Центральный металлический портал РФлучшие сервисы для Вашего бизнеса

 ГЛАВНАЯ   МЕТАЛЛОТОРГОВЛЯ   ОБЪЯВЛЕНИЯ   ПРАЙСЫ   КОМПАНИИ   СТАТЬИ   РАБОТА   ФОРУМ   ГОСТы   МАРОЧНИК   КАЛЬКУЛЯТОР   БИРЖЕВЫЕ ЦЕНЫ   ВЫСТАВКИ  

Полезные статьи -> Научные исследования -> Различные аспекты газофазной металлизации -> Различные аспекты газофазной металлизации

Различные аспекты газофазной металлизации

Оглавление статьи Страницы статьи:  1  2  3  ...  14  15  16  17  18  19  ...  28  29  30 

5.2.

Можно ли «перехитрить» термодинамику?

Выше мы уже говорили о том, что термодинамическая возможность протекания любой химической реакции при данной температуре определяется изменением ее свободной энергии Гиббса (изобарно-изотермического потенциала реакции) AGT°.

Если AGT°<0, то реакция термодинамически возможна; если AGт°>0, то она не может быть осуществлена. Абсолютное значение AGT° (при AGT°<0) характеризует насколько изучаемая система отдалена от состояния равновесия — реакции, протекающие с большой потерей AGт°, идут с большей степенью превращения.

Учитывая неудачи, постигшие исследователей при попытке превратить графит в алмаз, были выполнены расчеты для реакции искусственного синтеза алмаза:

С (графит) С (алмаз).

Советский ученый М. X. Карапетьянц в учебнике «Химическая термодинамика», выпущенном в 1953 г., приводит одно пз уравнений AGT°=f(T, р) для этой реакции и его решение.

Уравнение энергии Гиббса превращения графита в алмаз довольно громоздко:

AGT°=541,82+6700/Т-l,17622Т lg Т-2,43723Т--2,21.10-Т2-(0,045560+0,91236-10-6Т--0,7830 •10-10Т2—0,3623 • 10-12 • Т3) р+0,19 • 10~6р2.

Подставляя в это уравнение значения температуры (от 300 до 1200 К) и давления (от 1 до 20 000 кГ/см2), можно получить график, характеризующий изменение свободной энергии Гиббса AGT° реакции получения алмаза из графита в зависимости от технологических параметров процесса — температуры и давления.

Из графика видно, что термодинамически (при AGT°<0) синтез алмаза из графита разрешен в рассматриваемом диапазоне температур лишь при давлении 20 000—40 000 атм, т. е. термодинамика «против» «синтеза алмазов из графита при низких давлениях»!

В 1939 г. в журнале «Успехи химии» (№ 10) советский физик Овсей Ильич Лейпунский в статье «Об искусственных алмазах» впервые сформулировал чет-

кие научные положения об условиях синтеза алмаза. В этой же работе он впервые в мире, предсказал, что принципиально возможен и синтез алмазов при низком давлении. Лейпунский обратил внимание, что многие вещества вокруг нас находятся в термодинамически неустойчивых состояниях. Например, вся выплавленная человеком сталь может самопроизвольно превратиться в ржавчину Fe304, поскольку в обычных условиях молекула Fe304 обладает меньшим запасом энергии, чем три атома Fe и четыре атома О по отдельности.

А если сжечь по 1 г алмаза и графита, выделится соответственно 7875 и 7852 кал тепла, что говорит о большей энергетической выгодности структуры графита. По в отличие от примера со ржавчиной алмаз самопроизвольно при нормальных условиях все же не переходит в графит. Почему? Да потому, что существует так называемая метастабильная область существования нестабильного вещества, в которой оно не переходит в энергетически более выгодное состояние. Для такого перехода метастабильному алмазу, например, требуется температура выше 1450° С.

Лейпунский совершенно логично предположил, что алмаз можно легко получить из графита лишь при таких давлениях и температурах, при которых он термодинамически стабильнее, чем графит. Какие же это условия? Лейпунский их рассчитал: давление (50 000 атм, температура 2000 К. По существу он определил области термодинамической устойчивости графита и алмаза, т. е. предложил фазовую диаграмму углерода. Приводится диаграмма Лейпунского, уточненная в последующих работах различных ученых.

Понадобилось 16 лет для преодоления «технологического» барьера, связанного с использованием особых

конструкций и созданием специальных материалов. И в 1955 г. в США группа ученых (Ф. Банди, X. Холл, X. Стронг и Г. Венторф) впервые демонстрировала «реальные» искусственные алмазы, полученные компанией «Дженерал электрик» при температуре 2500-2700° С и давлении 53 000-100 000 атм. По твердости они по уступали природным, и кристаллы их имели размер в среднем до 1,2 мм.

Несколько позже промышленный синтез алмазов при высоких давлениях и температурах был осуществлен и в Советском Союзе под руководством Леонида Федоровича Верещагина. Было установлено, что целый ряд металлов (хром, марганец, железо, кобальт, никель, тантал и др.) являются катализаторами процесса, приводящими к смягчению условий синтеза искусственных алмазов.

Однако на самую смелую мысль, имеющуюся в работе О. И. Лейпунского, не сразу обратили внимание. Овсей Ильич спорил... с термодинамическими расчетами, которые мы привели выше. «В области, где графит более устойчив, чем алмаз,— писал он,— получение алмаза не является невозможным... Условия для эксперимента очень трудные, но не безнадежные».

Но какие же это условия? В работе Лейпунского об этом ничего не говорилось. Но в ней давалось понять, что если синтез алмаза проводить на поверхности затравочного кристалла, то дальнейший рост его может происходить и в области термодинамической неустойчивости (метастабильности) алмаза, т. е. даже при атмосферном или даже остаточном давлении.

О. И. Лейпунский об этом писал так: «Если образование зародыша алмаза менее вероятно, чем образование зародыша графита, то очень существенно наличие готовой алмазной затравки».

Очень важна еще одна фраза, написанная перед этим: «Здесь решающую роль должна играть кинетика образования зародышей и роста кристаллов алмаза и графита».

Оказалось, нашелся один человек, который обратил самое пристальное внимание на эти идеи Лейпунского. Это был другой советский физик Давид Альбертович Франк-Каменецкий, который в 1942 г. в Казани выполнил теоретическую работу, содержавшую расчеты тех «очень трудных, но не безнадежных» условий синтеза алмаза в условиях его термодинамической нестабильности.

Франк-Каменецкий подробно остановился на вопросе синтеза алмаза при низких давлениях путем наращивания на затравку из углеродсодержащих газов. Он прямо указал на метан как на наиболее подходящий газ — источник «алмазного» углерода для эпитаксиального синтеза.

Расчеты показывали также, что для роста алмаза требуется, чтобы число атомов, соударяющихся с его поверхностью, было не слишком велико. 13 противном случае лишние атомы углерода будут мешать «архитектурному замыслу» скелета растущего кристалла алмаза.

К сожалению, шла война, и рукопись Франк-Каменецкого попала в отчет лишь в 1946 г., да так и осталась не опубликованной в печати... Но идеи снижения давления, использования затравки и поиска новых газообразных источников «алмазного» углерода уже, как говорится, висели в воздухе.

5.3. Отказ от графита и «грубой силы»

Великий русский ученый М. В. Ломоносов жил, как известно, во времена, когда у любознательных ученых мужей не было возможности создавать высокие давления. И все же у Ломоносова в «Химических и оптических записях» имеется идея возможности синтеза искусственных алмазов без давления — «при кристаллизации ставить на зарод почечные алмазы».

По мнению В. И. Рича и М. Б. Черненко, авторов книги «Неоконченная исторпя искусственных алмазов» (М.: Наука, 1976), слово «почечные» означает, по-видимому, малые размеры затравочных кристаллов. В те времена драгоценные камни взвешивались с по

Оглавление статьи Страницы статьи:  1  2  3  ...  14  15  16  17  18  19  ...  28  29  30 

Автор: Администрация   Общая оценка статьи:    Опубликовано: 2011.09.02   

_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

ЛИЧНЫЙ КАБИНЕТ:



запомнить  Регистрация

Металлоторговля:
Объявления
Прайсы (по торг. позициям)
Прайсы (в файлах)

Марки металлов
Калькулятор веса металла

Новости

НОВЫЕ ОБЪЯВЛЕНИЯ

10:22 Медный круг 22 мм

15:02 Вальцы листогибочные трехвалковые И2220

15:01 Металлопрокат в Белоруссию, Грузию, Казахстан, Азербайджан и Армению

14:02 Озонатор-ионизатор АЛТАЙ для очищения воды и воздуха.

12:05 Титановый круг 10 мм

00:10 Гидроабразивная резка

11:14 Трубы б/у 114, 168, 273, 325, 426, 530, 1020 (БОЛЬШИЕ СКИДКИ

10:04 Нержавеющий круг 50х1390 мм

18:23 Универсально-фрезерный станок 6р82ш

16:43 Пластиковые инъекционные пакеры

НОВОСТИ

20 Октября 2018 17:46
Подборка зрелищных технологических операций

20 Октября 2018 17:19
Американский импорт сортовой стали в сентябре упал на 35%

20 Октября 2018 16:49
План по диверсификации кузнечного завода ”КАМАЗа” выполнен досрочно

20 Октября 2018 15:11
Китайский выпуск стали в сентябре вырос на 7,5%

20 Октября 2018 14:42
Татарстан увеличит применение современных алюминиевых материалов в строительстве

20 Октября 2018 14:20
Выпуск железорудных окатышей ”Vale” в 3-м квартале вырос на 8,1%

НОВЫЕ СТАТЬИ

Каминная топка в Санкт-Петербурге

Наиболее часто использующиеся в промышленности деревообрабатывающие станки

Однофазные и трехфазные стабилизаторы напряжения

Пескоструйное оборудование для абразивной обработки изделий

Насосы для нефтяной отрасли

Виды стеллажей и их особенности

Стабилизаторы «Сатурн»: характеристики и преимущества СНЭ-Т-120 Ш

Газобетонные блоки их особенности и применение в строительстве

Приём вторчермета: основные правила и ГОСТы

Стандарты на талрепы для крепления грузов

Душевые ограждения для ванных комнат

Дома из различных видов бруса - основные аспекты

Широкоформатная печать - основные виды подложек

Режущий инструмент для точения Kyocera

Преимущества и особенности расчета методом конечных элементов в производстве

Сталь конструкционная углеродистая

Сталь конструкционная низколегированная

Лист нержавеющий AISI 409 - особенности марки и применение

ПАРТНЕРЫ

Рекомендуем приобрести металлопрокат в СПб от компании РДМ.

 ГЛАВНАЯ   МЕТАЛЛОТОРГОВЛЯ   ОБЪЯВЛЕНИЯ   ПРАЙСЫ   КОМПАНИИ   СТАТЬИ   РАБОТА   ФОРУМ   ГОСТы   МАРОЧНИК   КАЛЬКУЛЯТОР   БИРЖЕВЫЕ ЦЕНЫ   ВЫСТАВКИ  

Рейтинг@Mail.ru

О портале : Информация и правила : Реклама : Тарифы для компаний : Наши контакты : Связаться : Личный кабинет : Регистрация

2009-2018 © Любое копирование материалов без активной ссылки на metallicheckiy-portal.ru запрещено!
Использование материалов в печатных изданиях только с разрешения администрации портала.