Науковий вісник НГУ

Влияние механических и термических воздействий на микроструктурные превращения в чугунах и свойства синтезируемых кристаллов алмаза

• 
• 

Рейтинг:   / 0

ПлохоОтлично 

Подробности

Категория: Содержание №4 2020

Обновлено 31 Август 2020

Опубликовано 31 Август 2020

Просмотров: 259

Authors:

В. В. Соболев, orcid.org/0000-0003-1351-6674, Национальный технический университет «Днепровская политехника», г. Днепр, Украина, e‑mail: Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

С. И. Губенко, orcid.org/0000-0001-6626-3979, Национальная металлургическая академия Украины, г. Днепр, Украина, e-mail: Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Д. В. Рудаков, orcid.org/0000-0001-7878-8692, Национальный технический университет «Днепровская политехника», г. Днепр, Украина, e‑mail: Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

А. Л. Кириченко, orcid.org/0000-0002-1331-9323, Государственное предприятие «Научно-производственное объединение «Павлоградский химический завод», г. Павлоград, Днепропетровская обл., Украина, e-mail: Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

О. А. Балакин, orcid.org/0000-0003-2003-0381, Государственное предприятие «Научно-производственное объединение «Павлоградский химический завод», г. Павлоград, Днепропетровская обл., Украина, e-mail: Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

 повний текст / full article

Abstract:

Цель. Анализ влияния структурных превращений в металлической матрице чугунов вблизи графитных включений на особенности синтеза монокристаллов метастабильного алмаза на алмазных поликристаллах (подложках) ударно-волнового синтеза.

Методика. При проведении экспериментальных работ использовалась методика лазерного возбуждения детонации в заряде взрывчатого вещества для создания плоского фронта детонации. Проводился химический, микроструктурный, спектральный, рентгенофазовый анализ чугунов. В частности, исследовались особенности распределения химических элементов в фазах чугуна, плотность дислокаций в твердом растворе, параметры кристаллической решетки и др.

Результаты. Показано, что твердофазная автоэпитаксия является физически обоснованным, экспериментально подтвержденным и устойчиво воспроизводимым явлением. Ускоренному переносу атомов углерода к поверхностям растущих кристаллов метастабильного алмаза в кинетическом режиме способствует ряд факторов, значения которых не являются строго фиксированными величинами и характеристиками. Это прежде всего состав, микроструктура ростовой среды (матрица чугуна), источник углерода; температура и деформационные поля, обеспечивающие прохождение полиморфного превращения графита в алмаз и возникновение градиентных полей напряжений на стадиях ковки, ударно-волнового воздействия и термоциклирования. Определенную роль на мезоуровне выполняют закономерности перераспределения дефектов кристаллического строения металлической матрицы и включений графита. Установлено, что насыщение микроструктурными дефектами придает системе в целом относительно высокую физико-химическую активность.

Научная новизна. Впервые в мировой практике синтезированы монокристаллы алмаза, содержащие внутри монокристальной оболочки включения поликристаллических алмазных частиц ударно-волнового происхождения, что может свидетельствовать в целом о дискретности природного алмазообразования.

Практическая значимость. Рост монокристаллов метастабильного алмаза на поликристаллах алмаза взрывного синтеза является наиболее благоприятным в случае использования аустенитного серого чугуна с включениями графита пластинчатой формы. Экспериментально установленный эффект роста алмаза в твердой среде при давлении и температуре, отвечающих области стабильности графита, может быть использован при разработке новых неэнергоемких технологий синтеза метастабильных монокристаллов алмаза.

References.

1. D’Haenens-Johansson, U. F. S., Katrusha, A., Soe Moe, K., Johnson, P., & Wang, W. (2015). Large colorless HPHT-grown synthetic gem diamonds from new diamond technology, Russia. Gems & Gemology, 51(3), 280-299.

2. Breusov, O.N., & Dremin, A.N. (2008). Dynamic synthesis of superhard materials. Chemical physics, 27(4), 21-33.

3. Kraus, D., Ravasio, A., Gauthier, M., Gericke, D. O., Vorberger, J., Frydrych, S., Helfrich, J., …, & Roth, M. (2016). Nanosecond formation of diamond and lonsdaleite by shock compression of graphite. Nature Communications, 7: 10970. https://doi.org/10.1038/ncomms10970.

4. Bakul’, V. N., & Andreev, V. D. (1975). Diamonds of the AB brand synthesized by the explosion. Synthetic diamonds, 41(5), 3-4.

5. Sozin, Yu. I., & Belyankina, A. V. (1976). The substructure of a diamond synthesized by an explosion. Synthetic diamonds, (5), 27-29.

6. Danilenko, V. V. (2003). Synthesis and sintering of diamond by explosion. Moscow: Energoatomizdat. ISBN 5-283-01280-8.

7. Popov, V. A. (2016). Examination of non-agglomerated nanodiamonds inside aluminum matrix composites by synchrotron radiation. In: Z. Bartul, & J. Trenor (Eds.) Advacers in Nanotechnologies. New York: Nova Science Publishers. (pp. 185-202).

8. Andreev, V. D., Lukash, V. A., Voloshin, M. N., & Vi­shne­vsky, A. S. (1981). Structural and phase transformations of graphite in cast iron under dynamic loading and morphological characteristics of the diamonds formed. Physics and technology of high pressure, (6), 61-64.

9. Eaton-Magaña, S., Shigley, J. E., & Breeding, C. M. (2017). Observations on HPHT-grown synthetic diamonds: a review. Gems & Gemology, 53(3), 262-284.

10. Dolmatov, V. Yu. (2003). Ultrafine detonation synthesized diamonds: production, properties, application: monograph. Saint Petersburg: Publishing house of SPb SPU.

11. Shugaley, I. V., Sudarikov, A. M., Voznyakovsky, A. P., Tselinsky, I. V., Garabadzhiu, A. V., & Ilyushin, M. A. (2012). Surface chemistry of detonation nanodiamonds as the basis for the creation of biomedical products: monograph. Saint Petersburg:Leningrad State University.

12. Sobolev, V. V. (1985). The hypothesis on diamond formation in nature and possible reasons for its wide distribution on Earth. Detonation. Proc. III All-Union Conference on Detonation, Nov 11-14. 1985, Tallinn-Chernogolovka: OIHF AN USSR, 174.

13. Sobolev, V. V. (1987). Diamond crystallization in nature. Combustion, Explosion, and Shock Waves, 23(1), 83-86.

14. Posukhova, T. V., & Kolume, F. N. (2009). Diamonds from placers of West and Central Africa – a problem of primary sources. Bulletin of Moscow University, Series 4. Geology, (3), 36-45.

15. Logvinova, A. M., Zedgenizov, D. A., & Sobolev, N. V. (2013). Genetic interpretation of mineral crystal fluid inclusions in diamonds. Mineralogy Journal, 35(2), 39-48.

16. Simakov, S. K., Dubinchuk, V. T., Novikov, M. P., & Melnik, N. N. (2010). Metastable nanosized diamond formation from fluid phase. SRX Geosciences, 1-6. https://doi.org/10.3814/2010/504243.

17. Garanin, V. K. (1990). To the problem of discreteness of natural diamond formation. Mineralogical journal, (5), 28-36.

18. Gillet, P., & El Goresy, A. (2013). Shock events in the solar system: the message from minerals in terrestrial planets and asteroids. Annual Review of Earth Planetary Sciences, 41, 257-285.

19. Nikolsky, N. S. (1987). Fluid regime of endogenous mineral formation. Moscow: Nauka.

20. Slobodskoy, R. M. (1981). Organic element compounds in magmatogenic and ore-forming processes. Novosibirsk: Nauka.

21. Lewis, R. S., Ming, T., Wacker, J. F., Anders, E., & Steel, E. (1987). Interstellar diamond in meteorites. Nature, 326, 160-162.

22. Bernatowicz, T., Fraundorf, G., Tang, M., Anders, E., Wopenka, B., Zinner, E., & Fraundorf, P. (1987). Evidence for interstellar SiC in the Murray carbonaceous meteorite. Nature, 330, 728-730.

23. Anders, E. (1991). Organic matter in meteorites and comets: possible origins. Space Science Reviews, 56, 157-166.

24. Volmer, M. (1939). Kinetik der Phasenbildung. Verlag Th. Steinkopff, Dresden und Leipzig. https://doi.org/10.1002/ange.19390523006.

25. Bataleva, Yu., Palyanov, Yu., Borzdov, Yu., Novoselov, I., & Bayukov, O. (2018). Graphite and diamond formation in the carbide-oxide-carbonate interactions (experimental modeling under mantle P,T-conditions). Minerals, 522(8), 19. https://doi.org/10.3390/min8110522.

26. Breusov, O. N. (2002). On the mechanism of dynamic synthesis of diamond from organic substances. Khimicheskaya Fizika, 21(11), 110-115.

27. Batsanov, S. S. (2006). Features of solid-phase transformations initiated by shock waves. Uspekhi Khimii, 75(7), 673-686.

28. Angus, J. C., & Hayman, C. C. (1988). Low-pressure, metastable growth of diamond and diamondlike phases. Science, 241, 913-921.

29. Sobolev, V. V., & Slobodskoy, V. Ya. (1985). Crystallization of super-hard phases from solid solution carbon. Crystallography, 30(6), 1213-1214.

30. Sobolev, V. V., Didyk, R. P., Slobodskoy, V. Ya., Merezhko, Yu. I., & Skidanenko, A. I. (1983). Dynamic effects in the production of diamond from solid-solution carbon. Combustion, Explosion, and Shock Waves, 19(5), 658-659. https://doi.org/10.1007/BF00750451.

31. Gubenko, S. I., Slobodskoy, V. Ya., Sobolev, V. V., & Udoev, A. A. (1989). Investigation of a medium for diamond crystallization. Russian metallurgy. Metally, (6), 173-175.

32. Taran, Yu. N., Sobolev, V. V., Slobodskoy, V. Ya., & Gu­ben­ko, S. I. (1991). Formation of diamond inclusions in grey iron at combination of shock-wave treatment and thermal cycling. Izvestiya AN SSSR. Metally, (3), 140-147.

33. Sobolev, V. V., Taran, Yu. N., & Gubenko, S. I. (1993). Synthesis of diamond in cast iron. Metallovedenie i Termicheskaya Obrabotka Metallov, (1), 2-6.

34. Sobolev, V. V., Taran, Y. N., & Gubenko, S. I. (1997). Shock wave use for diamond synthesis. Journal De Physique. IV JP, 7(3), C3-73–C3-75.

35. Sobolev, V. V., Merezhko, Yu. I., Taran, Yu. N., Gubenko, S. I., Kalinushkin, E. P., & Slobodskoy, V. Ya. (2005). The phenomenon of solid-phase auto-epitaxy of diamond under the combined effects of physical fields. Teoriya i praktika metallurgii, (1-2), 108-112.

36. Sobolev, V. V., & Bondarenko, E. V. (1993). The change in granulometric composition of diamond crystals when treating synthesis products in electromagnetic field. Sverkhtverdye Materialy, 4, 57-58.

37. Luo, C., Qi, X., Pan, C., & Yang, W. (2015). Diamond synthesis from carbon nanofibers at low temperature and low pressure. Scientific Reports, 5, 13879. https://doi.org/10.1038/srep13879.

38. Chernai, A. V., Sobolev, V. V., Ilyushin, M. A., & Zhitnik, N. E. (1994). The method for obtaining mechanical loading pulses based on a laser initiation of explosion of explosive coatings. Fizika Goreniya i Vzryva, 30(2), 106-111.

39. Chernai, A. V., Sobolev, V. V., Ilyushin, M. A., &  Zhitnik, N. E. (1994). Generating mechanical pulses by the laser blasting of explosive coating. Combustion, Explosion, and Shock Waves, 30(2), 239-242. https://doi.org/10.1007/BF00786134.

40. Nalisko, M., Sobolev, V., Rudakov, D., & Bilan, N. (2019). Assessing safety conditions in underground excavations after a methane-air mixture explosion. E3S Web of Conferences Ukrainian School of Mining Engineering, 123, 01008. https://doi.org/10.1051/e3sconf/201912301008.

41. Gubenko, S. I. (2015). Non-metallic inclusions and strength of steel. Saarbrücken: LAP LAMBERT. Palmarium academic publishing.

• < Назад
• Вперёд >