ДЕСОРБЦИЯ ПРИМЕСЕЙ ДЕТОНАЦИОННОГО НАНОАЛМАЗА В ХОДЕ СИНТЕЗА ИНТЕРМЕТАЛЛИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ СИСТЕМЫ Ni-Al
Аннотация
В работе представлены результаты целенаправленного воздействия на примесную подсистему детонационных наноалмазов (ДНА) (ФНПЦ «Алтай») активными металлами и смесями металлов никеля и алюминия. Исследовались образцы, изготовленные из трех различных металлоалмазных смесей: 1) 70 wt % ДНА и 30 wt % Al, 2) 50 wt % ДНА и 50 wt % смеси никеля и алюминия в стехиометрии NiAl, 3) 70 wt % ДНА и 30 wt % смеси никеля и алюминия в стехиометрии Ni3Al. Нагрев образцов наноалмазов в вакуумном объеме (ВУП-5) сопровождается термодесорбцией летучих соединений. Использование методов дифференциальной сканирующей калориметрии и масс-спектрометрии (ДСК – на STA 409 PC Luxx NETZSCH, МС – на QMS 403 D Aeolos NETZSCH) позволило исследовать кинетику десорбции и молекулярный состав летучих соединений, выделяющихся при нагревании наноалмазов. Отжиг шихты с алюминием сопровождается скачкообразным изменением массы образца в ходе нагрева, в то время как нагрев смесей наноалмаза с никелем и алюминием сопровождается практически монотонным уменьшением массы. Общая убыль массы при нагревании до 950 °С может достигать 20%. В спектре выделяющихся при нагревании веществ обнаружены такие соединения как: H2O (до 200 °С), O2 (до 60 °С), H2S (до 700 °С), CO2 (до 600 °С), SO2 (до 450 °С), N2 (до 60 °С). Эндо- и экзо- эффекты, наблюдаемые при отжиге металлоалмазных смесей в области высоких температур, свидетельствуют о протекании химических реакций между металлами и компонентами примесей детонационных наноалмазов, приводящих к более глубокой очистке наночастиц. Процесс очистки наиболее активно протекает при отжиге металлоалмазной шихты, содержащей Ni и Al в стехиометрии Ni3Al.
Литература
Danilenko V.V. On the history of the discovery of nanodiamond synthesis. Phys. Solid State. 2004. V. 46. P. 595–599. DOI: 10.1134/1.1711431.
Dolmatov V.Yu. On elemental composition and crystal-chemical parameters of detonation nanodiamonds. J. Superhard Mat. 2009. V. 31. P. 158–164. DOI: 10.3103/S1063457609030022.
Volkov D.S., Proskurnin M.A., Korobova M.V. Elemental analysis of nanodiamonds by inductively-coupled plasma atomic emission spectroscopy. Carbon. 2014. V. 74. P. 1-13. DOI: 10.1016/j.carbon.2014.02.072.
Plotnikov A.V., Dem’yanov B.F., Makarov S.V., Bogdanov D.G. Impurity subsystem of the detonation nanodiamonds. Fundamental. Probl. Sovremen. Materialoved. 2013. V. 10. N 4. P. 487-492 (in Russian).
Chi-Chin Wu, Gottfried J.L., Pesce-Rodriguez R.A. On the structure and impurities of a nominally homologous set of detonation nanodiamonds. Diamond Relat. Mat. 2017. V. 76. P. 157-170. DOI: 10.1016/j.diamond.2017.05.007.
Parkaeva S.A., Belyakova L.D., Larionov O.G. Adsorption properties of modified powders of detonated diamond obtained by gas chromatografy. Sorbts. Khromatograf. Prots. 2010. V. 10. N 2. P. 283-292 (in Russian).
Mitev D.P., Townsend A.T., Paull B., Nesterenko P.N. Screening of elemental impurities in commercial detonation nanodiamond using sector field inductively coupled plasmamass spectrometry. J. Mater. Sci. 2014. V. 49. P. 3573–3591. DOI: 10.1007/s10853-014-8036-3.
Plotnikov V.A., Bogdanov D.G., Makarov S.V., Bogdanov A.S. Sorption and desorption properties of detonation nanodiamond. Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol. 2017. V. 60. N 9. P. 27-32 (in Russian).
Mitev D.P., Townsend A.T., Paull B., Nesterenko P.N. Microwaveassisted purification of detonation nanodiamonds. Diamond Relat. Mat. 2014. V. 48. P. 37-46. DOI: 10.1016/j.diamond.2014.06.007.
Vityaz P.A., Zhornik V.I. Ultradispersed Detonation Dia-monds: Synthesis and Application. Minsk: Belarus. Navuka. 2013. 382 p. (in Russian).
Mona J., Tu J.-S., Kang T.-Y., Cheng-Yen Tsai, Perevedentseva E., Cheng C.-L. Surface modification of nanodiamond: Photoluminescence and Raman Studies. Diamond Relat. Mat. 2012. V. 24. P. 134–138. DOI: 10.1016/j.diamond.2011.12.027.
Senyut V.T., Mosunov E.I. Physical-mechanical properties of nanocrystalline materials based on ultrafine-dispersed di-amonds. Phys. Solid State. 2004. V. 46. P. 767–769. DOI: 10.1134/1.1711471.
Plotnikov V.A., Dem’yanov B.F., Makarov S.V. Effects of aluminum on the interaction of detonation diamond nanocrystals during high-temperature annealing. Techn. Phys. Lett. 2009. V. 35. P. 473–475. DOI: 10.1134/S1063785009050265.
Woo D.J., Heer F.C., Brewer L.N., Hooper J.P., Osswald S. Synthesis of nanodiamond-reinforced aluminum metal matrix composites using cold-spray deposition. Carbon. 2015. V. 86. P. 15–25. DOI: 10.1016/j.carbon.2015.01.010.
Kaftelen H., Öveçoğlu M.L. Microstructural characterization and wear properties of ultra-dispersed nanodiamond (UDD) reinforced Al matrix composites fabricated by ball-milling and sintering. J. Comp. Mat. 2012. V. 46. P. 1521-1534. DOI: 10.1177/0021998311421636.
Khina B.B., Formanek B. Modeling heterogeneous interaction during SHS in the Ni-Al System: A phase-formation-mechanism map. Int. J. Self-Propagating High-Temp. Synth. 2007. V. 16. P. 51-61. DOI: 10.3103/S106138620702001X.
Lapshin O.V., Ovcharenko V.E., Boyangin E.N. Thermokinetic and thermal-physics parameters of high-temperature synthesis of intermetallide Ni3Al by thermal shock of a powder mixture of pure elements. Combust. Explos. Shock Wav. 2002. V. 38. P. 430-434. DOI: 10.1023/A:1016259131911.
Plotnikov V.A., Dem’yanov B.F., Makarov S.V. Effects of the synthesis of intermetallic compounds on the growth and consolidation of detonation diamond nanocrystals. Techn. Phys. Lett. 2009. V. 35. P. 933–936. DOI: 10.1134/S1063785009100174.
Nikol’skaya I.V., Putyatin A.A., Kalashnikov Ya.A. Synthesis of diamonds in the presence of intermetallic compounds. Almazy Sverkhtverd. Mater. 1983. N 10. P. 2-4 (in Russian).
Davidenko V.M., Kidalov S.V., Shakhov F.M. Fullerenes as a cocatalyst for high pressure–high temperature synthesis of diamonds. Diamond Relat. Mat. 2004. V. 13. P. 2203-2206. DOI: 10.1016/j.diamond.2004.08.001.
Lyamkin A.I., Petrov E.A., Ershov A.P., Sakovich G.V., Staver A.M., Titov V.M. Obtaining diamonds from explo-sives. DAN SSSR. 1988. V. 302. N 3. P. 611-613 (in Russian).
