда г.

Заряд ТГ 50/50, взрывная камера 2 и3 заполнена СОг.

А. Давление газа 1 атм, масса заряда: 1 - 250 г, 2 - 500 г, 3 - ¡000 г.

Б. Масса заряда 1000 г, давление газа: 1 - 4 атм, 2*2 атм, 3 - I атм.

П.2

0 6

0.3

i«c. 7. Записи моет и пох.г'тьж’й irmterofl тшперэтури ПД Tmot игграмкмит к'оордлнпш кцп'и !, Заряд'ГГ50/S0, зЗрмспм 1йп*.рд 2 м’эгпагкша СО,. А. Двчлч'ши- пи;. 1 ати, масс» зйрздз: 1 2.0 г, 2 - 50!) г, 3 • 1СС0 г.

П. Массл >-i|>яни 1000 г, даплгшк газа: I - 4 ата, 2-2 к гм, 3 - 1 птм.

р,атм

“То

Рис. S. Зависимость относительного вычсда ачнача от давления я ламере. Масса заряда TF50/50 - IPi) г, взрывная .чз^теря 0.175 м! заполнена Nj, Сплошная линия - расчет, точки - опит (по ПЛО. Мап.копу).

Установлено подобие некоторые характеристик течения при одинаковом отношении массы заряда ): давлению газа (цчя одного янда ВВ п сорта газа). Это обстоятельство оту.гггна лз рисунках: дза нпЗора зависимостей А а Б на рис. 6 н рис.-7., rmn.se» отдглыюстп, практически не отличаются.

!’■ расчетах нашла обоснование шисснші? из опита зависимости пмхода аннаїл от гнешшіх услоїчш (рис. 5 а рис. В). В рзыках сделанных нрсдиоио-ЗяЄііпГі о характері: г}>зі]їітпац,ні ачміїза последней в расчет, пппдпиами-ч¿сього расширенна ГІД ке обиаруадпо. Кохке того, соностаїшв рнг. іі ч рис. ?, по;;.і.о считан, te суіц;сіьатічис ч a реатміих проіиссал. мшлшеродмой: jot.ü'u.üi.’.s паковые температуры і> областям ПД. где химіьсшіе (імьішп к-' пг(і.ім;;ін >; «одної! попре алмаїа, і а прев пишет 1500 і..

Основные разуїал-цш ь ы,им*/\ы

1. íіро)и;ь:ііо ко-.пілеьсіїое чішнчиюс ucciew- ш.іг процлта ітішє-і ¡¡.■¡мази і о коадснснромнных liü и;; основе созданною паяла программ, нозиолхюнщч рлссчшььаіь: термодшшшчгскік* нарамепры дезонацпп и íocras: ПД. ііп'ігіїопи'.ссгое її газс-д* waмическоо рас.чіпреїш.: ПД п ссслш ¡а>и;‘чиыл прад.) м'ои езршчц ьелшчля кондснснроьапи.ае. Расчаы полюлмюг ||)>о. позировать результат дсіонацкоіаwro enmeja алмаза їй широкої о класса углеродоседерлондчх 1Ш.

2. H¡i;r.üti!y;a гипотеза о деухстадиГшом ха»акіц»г образован» t алмаза и детонашшапоо нол.'с. На иеуаой «адии саободный углср.ід конденсируется п аморфмол і’.иді.-, ш н герой - образуется ач.чии как результа г полиморфного ир’/.ра.цсикя- - В дшнниоис датеипГі 110-.-ЇМ) кОар сущесі иусг переходная обда лг неравновесной конденсации углерода, ниже j-oiopoil алчад образуется в незначительном колішеїьс, выше - аморфний упіерод успевает прегерпса* пшшог прекращение к sijuuj. Гипотеза обмсааег гистерезис синтеза алмага из DB н существование области исразнолссной конденсации углерода в детонационной ы>лкг.

3. Получены расчетные зависимое!;!, выхода алмаза ог условий синтези; массы заряд;», copra газа, заг.олшпзиито камеру, и его начального даьдепня, Результаты расчета согласуется с опитом.

-і. В результате расчетов установлено, что потери алмаза при расширении обусловлены вторичными химическими реакциями. При расширении в областях ПД, где присугстоусг алмаз, питкде температуры не превышают 1500 К, чю делает графпшзацшо алмаза маловероятной.

5. Разработан и гнробнрозап на примету построения фазовой диаграммы

углірода метод определения термодинамических функций иопд'-лгафойашшх tcmecitt (среды Ми-Грюианзсна). .

6. Создано полуэмннрнческос шпрокодиапазошгое уііяшгс/іке состояния для газообразных продуктов детонации, параметры которого связаны с опосредованными характеристиками межмолскуллрного взаимодействия.

Разработан способ определения этак параметров по данным ударного сжатия конденсированного газа.

Основное содержание диссертации изложено в следующих работах:

1. Получении алмазов из взрывчатых веществ тина CaIIbNcOd . Onti НГнЛ СО Al I СССР и 11ПС) “Алтай”. 1983. 80 с.

2. Бабушкин A.tO., Cnmep А.М. Расчет детонационных хярактсрпстк а равновесного cocraua продуктов детонации коиденепррп.'нчшч ИВ спепчы С-И-N-O //Взрыв, улар, зашито. J Ьг^орм. бюллетень Ш'нЛ, пып. 17, \"‘М

с.‘10-45.

‘ 3. Бабушкин АЛО, Лямккн A.U., Стовер Л.М. Особенности получения улырздцепер'ткч о материала на основе углерода взрывчатых вешеегь // V Всесоюзное совсщант' по дегоняцин: Сборник докладов. - Красноярск, I ‘*91. с. 81-S3.

■I, Бабуипаш АЛО, Лямкнн А.И., Ста вер Л.М. Влияние газов на иплчд конденсированных продуктов детонации углерода содержащих i¡3pu»«n>n,i>. Heii^ecTií IIV Bcceoiomoe имещтше но детонации: Сборник доюпцов. - Крас иоарск, 1991.-с. ¡M-S7.

5. Babushkin A. Yu., I aymkhi A.I. and Popov S.T. Numerical sinily of pieces-, of naiiovliamomjs synthesis from explosives //Вторая международная конференция no наиотехно.чогнлм НА1ГО-П: Труды конференции. - Москва, 1‘>ЯЗ. с. 187-195

6. Бабушкин АЛО., Лишни АЛ t.. Попов С.Т. Численное изучение процт-сов, притекающих по шрмвнон камере при синтеза алмазов лз взрывчатых веществ //Международная научпотсхи.ическая конференции “Проблсчы обеспечения качества изделий в машиностроении": Труды конференции. -Красноярск, 1994.-е. 364-371.

. 7. Бабушкин АЛО.,. Лямкни A.U., Понов С.Т. Шмсоко.шоргетичесиие

нанохластеры матершшои // Материалы научного совета по региональной научно-технической',программе "Околот.ч, новые материалы и технологии Красноярского края”. - Красноярск. 1995, - г. 63-65.

8, Бабушкин АЛО,, Лямкии Л.М., Попол С.Т., Лямхчша. П.Э. Композиты па основе наноалмаза н металлов, полученных удзриозолиопым методом //Материалы научного совета но рггионллгпод иаучно-техничеекчи программе "Экология, новые материмы и технологии Красноярского края”. -Красноярск, 1995, - с. 66-68.

У, Бабушкин А.10., Ляьшш Л.11., Попов С.Т., С‘-тапер Л.М. Расчет га:ю-амичсского течения н химического состава продукте® детонации конден-спрожншмх взринчатих вгществ //Новые мод&аи н чпс;штыв схемы ударно-г'-митых процессов в хопданецроварных средах: Тезисы Международного . абочего совещания. - Санкт-Петербург, 1995. - с. 38.

10. Бнбуишш Д.10., Лямулш Л.И., Попов С.Т. Схема определении »ермАдштмичеснмх функций конденсированных всничти и распет диаграммы фаювпго состояния ушерода II Новые модели и численны* схемы ударно-ыншоьых процессов п конденсированных среднх: Тезисы Международно!о рабочего совещания. - Санкт-Петербург, 1995. - с. 38-39.

Соискатель:

"Ь-Х3>г=

•Подписано в печать Тираж 100эу;з. Захаз № /Оо7, Отпечатано иа ротапринте КГТУ 66007*1, Красноярск, ул. Киренсксго, 26