[发明专利]一种水下爆炸法制备纳米金刚石的方法

说明书

本发明涉及一种用炸药爆炸法制备纳米金刚石方法的改进。

富碳炸药(如梯恩梯)在爆炸过程中会产生不能被炸药中的氧氧化成气体产物的固体游离碳。这种游离碳在爆炸产生的高温高压下，会部分转化为金刚石。这种金刚石的基本颗粒尺寸为3-10纳米，因此被称之为纳米金刚石。爆炸是在密闭容器中进行，收集到的固体产物中就包含有纳米金刚石。容器中必须充填起保护和冷却作用的介质，以加速炸药爆轰产物的冷却和保护生成的金刚石不被氧化。这方面第一批公开发表的文章出现在1988年。早期的制备工作中都是用非氧化性气体作为冷却和保护介质(如：二氧化碳，氮，爆炸气体产物等)，其中以二氧化碳的结果较好。但是收率不高，而且操作比较复杂。90年代初人们开始使用液体冷却和保护介质。后来人们发现，在试用过的多种液体介质中，水是最好的。人们开发了将炸药药柱浸在水中进行爆炸的方法(美国专利5,353,708；俄罗斯专利2,042,615；日本公开特许03 271,109)。为了克服水中爆炸时由于水的阻力而使爆轰产物的绝热膨胀减慢，因而使爆轰产物的温度下降也减慢的缺点，有人试用过喷水法(Bogdanov，Inorganic Materials，31(6)，742-744(1955)，俄罗斯专利2,036,835)。

以上这些方法，虽已开始使用水作为冷却和保护介质这一优点，但是所用的方法还比较复杂，生产效率也还不够高。

本发明的目的就是针对这些缺点，提出了一种改进的水下爆炸制备纳米金刚石的方法。

一种水下爆炸法制备纳米金刚石的方法，其特征在于该方法是用水做为冷却剂和保护介质，将炸药药柱浸入水中进行爆炸。炸药药柱与水面的距离不小于10厘米。一次爆炸后，生成的固体产物分散在水中，因此第二次爆炸产生的冲击波，虽然也将作用于前一次爆炸生成的固体产物上，但是，由于是水中冲击波，不会产生高温，因而对已生成的金刚石不会有不利的影响。这样就可以在同一批水中，连续多次进行爆炸(几十次，甚至几百次)，最后才将含有固体产物的水取出，进行分离纯化，得到金刚石产品。实验证明，这种多次水下爆炸法得到的金刚石收率(以所消耗炸药的重量为基础)，与一次水下爆炸法得到的收率完全相同。

本发明所提出的方法的主要技术特点是：

用水作为炸药爆炸法制备纳米金刚石的冷却剂和保护剂。由于水的比热大，可以使爆轰产物快速冷却，减少金刚石发生石墨化的可能性，从而提高了金刚石的收率。

水下连续爆炸法是将炸药药柱吊在水中进行爆炸，不需要任何辅助部件，因此工艺特别简单。由于前一次爆炸产生的固体产物与水形成悬浮体，因而可以连续进行多次爆炸，后面爆炸产生的冲击波不会对前面已生成的金刚石产生不利影响。用这种方法可以在多次爆炸后，才收集爆炸产物，进行分离纯化。从而大大提高了生产效率。

实施例1：

在一个容积为2立方米的钢制爆炸容器中，放入清水约1000升。用一个50％梯恩梯-50％黑索今的注装药柱(直径40毫米，高100毫米，重量约200克)，上面粘一个直径25毫米，高25毫米的钝感黑索今或钝感泰安压装药柱作为传爆药柱，其上再粘一个木制雷管圈(外径约25毫米，中间有孔，直径与雷管匹配)，将雷管插入木圈中。用棉线将已装配好的炸药药柱吊在爆炸容器中，使炸药药柱浸入水中，其上端与水面的距离不小于10厘米。接好雷管导线，将爆炸容器关闭后，引爆炸药。5分钟后打开爆炸容器盖，将另一组已装配好的与上面所说完全相同的炸药药柱，吊入爆炸容器内的水中，关闭容器盖，再次引爆炸药。如此重复50次后，将水取出，滤去杂物。经沉淀，离心，烘干，得到未经精制的黑色固体产物2570克。经过硫酸-硝酸处理除去非金刚石碳，再经过稀盐酸处理除去金属杂质，再经水洗和烘干，得到纳米金刚石粉822克。总共消耗炸药10150克，金刚石收率为8.1％。

实施例2：

用与实施例1相同的方法进行水下连续爆炸。每次爆炸炸药约500克。共进行20次。共消耗炸药9970克，得到未精制的黑色固体产物2610克。经分离纯化，得到纳米金刚石粉778克，收率为7.7％。实施例3：

用与实施例1相同的方法进行水下爆炸，每次爆炸炸药约200克，共进行200次。总共消耗炸药39870克，分离纯化后得到纳米金刚石粉3030克，收率7.6％。