Покрытая частица - RU2697123C1

Чертежи

Показать все 7 чертежа(ей)

Описание

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[0001] Настоящее изобретение относится к покрытой частице, образованной путем покрывания поверхности частицы основного материала углеродными частицами, полученными способом детонации.

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0002] Наноразмерный алмаз (также называемый «наноалмазом») обладает большим числом замечательных свойств, таких как высокая твердость и чрезвычайно низкий коэффициент трения, и поэтому он уже используется в различных областях, и, как чрезвычайно перспективный новый материал, он продолжает исследоваться на предмет его новых применений.

[0003] Было известно, что наноалмаз может быть синтезирован, например, с использованием реакции детонации высокоэнергетического взрывчатого вещества. Этот способ синтеза обычно называют детонационным способом, в котором осуществляют детонацию только с исходным веществом, содержащим ароматическое соединение с тремя или более нитрогруппами (именуемое в дальнейшем «маломощным взрывчатым сырьем»), в качестве источника углерода, и атомы углерода, отщепившиеся от и высвобожденные из составляющей маломощное взрывчатое сырье молекулы при реакции детонации, образуют наноалмаз при высокой температуре и высоком давлении во время детонации (см., например, непатентный документ 1).

[0004] Производство наноалмазов способом детонации до настоящего времени осуществлялось, например, в восточноевропейских странах, таких как Россия и Украина, в Соединенных Штатах Америки, Китае и т.п. Поскольку в этих странах в качестве маломощного взрывчатого сырья, которое является источником углерода, доступны по низкой цене ненужные военные маломощные взрывчатые вещества, то использовались тринитротолуол (TNT) или взрывчатая смесь TNT и циклотриметилентринитроамина (RDX, также называемого гексогеном) или циклотетраметилентетранитроамина (HMX, также называемого октогеном) и т.п.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

[0005] ПАТЕНТНАЯ ЛИТЕРАТУРА

Патентный документ 1: Японский патент № 4245310

Патентный документ 2: Японский патент № 5155975

[0006] НЕПАТЕНТНАЯ ЛИТЕРАТУРА

Непатентный документ 1: Yozo Kakudate (автор), «2-3. Dynamic High Pressure (Detonation Method)», Industrial Diamond Association of Japan (редактор), «Handbook of Diamond Technology», NGT, January 2007, pp. 28 to 33.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ПРОБЛЕМЫ, РЕШАЕМЫЕ ИЗОБРЕТЕНИЕМ

[0007] Ожидается, что потребность в наноалмазах будет все больше возрастать в будущем с развитием их применения. Однако, что касается производства с использованием ненужных военных маломощных взрывчатых веществ, имеется предел в объеме производства. Следовательно, существует вероятность того, что поставки на мировом рынке в будущем будут сокращаться. Тогда ожидается внутреннее производство. Однако в соответствии с вышеупомянутым способом уровня техники наноалмаз нельзя получать с высоким выходом. Следовательно, существует проблема экономической нерентабельности производства наноалмазов.

[0008] Углеродные частицы, полученные способом детонации, содержат не только наноалмаз, но и углеродные примеси, состоящие главным образом из наноразмерного графитового углерода (далее именуемого «нанографитом»), который является углеродной фракцией, не имеющей алмазной структуры. То есть, исходное вещество испытывает детонацию, посредством чего исходное вещество разлагается до атомного уровня, и атомы углерода, высвобождаемые из него без окисления, агрегируются в твердом состоянии, образуя углеродные частицы. Во время детонации исходное вещество находится в состоянии высокой температуры и высокого давления из-за реакции разложения. Однако исходное вещество немедленно расширяется и охлаждается. Этот процесс перехода от состояния высокой температуры и высокого давления к состоянию пониженного давления и охлаждения происходит за очень короткий промежуток времени по сравнению с обычным горением или дефлаграцией, которая представляет собой явление более медленного взрыва, чем детонация, и поэтому нет времени, когда агрегированный углерод мог бы расти в значительной степени. Поэтому образуется наноалмаз. Когда в качестве исходного вещества используется высокоэнергетическое взрывчатое вещество (такое как взрывчатая смесь TNT и RDX), известное как типичное высокоэнергетическое взрывчатое вещество, вызывающее детонацию, давление при детонации становится достаточно высоким, чтобы позволить образующимся углеродным частицам содержать много наноалмазов в соответствии с термодинамической равновесной фазовой диаграммой углерода. С другой стороны, атомы углерода, которые не формируют алмазную структуру, становятся нанографитом или т.п.

[0009] Из углеродных частиц нанографит и другие, отличающиеся от наноалмазов, рассматривались как нежелательные и мешающие использовать превосходные свойства наноалмаза. Следовательно, уровень техники фокусировался на том, как в максимально возможной степени устранить углеродные примеси, такие как нанографит, чтобы тем самым очистить наноалмазы с помощью различных способов очистки или химической обработки (см., например, патентные документы 1 или 2). Однако нанографит, например, имеет более низкую твердость и более высокую электропроводность, чем наноалмаз. В дополнение к таким отличающимся от наноалмаза физическим свойствам, нанографит также характеризуется тем, что с нанографитом могут связываться различные виды атомов или функциональных групп помимо углерода, так что могут быть обеспечены новые функции. Соответственно, нанографит привлек внимание как перспективный новый материал, способный обеспечивать различные свойства при его применении в смеси с наноалмазом.

[0010] Задачей настоящего изобретения состоит в том, чтобы эффективно производить углеродные частицы способом детонации с использованием маломощного взрывчатого сырья, и предложить новый материал с использованием полученных углеродных частиц.

СРЕДСТВА ДЛЯ РЕШЕНИЯ ПРОБЛЕМ

[0011] В покрытой частице в соответствии с изобретением, способной решить вышеупомянутую проблему, поверхность частицы основного материала покрыта углеродными частицами, полученными посредством стадии расположения взрывчатого вещества, которое проявляет жидкое состояние при нормальной температуре и нормальном давлении, на периферии исходного вещества, содержащего ароматическое соединение с тремя или более нитрогруппами, и стадии детонирования этого взрывчатого вещества.

[0012] Углеродные частицы могут быть фторированы.

[0013] Изобретение также включает в себя функциональный материал, в котором вышеупомянутые покрытые частицы нанесены на поверхность материала подложки.

[0014] Покрытая частица в соответствии с изобретением может быть получена способом, включающим в себя стадию расположения взрывчатого вещества, которое проявляет жидкое состояние при нормальной температуре и нормальном давлении, на периферии исходного вещества, содержащего ароматическое соединение с тремя или более нитрогруппами, стадию детонирования этого взрывчатого вещества с получением углеродных частиц и стадию покрывания поверхностей частиц основного материала полученными углеродными частицами способом механического объединения.

[0015] Поверхность частицы основного материала может быть покрыта углеродными частицами способом механического объединения после фторирования углеродных частиц.

[0016] Когда покрытые частицы, полученные вышеупомянутым способом получения, нанесены на поверхность материала подложки, может быть получен функциональный материал в соответствии с изобретением.

[0017] Покрытые частицы, полученные вышеупомянутым способом получения, могут быть нанесены на поверхность материала подложки и затем фторированы с получением функционального материала в соответствии с изобретением.

[0018] Покрытые частицы могут наноситься на поверхность материала подложки методом напыления, прокатки или металлизации.

[0019] В данном описании высокоэнергетическое взрывчатое вещество означает вещество, способное осуществлять реакцию детонации, и может включать в себя маломощное взрывчатое сырье. В дополнение, взрывчатое вещество означает вещество, вызывающее внезапную реакцию горения. Взрывчатые вещества обычно грубо классифицируются на твердые взрывчатые вещества, не обладающие жидкотекучестью при нормальной температуре и нормальном давлении, и жидкие высокоэнергетические взрывчатые вещества, обладающие жидкотекучестью при нормальной температуре и нормальном давлении. Если явно не указано иное, взрывчатое вещество в настоящем документе означает жидкое высокоэнергетическое взрывчатое вещество, обладающее жидкотекучестью при нормальной температуре и нормальном давлении.

ПРЕИМУЩЕСТВА НАСТОЯЩЕГО ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0020] В соответствии со способом получения по изобретению углеродные частицы, содержащие наноалмаз и нанографит, могут быть получены способом детонации с использованием маломощного взрывчатого сырья и жидкого высокоэнергетического взрывчатого вещества. Эти углеродные частицы имеют более высокую долю содержания наноалмаза, чем частицы уровня техники, полученные способом детонации с использованием одного только маломощного взрывчатого сырья или с использованием маломощного взрывчатого сырья вместе с твердым взрывчатым веществом. Когда поверхность частицы основного материала покрыта полученными таким образом углеродными частицами, может быть получен новый материал.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0021] [Фиг. 1] Фиг. 1 представляет собой вид в разрезе, схематично показывающий пример взрывного устройства, используемого в способе получения по настоящему изобретению.

[Фиг. 2] Фиг. 2 представляет собой схематическую диаграмму для объяснения процесса механического объединения.

[Фиг. 3] Фиг. 3 показывает фотографию, на которой сняты углеродные частицы, полученные в Экспериментальном примере 3 (3#5).

[Фиг. 4] Фиг. 4 показывает снятые с помощью просвечивающего электронного микроскопа (ПЭМ) фотографии углеродных частиц, полученных в Экспериментальном примере 3 (3#5).

[Фиг. 5] Фиг. 5 представляет собой рентгенодифрактограмму углеродных частиц, полученных в Экспериментальном примере 3 (3#5).

[Фиг. 6] Фиг. 6 представляет собой график, показывающий калибровочную кривую, используемую при определении доли содержания алмаза в углеродных частицах.

[Фиг. 7] Фиг. 7а показывает фотографию, на которой снята поверхность частицы уретановой смолы, а Фиг. 7b показывает фотографию, на которой снята поверхность частицы уретановой смолы, покрытой углеродными частицами.

[Фиг. 8] Фиг. 8 показывает фотографии, на которых снят разрез покрытой частицы.

[Фиг. 9] Фиг. 9а показывает фотографию, на которой снята поверхность частицы инактивированного глинозема, а Фиг. 9b показывает фотографию, на которой снята поверхность частицы инактивированного глинозема, покрытой углеродными частицами.

[Фиг. 10] Фиг. 10 показывает фотографии, на которых снят разрез покрытой частицы.

[Фиг. 11] Фиг. 11а показывает фотографию, на которой снята поверхность частицы алюминия, а Фиг. 11b показывает фотографию, на которой снята поверхность частицы алюминия, покрытой углеродными частицами.

[Фиг. 12] Фиг. 12 показывает фотографии, на которых снят разрез покрытой частицы.

[Фиг. 13] Фиг. 13а показывает фотографию, на которой снят лист нержавеющей стали SUS304, используемый в качестве материала подложки, а Фиг. 13b показывает фотографию, на которой снят функциональный материал с нанесенными на поверхность материала подложки покрытыми частицами.

[Фиг. 14] Фиг. 14а показывает снятую с помощью оптического микроскопа фотографию, на которой изображен разрез функционального материала, показанного на фотографии Фиг. 13b, а Фиг. 14b показывает фотографию, на которой увеличена часть, выделенная прямоугольником на фотографии с Фиг. 14а.

ВАРИАНТЫ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0022] Авторы настоящего изобретения изучали способ, которым можно было бы эффективно получать содержащие наноалмаз и нанографит углеродные частицы способом детонации. В результате авторы настоящего изобретения нашли, что при производстве содержащих наноалмаз и нанографит углеродных частиц способом детонации с использованием маломощного взрывчатого сырья углеродные частицы, имеющие более высокое содержание наноалмаза, чем в вышеупомянутом уровне техники, могут быть получены в том случае, когда реакцию детонации осуществляют с расположенным вокруг маломощного взрывчатого сырья взрывчатым веществом, которое проявляет жидкое состояние при нормальной температуре и нормальном давлении. Таким образом, авторы изобретения подали заявку на патент Японии № 2014-113057. После этого, в результате дополнительных обширных исследований авторы изобретения обнаружили, что покрытая частица, в которой поверхность частицы основного материала покрыта углеродными частицами, полученными вышеупомянутым способом получения, является полезной в качестве нового материала. Таким образом, авторы изобретения завершили настоящее изобретение.

[0023] Сначала будет приведено описание способа получения вышеупомянутых углеродных частиц. Способ получения углеродных частиц, который будет описан ниже, является тем же самым, что и в вышеупомянутой заявке на патент Японии № 2014-113057.

<<Способ получения углеродных частиц>>

[0024] Вышеупомянутые углеродные частицы получают способом детонации. Способ получения углеродных частиц характеризуется тем, что включает стадии расположения взрывчатого вещества, которое проявляет жидкое состояние при нормальной температуре и нормальном давлении, на периферии исходного вещества, содержащего ароматическое соединение с тремя или более нитрогруппами, и стадии детонирования этого взрывчатого вещества. Этот способ будет описан в порядке следования стадий.

[0025] В вышеупомянутом способе получения сначала располагают взрывчатое вещество, которое проявляет жидкое состояние при нормальной температуре и нормальном давлении, на периферии исходного вещества, содержащего ароматическое соединение с тремя или более нитрогруппами. Ароматическое соединение с тремя или более нитрогруппами является маломощным взрывчатым сырьем, содержащимся в исходном веществе в качестве источника углерода для способа детонации. С другой стороны, взрывчатое вещество, которое проявляет жидкое состояние при нормальной температуре и нормальном давлении, является веществом, вызывающим устойчивую детонацию для получения углеродных частиц из исходного вещества. Когда молекула, образующая взрывчатое вещество, содержит атомы углерода, взрывчатое вещество может служить источником углерода вместе с исходным веществом.

[0026] Пример ароматического соединения с тремя или более нитрогруппами может включать соединение, имеющее структуру, в которой три или более атомов водорода ароматического кольца, такого как бензол, толуол или антрацен, замещены нитрогруппами.

[0027] Вышеупомянутое ароматическое соединение может иметь иной заместитель, отличающийся от нитрогрупп. Примеры таких заместителей могут включать алкильную группу, гидроксильную группу, гидроксиалкильную группу, аминогруппу, галогеновую группу и т.п.

[0028] Может иметь место случай, в котором присутствуют позиционные изомеры в зависимости от взаимного расположения нитрогрупп или заместителей. Однако все позиционные изомеры могут использоваться в вышеупомянутом способе получения. Например, когда ароматическое соединение является тринитротолуолом, возможны 6 видов изомеров в соответствии с взаимным расположением этих трех нитрогрупп и одной метильной группы. В данном описании тринитротолуол означает 2,4,6-тринитротолуол, если явно не указано иное.

[0029] Примеры таких ароматических соединений могут включать тринитротолуол (также называемый TNT), тринитрофенилметилнитрамин (также называемый тетрилом) и т.д. Из этих ароматических соединений TNT является особенно предпочтительным из-за его легкой доступности. Каждое из этих ароматических соединений может использоваться по отдельности, или два или более вида этих ароматических соединений могут использоваться вместе.

[0030] В дополнение, конкретные примеры исходного вещества, содержащего такое ароматическое соединение, могут включать взрывчатую смесь, содержащую RDX и TNT в качестве ее главных компонентов, такую как Состав B, Cyclotol (75/25), (70/30) или (65/30), Состав B-2; взрывчатую смесь, содержащую HMX и TNT в качестве ее главных компонентов, такую как Octol (75/25), и т.д. Конкретные примеры использования двух или более видов ароматических соединений могут включать взрывчатую смесь, содержащую TNT и тетрил в качестве ее главных компонентов, такую как Tetritol.

[0031] Доля содержания ароматического соединения с тремя или более нитрогруппами в вышеупомянутом исходном веществе обычно составляет 50 мас.% или более, предпочтительно 80 мас.% или более, предпочтительнее 90 мас.% или более, а еще предпочтительнее 95 мас.% или более, относительно полной массы исходного вещества. Наиболее предпочтительно, чтобы доля содержания ароматического соединения с тремя или более нитрогруппами имела верхний предел, равный 100 мас.%. Однако этот верхний предел может быть предпочтительно равен 99 мас.% или примерно 98 мас.%.

[0032] В качестве взрывчатого вещества в вышеупомянутом способе получения используется жидкое высокоэнергетическое взрывчатое вещество, обладающее жидкотекучестью при нормальной температуре и нормальном давлении.

[0033] Когда жидкое высокоэнергетическое взрывчатое вещество используется в качестве взрывчатого вещества, высока степень свободы в выборе формы, увеличение размера является легким, а технологичность или безопасность может быть повышена по сравнению со случаем использования твердого высокоэнергетического взрывчатого вещества.

[0034] Вышеупомянутое жидкое высокоэнергетическое взрывчатое вещество может не содержать углерода в качестве входящего в его состав элемента.

[0035] Примеры таких жидких высокоэнергетических взрывчатых веществ могут включать смесь гидразина и нитрата гидразина, смесь гидразина и нитрата аммония, смесь гидразина, нитрата гидразина и нитрата аммония, нитрометан, смеси гидразина и нитрометана и т.п. В данном описании гидразин может включать в себя гидрат гидразина, т.е. его гидратированную форму.

[0036] Важно подходящим образом выбирать и использовать вид и состав взрывчатого вещества так, чтобы скорость детонации взрываемого отдельно взрывчатого вещества была более высокой, чем скорость детонации взрываемого отдельно исходного вещества.

[0037] Используемые количества вышеупомянутого исходного вещества и вышеупомянутого взрывчатого вещества могут регулироваться по отдельности и подходящим образом в соответствии с желаемым количеством углеродных частиц. Хотя оно конкретно не ограничено, их массовое соотношение (взрывчатое вещество/исходное вещество) предпочтительно составляет 0,1 или более, а предпочтительнее 0,2 или более. В дополнение, это массовое соотношение предпочтительно составляет 1 или менее, предпочтительнее 0,9 или менее, а еще предпочтительнее 0,8 или менее. Когда пропорция их используемых количеств составляет 0,1 или более, возможно сильнее способствовать реакции детонации, так что выход углеродных частиц может быть дополнительно повышен. С другой стороны, когда пропорция их используемых количеств составляет 1 или менее, используемое количество взрывчатого вещества может быть сделано подходящим, так что затраты на производство углеродных частиц могут быть уменьшены.

[0038] В данном описании пропорция, выраженная массовым отношением, с которой углеродные частицы могут быть извлечены из углерода, находящегося в исходном веществе, упоминается как «выход углеродных частиц», который является массовым отношением углеродных частиц к исходному веществу. В дополнение, пропорция, выраженная массовым отношением, с которой наноалмаз может быть извлечен из углерода, находящегося в исходном веществе, упоминается как «выход наноалмаза», который является массовым отношением наноалмаза к исходному веществу.

[0039] Выше был описан способ получения углеродных частиц.

[0040] Далее со ссылкой на чертежи будет подробно описан вариант осуществления этого способа получения углеродных частиц. Фиг. 1 представляет собой вид в разрезе, схематично показывающий пример взрывного устройства для использования в вышеупомянутом способе получения. Взрывное устройство, показанное на Фиг. 1, является всего лишь примерным. Оно не предназначено для какого-либо ограничения изобретения.

[0041] Сначала на периферии исходного вещества 10 размещают взрывчатое вещество 12. При размещении взрывчатого вещества 12 на периферии исходного вещества 10 предпочтительно симметрично располагать исходное вещество 10 и взрывчатое вещество 12 таким образом, чтобы высокая температура и высокое давление, связанные с ударной волной, создаваемой детонацией взрывчатого вещества 12, прикладывались к исходному веществу 10 как можно более равномерно, а именно таким образом, что обеспечивается симметрия формы взрыва. Следовательно, следующий прием может использоваться с учетом того факта, что исходное вещество 10 является твердым, а взрывчатое вещество 12 является жидким высокоэнергетическим взрывчатым веществом. А именно, исходное вещество 10 заливают или запрессовывают с приготовлением столбчатого формованного тела, и это столбчатое формованное тело помещают в центральной части внутреннего пространства цилиндрического контейнера так, чтобы их осевые направления совпадали друг с другом. После этого жидкое высокоэнергетическое взрывчатое вещество вводится на его периферии. Альтернативно, после того как жидкое высокоэнергетическое взрывчатое вещество введено в цилиндрический контейнер, формованное тело может быть помещено в центральной части внутреннего пространства цилиндрического контейнера так, чтобы их осевые направления совпадали друг с другом. Контейнер, вмещающий исходное вещество 10 и взрывчатое вещество 12, будет именоваться в дальнейшем «взрывной контейнер». В качестве взрывного контейнера 20 предпочтительно использовать контейнер, выполненный из синтетической смолы, такой как акриловая смола, поскольку это позволяет предотвратить загрязнение примесями, такими как металлы.

[0042] В вышеупомянутом способе получения взрывчатое вещество 12 затем детонируют для образования углеродных частиц из исходного вещества 10. Ударная волна, создаваемая реакцией детонации взрывчатого вещества 12, распространяется к исходному веществу 10, исходное вещество 10 сжимается этой ударной волной, испытывая детонацию, и атомы углерода, отщепляющиеся и высвобождаемые из органических молекул, составляющих исходное вещество 10, превращаются в углеродные частицы, содержащие нанографит и наноалмаз.

[0043] Детонация может осуществляться либо в открытой системе, либо в закрытой системе. Для того чтобы осуществить детонацию в открытой системе, детонация может выполняться, например, в подземных полостях или галереях, образующихся при подземных работах. Детонация в закрытой системе предпочтительно выполняется в таком состоянии, когда камера из металла заполнена исходным веществом и взрывчатым веществом. Состояние, в котором камера из металла заполнена исходным веществом и взрывчатым веществом, является, например, таким состоянием, в котором сформованное тело из исходного вещества и взрывчатого вещества или взрывной контейнер с хранящимися в нем исходным веществом и взрывчатым веществом подвешивают в этой камере. Предпочтительно осуществлять детонацию в закрытой системе, потому что это помогает предотвратить разброс остатка по большой площади.

[0044] Камера, используемая для осуществления детонации, в дальнейшем будет упоминаться как «взрывная камера». Взрывная камера может быть выполнена из металла или из бетона, при условии, что она имеет достаточную прочность для того, чтобы выдержать детонацию.

[0045] В случае, при котором детонация осуществляется во взрывной камере, когда атмосфера во взрывной камере по существу не содержит кислорода при появлении детонации, реакция окисления углеродной фракции может быть предотвращена. Следовательно, выход углеродных частиц может быть улучшен. Для того чтобы получить такую атмосферу, например, газ во взрывной камере может быть замещен инертным газом, таким как газообразный азот, газообразный аргон или газообразный диоксид углерода; взрывная камера может быть вакуумирована до давления приблизительно от -0,1 до -0,01 МПа маном. (здесь «маном.», стоящее после единицы давления, означает, что давление является манометрическим, причем то же применимо ниже); или после удаления воздуха (кислорода) из взрывной камеры путем вакуумирования такой инертный газ может быть введен во взрывную камеру до слабого положительного давления примерно от +0,000 до +0,001 МПа маном.

[0046] Кроме того, предпочтительно располагать охладитель вокруг исходного вещества и взрывчатого вещества во взрывной камере. При размещении охладителя образовавшийся наноалмаз может быть быстро охлажден для предотвращения его фазового перехода в нанографит. Для того, чтобы расположить охладитель, например, вышеупомянутое сформованное тело или взрывной контейнер 20 могут быть размещены в охлаждающем контейнере 30, и охладитель 32 может быть помещен в зазор между охлаждающим контейнером 30 и сформованным телом или взрывным контейнером 20. При этом, когда охладитель 32 является веществом, которое может по существу предотвратить образование окислительного вещества, такого как кислород или озон, реакция окисления углеродной фракции может быть ингибирована. Следовательно, выход углеродных частиц улучшается. Для того чтобы получить подобный охладитель 32, например, может быть удален растворенный в охладителе 32 газообразный кислород, или же может использоваться охладитель 32, который не содержит составляющих его элементов, образующих какое-либо окисляющее вещество, такое как кислород или озон. Примеры таких охладителей 32 могут включать воду, галогенированные алкилы (такие как хлорфторуглероды и тетрахлорид углерода) и т.п. Вода является особенно предпочтительной, потому что она по существу не оказывает неблагоприятного влияния на окружающую среду.

[0047] Хотя взрывчатое вещество 12 обычно взрывается при использовании детонатора или детонирующего шнура для того, чтобы более надежно вызвать детонацию, усилитель 22 детонатора может использоваться между взрывчатым веществом 12 и детонатором или детонирующим шнуром. В этом случае после того, как усилитель 22 детонатора и детонатор или детонирующий шнур 24 присоединены к сформованному телу или взрывному контейнеру 20, они, например, загружаются во взрывную камеру. Примеры таких усилителей 22 детонатора могут включать в себя Состав C-4, SEP производства компании Asahi Kasei Chemicals Corporation и т.п.

[0048] При использовании охладителя 32 предпочтительно, чтобы вышеупомянутое сформованное тело или взрывной контейнер 20 размещались во влагонепроницаемом контейнере (например, мешке из олефиновой синтетической смолы, такой как полиэтилен или полипропилен), чтобы охладитель 32 не мог проникнуть во взрывной контейнер 20. После установки таким образом, когда взрывчатое вещество 12 взрывается для осуществления детонации, в остатке получаются углеродные частицы, содержащие нанографит и наноалмаз.

[0049] В вышеупомянутом способе получения остаток, полученный на стадии детонации, может содержать в качестве примесей взорванные обломки, такие как обломки контейнера, проводов или проволоки. В таком случае предпочтительно предусмотреть стадию удаления обломков из остатка, полученного после стадии детонации, чтобы извлечь углеродные частицы. На этой стадии извлечения углеродных частиц, например, когда выполняется обработка классификацией/очисткой, углеродные частицы могут быть получены в форме сухого порошка с желаемым размером частиц. Как правило, сначала, после удаления грубых обломков из остатка, полученного на стадии детонации, получившийся остаток просеивают на сите или т.п. и разделяют на проходящий через сито материал (просев) и остаток на сите, и просев извлекают. Остаток на сите может быть измельчен, а затем снова классифицирован. От полученного в итоге просева отделяют воду, приготовив сухой порошок. При этом размер отверстий сита подбирают должным образом, и обработку классификацией/очисткой повторяют. Затем материал, прошедший через сито с отверстиями, соответствующими желаемому размеру частиц, может быть получен в качестве продукта. Более подробно, например, когда детонация выполняется во взрывной камере с использованием воды в качестве охладителя 32, содержащую остаток воду извлекают, с последующим разделением отстаиванием. После удаления грубых обломков надосадочную жидкость извлекают в качестве ненужной текучей среды, а осадок классифицируют на сите или т.п., получая прошедший через сито материал. Часть образовавшейся углеродной фракции может остаться прилипшей к обломкам. Поэтому остаток на сите измельчают и разделяют посредством ультразвуковой вибрации или т.п. и снова классифицируют на сите или т.п. Например, остаток на сите с размером отверстия примерно 100 мкм является главным образом обломками взрыва, такими как обломки взрывного контейнера 20, проводов или проволоки. Следовательно, такой остаток на сите утилизируется как промышленные отходы после извлечения. Из частиц, прошедших через сито с отверстием примерно 100 мкм, остаток на сите с отверстием примерно 32 мкм может быть измельчен и отделен посредством ультразвуковой вибрации или т.п. и снова классифицирован на сите или т.п. Предпочтительно извлекать в качестве конечного продукта посредством этих операций материал, прошедший через сито с отверстиями примерно 32 мкм. Что касается извлеченного продукта, то воду отделяют посредством центрифугирования или т.п., а затем его сушат, получая порошок углеродных частиц, имеющих желаемый размер.

[0050] Например, когда в качестве взрывного контейнера 20 используется контейнер из акриловой смолы, получаемый на стадии детонации остаток может быть загрязнен частицами или порошком акриловой смолы. В этом случае акриловая смола может быть удалена, например, с помощью вымывания акриловой смолы ацетоном.

[0051] Кроме того, в некоторых приложениях иногда нежелательно загрязнение металлом, таким как железо. В таком случае, например, металл, такой как железо, может быть удален с помощью обработки горячей концентрированной азотной кислотой.

[0052] Углеродные частицы, полученные в вышеупомянутом способе получения, содержат наноалмаз и нанографит.

[0053] Углеродные частицы могут быть охарактеризованы долей содержания углеродной фракции, выраженной массовым отношением. Как описано выше, исходное вещество испытывает детонацию, посредством чего исходное вещество разлагается до атомарного уровня, и атомы углерода, высвобождаемые из него без окисления, агрегируются в твердом состоянии, образуя углеродные частицы. Во время детонации исходное вещество находится в состоянии высокой температуры и высокого давления из-за реакции разложения. Однако исходное вещество немедленно расширяется и охлаждается. Этот процесс перехода от состояния высокой температуры и высокого давления к состоянию пониженного давления и охлаждения происходит за очень короткий промежуток времени по сравнению с обычным горением или дефлаграцией, которая представляет собой явление взрыва более медленного, чем детонация, и поэтому нет времени на то, чтобы агрегированный углерод мог расти в значительной степени. А значит, формируются наноразмерные углеродные частицы.

[0054] Когда в качестве исходного вещества используется высокоэнергетическое взрывчатое вещество, известное как вызывающее детонацию, давление во время детонации становится достаточно высоким для того, чтобы позволить образующимся частицам углерода содержать много наноалмаза в соответствии с фазовой диаграммой термодинамического равновесия углерода. С другой стороны, когда в качестве исходного вещества используется невысокоэнергетическое взрывчатое вещество, давление во время детонации является недостаточно высоким для того, чтобы синтезировать наноалмаз. А значит, получаются иные наноразмерные углеродные частицы, отличные от наноалмаза. Эти углеродные частицы содержат много нанографита. Следовательно, соотношением между наноалмазом и нанографитом можно управлять с помощью давления во время детонации исходного вещества.

[0055] В дополнение, важно выбирать исходное вещество, имеющее такой состав, который не окисляет высвобождающийся углерод.

[0056] Кроме того, предпочтительно, чтобы окисляющее вещество, такое как кислород или озон, которое может окислить высвобожденный углерод с образованием газа, такого как CO или CO₂, удалялось из детонационной системы в максимально возможной степени.

[0057] Исходя из литературы (Satoshi Tomita et al., «Diamond nanoparticles to carbon onions transformation: X-ray diffraction studies», Carbon 40, pp.1469-1474 (2002), Dilip K. Singh et al, «Diameter dependence of interwall separation and strain in multiwalled carbon nanotubes probed by X-ray diffraction and Raman scattering studies», Diamond & Related Materials 19, pp.1281-1288 (2010), и т.д.) и полученных результатов рентгеновской дифракции детонационных наноалмазов в описанной ниже части, можно предположить, что пик, при котором дифракционный угол 2θ рентгенодифракционных данных, измеренных с помощью трубки Cu(K), находится вблизи 24-26° (именуемый в дальнейшем «пиком около 26°»), происходит от наноуглеродного вещества, состоящего главным образом из слоистой структуры sp2 углерода. В дополнение, появляется пик в этой области и для (многослойных) углеродных нанотрубок из двух слоев, трех слоев и т.п.

[0058] С помощью рентгенодифракционных данных можно подтвердить наличие наноалмаза. Однако, что касается наноразмерных углеродных частиц, не ясно, какого рода вещество содержится в них помимо нанографита и тонкодисперсных многослойных углеродных нанотрубок, обеспечивающих пик около 26°. Тонкодисперсные монослойные (однослойные) углеродные нанотрубки или различные фуллерены не вносят вклада в пик около 26°. Следовательно, полученное их количество не включается в количественный результат, основанный на пике около 26°. Кроме того, можно предположить, например, что наноразмерные углеродные частицы, слоистая (графитовая) структура которых была изменена на турбостратную структуру вследствие детонации, также включаются в пик около 26°. Нельзя исключить и того, что смесь пиков этих деформированных наноразмерных углеродных частиц может растягивать ширину пика около 26°. Однако по ПЭМ-фотографиям было доказано, что полученное количество тонкодисперсных монослойных (однослойных) углеродных нанотрубок, различных фуллеренов и т.д. мало. То есть, когда углеродные частицы получают детонационным способом, предполагается, что получаемое количество наноразмерных углеродных частиц, которые не представлены пиком около 26°, может быть задано в определенном диапазоне пропорций с низкой массовой долей. Поэтому оценено, что большой погрешности не возникает даже в том случае, когда весь отличающийся от алмаза углерод рассматривается как графитовый углерод. Кроме того, предполагается, что углерод с другой структурой является редким.

[0059] Исходя из вышеупомянутого уровня техники, предполагается, что если виды, количества и строения исходного вещества и взрывчатого вещества определяются в описанном способе получения, получаемые этим способом получения наноалмаз и нанографит могут быть заданы в определенном диапазоне значений массового соотношения. Поэтому считается, что большой погрешности не возникает даже при рассмотрении всего углерода, отличающегося от наноалмаза, как нанографита. То есть считается, что углерод с другой структурой, чем наноалмаз и нанографит, редок. Таким образом, при допущении, что отличающийся от наноалмаза углерод представляет собой нанографит, может быть получено соотношение между наноалмазом и нанографитом.

[0060] Вышеупомянутые углеродные частицы содержат наноалмаз и нанографит. Предпочтительно, однако, чтобы используемые в изобретении углеродные частицы имели сравнительно высокую долю содержания наноалмаза. Когда G обозначает массу нанографита, а D обозначает массу наноалмаза, предпочтительно, чтобы нижний предел массового соотношения G/D был как можно ближе к 0. То есть, массовое соотношение G/D предпочтительно составляет больше 0. Верхний предел массового соотношения G/D конкретно не ограничен. Массовое соотношение G/D предпочтительно составляет 10 или менее, предпочтительнее 8 или менее, а еще предпочтительнее 6 или менее. Массовое соотношение G/D получается методом, который будет описан в следующих примерах.

[0061] Покрытая частица в соответствии с изобретением характеризуется строением, при котором поверхность частицы основного материала покрыта углеродными частицами, полученными вышеупомянутым способом получения. Когда поверхность частицы основного материала покрыта вышеупомянутыми углеродными частицами, эта покрытая частица может использоваться в качестве нового исходного материала (сырья) в различных приложениях.

[0062] В покрытой частице предпочтительно, чтобы поверхность частицы основного материала была покрыта углеродными частицами, толщина пленки из которых достигает 0,004 мкм. То есть, когда углеродные частицы наносятся самым тонким образом, рекомендуется задавать толщину пленки на 0,004 мкм. Толщина пленки может составлять 1 мкм или более. Верхний предел толщины пленки конкретно не ограничен. Например, толщина пленки может составлять 10 мкм или менее.

[0063] Вид частиц основного материала конкретно не ограничен. Примеры частиц основного материала могут включать углерод, смолу, стекло, керамику, металл, природное сырье и т.д. Примеры углерода могут включать искусственный графит. Примеры смол могут включать акриловую смолу, уретановую смолу, нейлон, полиэтилен, высокомолекулярный полиэтилен, политетрафторэтилен и т.д. Примеры стекол могут включать различные аморфные стекла, кристаллизованные стекла и т.д. Примеры керамики могут включать SiC, неактивный глинозем, кремнезем, диоксид титана, диоксид циркония и т.д. Примеры металлов могут включать алюминий, чистую медь, бронзу, латунь, углеродистую сталь, нержавеющую сталь, мартенситностареющую сталь, сплавы на основе никеля и т.д. В дополнение, может использоваться синтетический цеолит, природное сырье, такое как древесная щепа или стружка, минералы, угли и каменистые породы, и т.д.

[0064] Размер частиц основного материала конкретно не ограничен. Например, частицы основного материала могут иметь размер примерно от 2 до 550 мкм.

[0065] Предпочтительно, поверхность частицы основного материала полностью закрыта и покрыта углеродными частицами. Однако изобретение не ограничено этим. Углеродные частицы могут прилипать только к частям поверхности частицы основного материала.

[0066] Покрытая частица может быть получена способом, включающим в себя стадию расположения взрывчатого вещества, которое проявляет жидкое состояние при нормальной температуре и нормальном давлении, на периферии исходного вещества, содержащего ароматическое соединение с тремя или более нитрогруппами, стадию детонирования этого взрывчатого вещества с получением углеродных частиц, и стадию покрывания поверхностей частиц основного материала полученными углеродными частицами способом механического объединения.

[0067] Способ механического объединения означает смешивание или дробление. То есть, из-за связи между функциональным выражением частиц и энергией, приложенной к ним во время механической обработки порошка, при увеличении приложенной энергии со стороны частиц достигается не только простая позиционная замена (смешивание), но и придание дополнительных функциональных возможностей, таких как равномерное диспергирование, измельчение (дробление) и поверхностное покрытие (объединение).

[0068] Когда к смеси порошков, размеры частиц которых в значительной степени различаются, применяется механическое сдвиговое/ударное воздействие, поверхности частиц становятся аморфными, и активность на этих поверхностях повышается. Когда в одной и той же системе существуют порошки разных видов, из-за взаимодействия порошков получаются композитные частицы, поверхности которых покрыты мелкодисперсными частицами с меньшими размерами частиц. Поверхность каждой из частиц, служащих в качестве ядер объединения (называемых частицами-ядрами или материнскими частицами), имеет аналогичную регулярную структуру. Следовательно, это объединение частиц также называется «регулярным смешиванием» или «точным тонким смешиванием».

[0069] В состоянии, когда механическая энергия еще выше, возникает твердофазная реакция или механохимическая реакция. То есть происходит взаимодействие в масштабе, соответствующем приложенной энергии, и при более высокой энергии появляется взаимодействие на молекулярном/атомном уровне.

[0070] Обычно композитные частицы принимают следующие две формы. Одна форма представляет собой покрытую композитную частицу, в которой поверхность частицы-ядра покрыта очень мелкими частицами (дочерними частицами), а другая форма представляет собой распределенную композитную частицу, в которой дочерняя частица входит внутрь частицы-ядра или дочерняя частица и частица-ядро образуют структуру, в которой они спутаны друг с другом. Капсульная композитная частица относится к типу ядро-оболочка. То, какие именно композитные частицы получаются, зависит от физических и химических свойств частиц-ядер и дочерних частиц, а также зависит от величины оказываемого при объединении механического воздействия или атмосферы.

[0071] Как показано на Фиг. 2, процесс механического объединения включает в себя (1) столкновение/адгезию частиц, (2) дробление/диспергирование частиц, (3) точное тонкое смешивание частиц и (4) связывание/внедрение частиц. Этим этапам процесса способствуют мощные ударные, сжимающие и сдвиговые воздействия, применяемые к частицам между ротором или шаром, вращающимся с высокой скоростью, и контейнером или внутренней деталью. Таким образом можно управлять объединением или поверхностными свойствами.

[0072] Примеры устройства объединения могут включать систему гибридизации (ударный метод высокоскоростного воздушного потока), систему механосинтеза и т.п. Эти устройства объединения обладают соответственно различными механическими действиями. Например, в системе гибридизации из-за столкновения с лопастью или корпусом к частицам прикладывается очень сильное ударное воздействие, так что различные вещества могли внедряться друг в друга или свариваться друг с другом. В дополнение, можно также ожидать, что система механосинтеза может быть применена для механического сплавления из-за действия мощной силы сжатия и мощной силы сдвига. С другой стороны, в некоторых случаях такие сильные механические воздействия могут ингибировать функциональное проявление в композитных частицах. Например, ухудшение функции или изменение кристаллической структуры могут быть вызваны внезапным повышением температуры или ударом. В отношении таких случаев также был разработан относительно мягкий подход. Этот подход достигается с помощью перемешивающего смесителя, такого как смеситель Хеншеля, в котором мелкодисперсные частицы могут быть хорошо диспергированы за счет вращения перемешивающих лопастей. Это удобно для целей точного тонкого смешивания на поверхностях частиц. Кроме того, существует другой подход с использованием тета-синтезатора, который может надежно фиксировать вещество без изменения его структуры, то есть можно ожидать, что он будет иметь так называемое промежуточное механическое действие. Примеры, которые будут описаны ниже, используют смеситель-синтезатор типа MP5 (от англ. «MP5 type mixer (compositor)») производства компании Nippon Coke & Engineering Co., Ltd., который является усовершенствованием вышеупомянутого смесителя Хеншеля с функцией, аналогичной системе гибридизации. Однако покрытые частицы в соответствии с изобретением не обязательно получаются с помощью только такого аппарата, но они могут быть получены вышеуказанными различными способами механического объединения тем же самым образом.

[0073] В изобретении углеродные частицы могут быть фторированы до того, как поверхность частицы основного материала покрыта этими углеродными частицами. Когда углеродные частицы фторируют заранее, функции самого фтора, такие как водоотталкивающие свойства, маслоотталкивающие свойства, разделяемость, неадгезивность, противообрастающее свойство, химическая стойкость, смазывающая способность, противобактериальное свойство, окисляемость и т.д. могут быть приданы покрытым частицам. В дополнение к этому, покрытые частицы могут быть легко диспергированы как в воде, так и в органическом растворителе.

[0074] Что касается вышеупомянутого фторирования, например, может использоваться способ прямого фторирования для того, чтобы заставить частицы основного материала реагировать с газообразным фтором или фторирующим агентом, производным от газообразного фтора. В дополнение, может использоваться способ фторирования частиц основного материала по реакции с плазмой фтора. Кроме того, может использоваться способ фторирования частиц основного материала в растворе фторирующим агентом, таким как содержащий фторалкильную группу олигомер. Кроме того, может использоваться фторирование фторирующим агентом в ионной жидкости.

[0075] В связи с его химическими и физическими свойствами внимание было обращено на фторид графита в качестве нового промышленного материала. Фторид графита представляет собой белый порошкообразный неорганический полимер паркетной (пластинчатой) структуры, получаемый путем прямой реакции углерода с фтором. Хотя фторид графита можно отождествить с фторуглеродом, таким как CF_4,C₂F₆ или {CF₂-CF₂}_n, фторид графита обладает такими признаками, как: фторид графита, полученный из графита, становится кристаллическим; фторид графита – твердый полимер, который не может быть синтезирован посредством поликонденсации или тому подобного; и т.д. Именно поэтому его называют фторидом графита, в отличие от обычных соединений углерода и фтора. Такие углеродные материалы образуют систему, относимую к категории веществ, находящихся в пограничной области между органической химией и неорганической химией из-за предысторий их получения и т.д.

[0076] До сих пор считалось, что фторид графита, полученный из различных углеродных исходных материалов, таких как аморфный углерод, углеродная сажа, нефтяной кокс, графит и т.д., может быть выражен формулой (CF)_n. Однако фторид графита в соответствии с изобретением характеризуется тем, что в нем наиболее распространена связь C-F, но также выявлены связи C-F₂ и C-F₃, как будет описано ниже.

[0077] Вышеупомянутая покрытая частица содержит нанографит и наноалмаз на поверхности частицы основного материала. Следовательно, используя превосходные свойства наноалмаза, такие как шлифуемость, долговечность, износостойкость и т.д., покрытые частицы полезны для применения в качестве износостойкого агента, смазки и т.д. В дополнение, используя превосходные свойства нанографита, такие как электропроводность, водоотталкивающие свойства, биосовместимость и т.д., покрытые частицы полезны для применения в качестве волокнистого материала, полимерного покрытия для обеспечения функциональности, системы доставки лекарственного средства, покрытия электронного устройства, электродного материала для батареи, проводящей пленки, армированной резины/водоотталкивающей резины, катализатора, адсорбционного материала и т.д.

[0078] Изобретение также включает в себя функциональный материал, в котором вышеупомянутые покрытые частицы нанесены на поверхность материала подложки. При нанесении покрытых частиц могут быть получены следующие эффекты. А именно, в зависимости от вида материала подложки, поддерживающего покрытые частицы, может быть увеличена твердость поверхности материала подложки; может быть понижен коэффициент трения для улучшения смазывающей способности; может быть улучшена износостойкость; может быть улучшено каталитическое свойство (активность в реакции); может быть улучшена электропроводность; может быть улучшена теплопроводность; может быть улучшено антикоррозионное свойство; или, если покрытые частицы были фторированы, могут быть улучшены водоотталкивающие свойства, маслоотталкивающие свойства, разделяемость, неадгезивность, антиобрастающее свойство, химическая стойкость, смазывающая способность, противобактериальное свойство или окисляемость.

[0079] Вид материала подложки, несущей покрытые частицы, конкретно не ограничен. Примеры таких материалов подложки могут включать углерод, древесину, стекло, смолу, керамику, металл, бетон, наружные стеновые материалы и т.д.

[0080] Примеры таких углеродов могут включать графит, стекловидный углерод, искусственный графит, изотропный графит, углеродную сажу, тонкодисперсный углерод, композит C/C (армированный углеродным волокном углеродный композит), углеродное волокно и т.д.

[0081] Примеры таких стекол могут включать стекло «Пирекс» (PYREX – зарегистрированный товарный знак), аморфное стекло, такое как кварцевое стекло, кристаллизованное стекло, такое как литиево-алюмосиликатное стекло или магниево-алюмосиликатное стекло, специальное стекло, такое как проводящее стекло, и т.д.

[0082] Примеры таких смол могут включать термопластичную смолу, термореактивную смолу, нейлон, конструкционный пластик и т.д. Примеры таких термопластичных смол могут включать полиэтилен, полипропилен, поливинилхлорид, полистирол, поливинилацетат, полиуретан, политетрафторэтилен, смолу АБС, акриловую смолу, поликарбонат и т.д. Примеры таких термореактивных смол могут включать фенольную смолу, эпоксидную смолу, полиэфирную смолу и т.д. Примеры таких конструкционных пластиков могут включать полиацеталь, бакелит, эпоксидное стекло, ультравысокомолекулярный полиэтилен, полиамид, модифицированный полифениленовый эфир, полиэтилентерефталат, полибутилентерефталат, полифениленсульфид, полиарилат, полиамидоимид, полиэфиримид, полиэфиркетон, полиэфирэфиркетон, полисульфон, полиэфирсульфон, фторопласт и т.д.

[0083] Примеры такой керамики могут включать оксидную керамику, такую как глинозем, кремнезем и кварц, карбидную керамику, такую как карбид кремния, нитридную керамику, такую как нитрид кремния и нитрид алюминия, диоксид титана, диоксид циркония и т.д.

[0084] Примеры таких металлов могут включать металлы на основе железа, такие как обыкновенная сталь, инструментальная сталь, подшипниковая сталь, нержавеющая сталь, железо и чугун, цветные металлы, такие как медь, медные сплавы, алюминий, алюминиевые сплавы, никель, сплавы на основе никеля, олово, свинец, кобальт, титан, хром, золото, серебро, платина, палладий, магний, марганец и цинк, и т.д. Кроме того, могут использоваться сплавы этих металлов, или же могут использоваться оксиды этих металлов.

[0085] Форма материала подложки конкретно не ограничена. Примеры таких форм могут включать листовую форму, столбчатую форму, цилиндрическую форму и т.д.

[0086] Далее будет описан способ получения функционального материала. Функциональный материал может быть получен путем нанесения покрытых частиц на поверхность материала подложки.

[0087] В качестве способа нанесения покрытых частиц на поверхность материала подложки может использоваться, например, (1) термонапыление, (2) прокатка или (3) металлизация. Термонапыление (1) и прокатка (2) могут упоминаться вместе как способ термомеханической обработки.

[0088] Кроме того, может использоваться метод столкновения частиц с использованием механизма, в котором тепло генерируется высокоскоростным столкновением мелких частиц (также иногда называемый WPC (широкая дробеструйная обработка).

(1) Термонапыление

[0089] Функциональный материал, несущий покрытые частицы на поверхности материала подложки, может быть получен путем термонапыления покрытых частиц на материал подложки.

[0090] Способ термонапыления представляет собой разновидность метода поверхностной модификации, в котором подлежащий термонапылению материал, такой как металл или керамика, нагревают до расплавленного или полурасплавленного состояния при помощи пламени горения, электроэнергии или т.п., и полученные таким образом частицы материала термически распыляют на поверхность материала подложки для того, чтобы сформировать покрытие на поверхности материала подложки. В качестве источника тепла для плавления подлежащего термонапылению материала, такого как порошок или проволока, используются газообразные продукты сгорания, плазма или т.п.. Расплавленный материал преобразуется в мелкие частицы, каждая из которых имеет диаметр от нескольких мкм до сотни и нескольких десятков мкм. Эти мелкие частицы сталкиваются с поверхностью материала подложки на высокой скорости от нескольких десятков м/с до нескольких сотен м/с. Таким образом формируется покрытие путем наслаивания быстро затвердевающих (со скоростью 10⁷ °C/с или выше в случае частиц жидкого металла) плоских мелких частиц. Эта структура наслоения является отчетливым признаком термонапыленного покрытия, и она также упоминается как ламеллярная структура. Эта структура была использована для приложений следующим образом. Подлежащие термонапылению материалы напыляют на поверхности элементов в различных приборах или устройствах, чтобы придать им функции и качества, включая износостойкость, коррозионную стойкость, теплоизоляцию, электропроводность и т.д., отдельно от материала самих элементов. Существует большое число способов и процессов термонапыления.

[0091] Способ термонапыления конкретно не ограничен. Примеры таких способов могут включать пламенное напыление, дуговое напыление, плазменное напыление, детонационное напыление, высокоскоростное пламенное напыление, холодное напыление и т.д. Пламенное напыление, дуговое напыление и плазменное напыление известны как основанные на температуре способы напыления, в которых удовлетворительно расплавленные частицы распыляются с низкой скоростью. С другой стороны, детонационное напыление, высокоскоростное пламенное напыление и холодное напыление известны как основанные на скорости способы напыления, в которых полурасплавленные частицы распыляются с высокой скоростью. Среди них холодное напыление представляет собой один из методов покрытия поверхности, основанных на высокоскоростном столкновении мелких частиц, который очевидно характеризуется тем, что частицы ускоряются низкотемпературным и высокоскоростным рабочим газом. Поскольку температура газа при этом ниже, чем точка плавления частиц материала, эти частицы не плавятся. Следовательно, в последние годы холодное напыление также использовалось для термонапыления наноуглеродных материалов, таких как углеродные нанотрубки. Однако наноразмерные углеродные частицы, образующие часть покрытых частиц, получаются в изобретении способом детонации. При их получении углеродные частицы подвергаются воздействию высокой температуры, составляющей 800°C или выше. Поэтому предполагается, что эти углеродные частицы имеют более высокую термостойкость, чем любой другой наноуглеродный материал, такой как углеродные нанотрубки. Таким образом, когда металл или керамика, которые являются термостойким материалом, выбирается для частиц основного материала, с покрытыми частицами можно работать даже с применением основанных на температуре способов напыления. Можно считать, что нет необходимости ограничивать способ термонапыления основанным на скорости способом напыления.

[0092] Можно считать, что, когда покрытые частицы в соответствии с изобретением подвергают термонапылению различными способами, износостойкость, способность к скольжению, электропроводность (в том случае, когда материал подложки является керамическим или полимерным) и т.д. могут быть улучшены углеродными частицами, присутствующими в термонапыленном покрытии. Кроме того, больше функций можно ожидать в том случае, когда углеродные частицы в термонапыленном покрытии рассматриваются как катализатор или носитель, или наполнитель, служащий связующим. То есть, когда углеродные частицы, поддерживаемые в покрытых частицах, превращаются во фторид графита с помощью вышеупомянутого фторирования, покрытым частицам могут быть приданы такие функции, как водоотталкивающие свойства, маслоотталкивающие свойства, разделяемость, неадгезивность, антиобрастающее свойство, химическая стойкость, смазывающая способность, противобактериальное свойство, окисляемость и т.д. Когда углеродные частицы в термонапыленных покрытых частицах фторируются тем же самым образом, функции фторида графита могут быть приданы термонапыленной поверхности материала подложки таким же самым образом, что и фторированным покрытым частицам. То есть, когда термонапыленная поверхность подложки фторирована, такие функции, как водоотталкивающие свойства, маслоотталкивающие свойства, разделяемость, неадгезивность, антиобрастающее свойство, химическая стойкость, смазывающая способность, противобактериальное свойство, окисляемость и т.д. могут быть приданы поверхности материала подложки.

(2) Прокатка

[0093] Когда покрытые частицы накатывают на материал подложки, может быть получен функциональный материал, несущий покрытые частицы на своей поверхности.

[0094] Способ прокатки конкретно не ограничен. Примеры таких способов могут включать способ напрессовки, такой как способ с валковым прессом или способ с ленточным прессом, способ штамповки, такой как способ плоского горячего прессования периодического типа, способ плакирования прокаткой и т.д.

[0095] Прокатка не ограничивается способом, в котором формуются только покрытые частицы, и может использоваться способ, в котором смешивают и подают покрытые частицы и связующее вещество. Когда выбирается комбинация материалов для частиц основного материала и материала подложки, покрытые частицы могут быть нанесены на поверхность материала подложки без какого-либо адгезива. Например, металл, керамика или т.п. с высокой точкой плавления выбирается для частиц основного материала, а смола или т.п. с низкой точкой плавления выбирается для материала подложки. Когда выполняется горячее прессование при температуре нагрева немного выше, чем точка плавления более легкоплавкого материала, покрытые частицы могут быть приварены к материалу подложки. С другой стороны, смола или т.п. с низкой точкой плавления может быть выбрана для частиц основного материала, а металл, керамика или т.п. с высокой точкой плавления могут быть выбраны для материала подложки. Когда выполняется горячее прессование при температуре нагрева немного выше, чем точка плавления более легкоплавкого материала тем же самым образом, частицы основного материала покрытых частиц плавятся и распределяются по поверхности материала подложки. После охлаждения на поверхности материала подложки может образоваться слоистое покрытие из основного материала с углеродными частицами. Альтернативно, для частиц основного материала могут быть выбраны глинозем, SiC, нержавеющая сталь, мартенситностареющая сталь, инструментальная сталь или т.п. с высокой твердостью, а для материала подложки может быть выбрано одно из различных смол, алюминия, меди или т.п. с низкой твердостью. В этом случае покрытые частицы могут быть нанесены на поверхность материала подложки даже при прокатке с низкой температурой нагрева.

[0096] В комбинации порошка алюминия и порошка бора, которые трудно растворяются равномерно, в примере, в котором покрытые частицы смешивают со связующим веществом и подвергают плакированию прокаткой, экструдированию или т.п., плакированный прокаткой лист, к которому приварен алюминий в сильно уплотненном состоянии, может быть получен способом, в котором непосредственно экструдируют порошковую смесь порошка борида и порошка алюминиевого сплава, способом, в котором экструдируют, куют или прокатывают предварительно сформованное тело из порошковой смеси, или способом, в котором порошковую смесь или предварительно сформованное тело заключают в металлический контейнер, имеющий заданную форму, и экструдируют, куют или прокатывают. С другой стороны, связующее вещество в изобретении не ограничено порошком алюминия или алюминиевого сплава. Может использоваться термореактивная смола или реактивный термоплавкий клей, который часто используется для производства фанеры (шпона). Таким образом, можно считать, что при прокатке покрытых частиц в соответствии с изобретением различными способами износостойкость, способность к скольжению, электропроводность (в том случае, когда материал подложки является керамическим или полимерным) и т.д. могут быть улучшены углеродными частицами, присутствующими в термонапыленном покрытии.

[0097] Кроме того, больше функций можно ожидать в том случае, когда углеродные частицы рассматриваются как катализатор или носитель, или наполнитель, служащий связующим.

[0098] В качестве покрытых частиц, как описано выше, могут использоваться покрытые частицы, в которых поверхности частиц основного материала покрыты фторированными углеродными частицами. Альтернативно, могут быть приготовлены покрытые частицы, в которых поверхности частиц основного материала покрыты углеродными частицами, которые еще не были фторированы, а фторирование может быть выполнено на покрытых частицах, которые были нанесены на поверхность материала подложки.

(3) Металлизация

[0099] Когда материал подложки погружают и металлизируют в ванне для нанесения покрытия, в которой были диспергированы покрытые частицы, может быть получен функциональный материал, в котором покрытые частицы нанесены на поверхность материала подложки.

[0100] Способ металлизации конкретно не ограничен. Например, может использоваться либо нанесение гальванического покрытия, либо негальваническое нанесение покрытия (химическим восстановлением). Вид наносимого металла может представлять собой единственный металл (такой как медь, никель, хром, олово, цинк, серебро, золото и т.д.) или сплав (такой как латунь, бронза, припой, сплав Zn-Ni, сплав Zn-Fe, Ni-P, Ni-B, Ni-W, Ni-Fe и т.д.), служащий в качестве способа нанесения композитного покрытия, в котором мелкие частицы, включая покрытые частицы, осаждаются на нанесенный металл.

[0101] Ванна для нанесения покрытия конкретно не ограничена, при условии, что покрытые частицы были диспергированы в ванне для нанесения покрытия. Например, возможно использовать коммерчески доступную ванну для нанесения покрытия, в которой были диспергированы покрытые частицы.

[0102] Вид ванны для нанесения покрытия конкретно не ограничен. Примеры таких ванн для нанесения покрытия могут включать ванну для нанесения покрытия Ni, ванну для нанесения покрытия Ni-P, ванну для нанесения покрытия Ni-B, ванну для нанесения покрытия Ni-W, ванну для нанесения покрытия Ni-Cu-P, ванну для нанесения покрытия Ni-S, ванну для нанесения покрытия Cr-W, ванну для нанесения покрытия Cr-Mo, ванну для нанесения покрытия Cr-Fe, ванну для нанесения покрытия Cr-C, ванну для нанесения покрытия Cr-H, ванну для нанесения покрытия Fe-W, ванну для нанесения покрытия Fe-Mo, ванну для нанесения покрытия Fe-Ni, ванну для нанесения покрытия на основе Co-W, ванну для нанесения покрытия с сульфаматом никеля, ванну для нанесения покрытия с цианидом меди, ванну для нанесения покрытия с пирофосфатом меди, ванну для нанесения покрытия с сульфатом меди, ванну для нанесения покрытия с шестивалентным хромом, ванну для нанесения покрытия с цианидом цинка, бесцианидную ванну для нанесения цинкового покрытия, щелочную ванну для нанесения оловянного покрытия, кислотную ванну для нанесения оловянного покрытия, ванну для нанесения серебряного покрытия, ванну для нанесения покрытия с цианидом золота, кислотную ванну для нанесения золотого покрытия и т.д. Кроме того, примеры таких ванн для нанесения покрытия Ni могут включать в себя ванну Уоттса, ванну с сульфаминовой кислотой, ударную ванну (ванну Вудса), ванну для черного никелирования и т.д.

[0103] Температура ванны во время нанесения покрытия конкретно не ограничена. Например, она может быть установлена в пределах от 50 до 90°C. Кроме того, раствор для нанесения покрытия может перемешиваться во время нанесения покрытия.

Примеры

[0104] Далее настоящее изобретение будет описано более конкретно на его примерах. Однако изобретение не ограничено следующими примерами и может быть осуществлено с изменениями, внесенными в него в пределах объема, адаптируемого по сути изобретения, которое было описано выше и которое будет описано ниже. Любое из таких изменений также охватывается технической сущностью изобретения.

[0105] Поверхность частицы основного материала покрывают углеродными частицами, полученными в процедурах, описанных в следующих экспериментальных примерах 1-3, получая покрытую частицу.

<<Экспериментальный пример 1 (3#2)>>

[0106] В этом экспериментальном примере углеродные частицы получали способом детонации с использованием TNT в качестве исходного вещества и с использованием жидкого высокоэнергетического взрывчатого вещества на основе гидразина в качестве взрывчатого вещества. В частности, в качестве TNT использовали доступное на рынке столбчатое формованное тело (столбчатое заполненное TNT тело, имеющее диаметр 10 см и длину 20 см, производства компании Chugoku Kayaku Co., Ltd.). Это заполненное TNT тело имело массу 2,52 кг и плотность 1,60 г/см³. В дополнение, смешали нитрат гидразина и гидрат гидразина в массовой пропорции 3:1, приготовив 0,93 кг жидкого высокоэнергетического взрывчатого вещества на основе гидразина.

[0107] После этого проводили реакцию детонации с использованием взрывного устройства, проиллюстрированного на Фиг. 1. Вышеупомянутое сформованное тело в качестве исходного вещества 10 помещали в центральную часть взрывного контейнера 20, имеющего внутренний диаметр 12 см и высоту 20 см, и по его периферии заливали вышеупомянутое жидкое высокоэнергетическое взрывчатое вещество в качестве взрывчатого вещества 12. Усилитель 22 детонатора (SEP), детонирующий шнур и электродетонатор 24 № 6 установили сверху взрывного контейнера 20, который закрыли крышкой, а затем заключили во влагонепроницаемый полиэтиленовый мешок. В качестве охлаждающего контейнера 30 использовали контейнер емкостью 200 л. Взрывной контейнер 20 помещали в охлаждающий контейнер 30. При этом внешнюю нижнюю поверхность взрывного контейнера 20 отрегулировали так, чтобы она была размещена на высоте 29,5 см от внутренней донной поверхности охлаждающего контейнера 30, используя сделанное из железа основание 34 и сделанный из железа перфорированный диск 36. Затем в качестве охладителя 32 в охлаждающий контейнер 30 залили дистиллированную воду так, чтобы зазор между охлаждающим контейнером 30 и взрывным контейнером 20 мог быть заполнен охладителем 32. Затем полиэтиленовый мешок, наполненный дистиллированной водой, помещали на верхнюю часть охлаждающего контейнера 30. Всего использовали 200 л дистиллированной воды. После закрытия крышкой охлаждающий контейнер 30 подвешивали во взрывной камере с внутренним объемом 30 м³ к ее потолку с использованием проволочной стропы. Внутреннее пространство вышеупомянутой взрывной камеры вакуумировали от атмосферного давления, доводя количество остаточного газообразного кислорода во взрывной камере до расчетного значения примерно 25,5 г.

[0108] После проведения подготовки таким образом вышеупомянутый детонирующий шнур воспламеняли вышеупомянутым детонатором, тем самым детонируя взрывчатое вещество 12. Затем из внутреннего пространства вышеупомянутой взрывной камеры извлекали примерно 200 л воды, содержащей остаток, и удаляли грубые обломки с помощью разделения отстаиванием. При этом, поскольку надосадочная жидкость была сильно щелочной, к ней добавляли лимонную кислоту, чтобы сделать ее pH слабокислым. Полученную таким образом слабокислую надосадочную жидкость извлекали в качестве жидких отходов. Осадок классифицировали на ситах, имеющих размер отверстий 100 мкм и 32 мкм соответственно, с использованием устройства вибрационного просеивания («KG-700-2W» производства компании Kowa Kogyosho Co., Ltd.). Прошедший через 32 мкм сито материал извлекали как есть.

[0109] Из прошедшего через 100 мкм сито материала остаток на сите с размером отверстий 16 мкм измельчали в течение примерно 5 минут ультразвуковым вибрационным устройством («4G-250-3-TSA» производства компании Crest). Углеродную фракцию отделяли от поверхности обломков, а затем снова классифицировали на ситах с размером отверстий 100 мкм, 32 мкм и 16 мкм соответственно, с использованием устройства вибрационного просеивания («KG-700-2W» производства компании Kowa Kogyosho Co., Ltd.). Прошедшие через сито материалы извлекали. Каждый из прошедших через сито материалов выдерживали в сушильной машине («OF-450S» производства компании AS ONE Corporation) при 80°C в течение 24 часов для испарения влаги, тем самым приготовив сухой порошок.

[0110] Таким образом, всего было получено 492,5 г углеродных частиц, включая 104,5 г прошедшего через 16 мкм сито материала, 243,9 г прошедшего через 32 мкм сито материала и 144,1 г прошедшего через 100 мкм сито материала. Содержания, извлеченное количество и выход углеродных частиц в эксперименте, а также полное извлеченное количество алмаза, полученное с помощью следующего количественного способа XRD в этом экспериментальном примере, показаны в следующей таблице 1.

<<Экспериментальный пример 2 (3#4)>>

[0111] В этом экспериментальном примере углеродные частицы получали при тех же самых условиях, что и в вышеупомянутом экспериментальном примере 1, за исключением того, что в качестве исходного вещества вместо формованного тела из TNT, имеющего массу 2,52 кг и плотность 1,60 г/см³, использовали формованное тело из TNT (заполненное TNT столбчатое тело, имеющее диаметр 10 см и длину 30 см, производства компании Chugoku Kayaku Co., Ltd.), имеющее массу 3,82 кг и плотность 1,61 г/см³, а используемое количество жидкого высокоэнергетического взрывчатого вещества на основе гидразина изменили с 0,93 кг на 1,29 кг.

[0112] В результате были получены углеродные частицы, включающие 192,1 г прошедшего через 16 мкм сито материала, 356,5 г прошедшего через 32 мкм сито материала и 222,2 г прошедшего через 100 мкм сито материала. Полное извлеченное количество углеродных частиц составило 770,8 г.

[0113] Содержания, извлеченное количество и выход углеродных частиц в эксперименте, а также полное извлеченное количество алмаза, полученное с помощью следующего количественного способа XRD в этом экспериментальном примере, показаны в следующей таблице 1.

<<Экспериментальный пример 3 (3#5)>>

[0114] В этом экспериментальном примере углеродные частицы получали при тех же самых условиях, что и в вышеупомянутом экспериментальном примере 1, за исключением того, что в качестве исходного вещества вместо формованного тела из TNT, имеющего массу 2,52 кг и плотность 1,60 г/см³, использовали формованное тело из TNT (заполненное TNT столбчатое тело, имеющее диаметр 10 см и длину 30 см, производства компании Chugoku Kayaku Co., Ltd.), имеющее массу 6,30 кг и плотность 1,59 г/см³, используемое количество жидкого высокоэнергетического взрывчатого вещества на основе гидразина изменяли с 0,93 кг на 2,17 кг, и количество используемой в качестве охладителя дистиллированной воды изменяли с 200 л на 220 л.

[0115] В результате были получены углеродные частицы, включающие 257,4 г прошедшего через 16 мкм сито материала, 531,8 г прошедшего через 32 мкм сито материала и 336,4 г прошедшего через 100 мкм сито материала. Полное извлеченное количество углеродных частиц составило 1125,6 г.

[0116] Содержания, извлеченное количество и выход углеродных частиц в эксперименте, а также полное извлеченное количество алмаза, полученное с помощью следующего количественного способа XRD в этом экспериментальном примере, показаны в следующей таблице 1.

[0117] Затем углеродные частицы, полученные в экспериментальных примерах 1-3, наблюдали с помощью просвечивающего электронного микроскопа (ПЭМ) в соответствии со следующей процедурой.

<Наблюдение в ПЭМ>

[0118] Полученные углеродные частицы наблюдали с использованием ПЭМ, имеющего ПЗС-камеру и фотографическое увеличение и позволяющего наблюдать изображения решетки алмаза и графитового углерода, имеющего слоистую структуру. Конкретные условия измерения в ПЭМ показаны ниже.

Название устройства ПЭМ: просвечивающий электронный микроскоп JEM-ARM200F производства компании JEOL Ltd.

Способ измерения: суспензионный способ, дисперсионный растворитель – метанол

Ускоряющее напряжение: 200 кВ

ПЗС-камера: UltraScan производства компании Gatan

Фотографическое увеличение: 300000-кратное и 800000-кратное

Увеличение визуализации: 2200000-кратное и 5900000-кратное при печати в формате A4

[0119] Из результатов измерения с помощью ПЭМ было обнаружено, что углеродные частицы, полученные способом получения по изобретению, были образованы из наноалмаза и нанографита. Подробное описание будет дано ниже.

[0120] Сначала будет дано описание результатов наблюдения полученных в экспериментальном примере 3 (3#5) углеродных частиц при низком увеличении.

[0121] Фиг. 3 показывает фотографию, на которой сняты углеродные частицы, полученные в Экспериментальном примере 3 (3#5). Увеличение визуализации соответствует 320000-кратному при печати Фиг. 3 в ландшафтной ориентации на бумаге формата A4. На Фиг. 3 часть, обозначенная знаком D, означает наноалмаз.

[0122] Из фотографии на Фиг. 3 видно, что при съемке с низким увеличением углеродных частиц, полученных в Экспериментальном примере 3 (3#5), они в основном образованы из наноалмаза, но наблюдалось небольшое количество нанографита.

[0123] Далее будет дано описание результатов наблюдения полученных в Экспериментальном примере 3 (3#5) углеродных частиц при высоком увеличении.

[0124] Среди углеродных частиц, полученных в Экспериментальном примере 3 (3#5), снятые с помощью просвечивающего электронного микроскопа (ПЭМ) фотографии прошедшего через 16 мкм сито материала показаны на Фиг. 4.

[0125] Найденная среди углеродных частиц на Фиг. 4a углеродная частица, имеющая округлую форму, была увеличена и отображена с увеличением визуализации, соответствующим 5900000-кратному. На фотографии a видно, что диаметр углеродной частицы, имеющей округлую форму, составляет примерно 4,1 нм. Также на фотографии b углеродная частица, имеющая округлую форму и найденная среди углеродных частиц, была увеличена с увеличением визуализации, соответствующим 5900000-кратному. На фотографии b видно, что диаметр углеродной частицы, имеющей округлую форму, составляет примерно 9,5 нм. Как описано выше, имеющие округлую форму углеродные частицы, наблюдаемые на фотографиях a и b, могут рассматриваться как наноалмаз.

[0126] Затем измеряли и оценивали рентгеновскую дифракцию (XRD) полученных углеродных частиц.

<Количественный способ XRD>

[0127] Среди углеродных частиц, полученных в Экспериментальном примере 3 (3#5), измеряли XRD прошедшего через 100 мкм сито материала. Соответствующий график показан на Фиг. 5. Условия измерения рентгеновской дифракции показаны ниже.

Название рентгеновского дифрактометра: горизонтальный рентгеновский дифрактометр SmartLab производства компании Rigaku Corporation

способ измерения: θ-2θ

рентгеновский источник: Cu-Kα

напряжение и ток возбуждения: 45 кВ-200 мА

отклоняющая щель: 2/3°

рассеивающая щель: 2/3°

приемная щель: 0,6 мм.

[0128] Затем среди углеродных частиц, полученных в Экспериментальных примерах 1-3, измеряли XRD углеродных частиц в прошедшем через 16 мкм сито материале. По результатам этих измерений была получена интегральная интенсивность дифракционного пика, проявляющегося около 2θ=75°, на поверхности D220 наноалмаза, и была получена доля наноалмаза, содержащегося в углеродных частицах, с использованием каждой из подготовленных заранее калибровочных кривых.

[0129] В качестве стандартного вещества для определения количества наноалмаза использовали наноалмаз, который был очищен путем удаления нанографита и т.п. с помощью перхлорной кислоты из содержащих наноалмаз углеродных частиц, отдельно полученных в настоящем изобретении. В качестве внутреннего стандарта добавляли кремниевый порошок (Stansil-G03A производства компании Osaka Yakken Co. Ltd., D50=5,2 мкм) в количестве 10 мас.% от общего количества углерода.

[0130] Калибровочная кривая для наноалмаза была подготовлена с использованием 5 стандартных образцов (эталонов) путем выполнения четырехточечного измерения по отношению интегрированной интенсивности вышеупомянутого дифракционного пика и интегрированной интенсивности дифракционного пика на каждой из плоскостей 220 и 311 кристалла кремния, добавленного к каждому из образцов. Два пика кремниевого кристалла используются для того, чтобы подавить влияние ориентации порошкового кремния. Эти 5 стандартных образцов были подготовлены путем смешивания кристаллов кремния с наноалмазом так, чтобы обеспечить 0 мас.%, 25 мас.%, 50 мас.%, 75 мас.% и 100 мас.% в качестве долей содержания наноалмаза соответственно.

[0131] Калибровочная кривая для наноалмаза была получена путем построения графика с концентрацией наноалмаза по оси ординат и с отношением интенсивности площади пиков D220/(Si220+Si311) наноалмаза и кремния по оси абсцисс. Соотношение между концентрацией Y наноалмаза и отношением интенсивностей X было Y=117,12×X в соответствии с линейной аппроксимацией методом наименьших квадратов. Полученная калибровочная кривая показана на Фиг. 6.

[0132] В дополнение, отношение площадей дифракционных пиков было получено из результатов измерения рентгеновской дифракции (XRD), и доля содержания наноалмаза в углеродных частицах была получена с использованием калибровочной кривой, показанной на Фиг. 6. Полное количество извлеченных углеродных частиц умножали на полученную долю содержания наноалмаза, чтобы вычислить полное количество извлеченного наноалмаза. Было найдено, что углеродные частицы, полученные в вышеупомянутом способе получения, имели в качестве их главных компонентов наноалмаз и нанографит. Никаких углеродных фракций, имеющих другую структуру, по существу не наблюдалось.

[0133] Доля содержания наноалмаза (D: когда углеродные частицы приняты за 100 мас.%) была получена у углеродных частиц, полученных в каждом из Экспериментальных примеров 1-3. Из этих углеродных частиц иные частицы, отличающиеся от наноалмаза, принимали за нанографит, и вычисляли долю содержания (G) нанографита. Массовое соотношение G/D вычисляли на основе доли содержания (D) наноалмаза в углеродных частицах и доли содержания (G) нанографита в углеродных частицах. Результаты Экспериментальных примеров 1-3 также показаны в вышеупомянутой таблице 1.

[0134] Из таблицы 1 видно, что углеродные частицы, содержащие наноалмаз и нанографит, могут быть получены способом детонации, когда в качестве исходного вещества используется TNT, который является маломощным взрывчатым сырьем, и когда в качестве взрывчатого вещества используется жидкое высокоэнергетическое взрывчатое вещество. В дополнение, полученные углеродные частицы имели высокую долю содержания наноалмаза. Фактически, выход наноалмаза составил 9,2-11,3%, что является высоким значением. С другой стороны, Таблица 2 из вышеупомянутого непатентного документа 1 показывает, что выход алмаза в способе уровня техники составляет 2,8% при использовании одного лишь TNT, 4,1-8,3% при совместном использовании TNT и RDX, и 3,75-8,2% при совместном использовании TNT и HMX. Из этого следует, что в соответствии с вышеупомянутым способом получения, использующим вместе маломощное взрывчатое сырье и жидкое высокоэнергетическое взрывчатое вещество, могут быть получены углеродные частицы, имеющие более высокое содержание наноалмаза, чем в способе уровня техники, использующем маломощное взрывчатое сырье отдельно или вместе с твердым высокоэнергетическим взрывчатым веществом.

[0135] [Таблица 1]

¹⁾ Жидкое высокоэнергетическое взрывчатое вещество на основе гидразина, полученное путем смешивания нитрата гидразина (H₂N-NH₂⋅HNO₃) и гидрата гидразина (H₂N-NH₂⋅H₂O) в массовом соотношении 3:1

²⁾ Выход (%)=100 × (общее извлеченное количество (г) углеродных частиц/[масса (кг) исходного вещества × 1000])

³⁾ Выход (%)=100 × (общее извлеченное количество (г) алмаза/[масса (кг) исходного вещества × 1000])

[0136] Для углеродных частиц, полученных в каждом из вышеупомянутых Экспериментальных примеров 1-3, значение G/(G+D) вычислено на основе доли содержания (D) наноалмаза в углеродных частицах и доли содержания (G) нанографита в углеродных частицах. Результат вычисления показан в следующей таблице 2 вместе с вышеупомянутым массовым соотношением G/D. В дополнение, следующая таблица 2 показывает значения G/D и G/(G+D) в коммерческих продуктах, доступных на рынке как наноалмаз.

[0137] Углеродные частицы, полученные в вышеупомянутых Экспериментальных примерах 1-3, наблюдали с помощью просвечивающего электронного микроскопа (ПЭМ). Было найдено, что границу первичных частиц, имеющих размер 4-10 нм, можно было явно различить как белый тонкий пограничный слой, по сравнению с каждым коммерчески доступным продуктом. Считалось, что этот пограничный слой не был нанографитом (G). Хотя считается, что нанографит (G) присутствует в пограничном слое наноалмаза в коммерческом продукте, сосуществующий нанографит (G) не был покрытием и не сосуществовал около поверхности наноалмаза (D), но существовал отдельно от наноалмаза (D) в углеродных частицах, полученных в вышеупомянутых Экспериментальных примерах 1-3.

[0138] [Таблица 2]

¹⁾ NUAC и ND62 сделаны в Китае, NanoAmand сделан в Японии, BD и UDD (УДА) сделаны в России/Украине

[0139] Затем поверхности частиц основного материала покрывали углеродными частицами, полученными в вышеупомянутом Экспериментальном примере 2 (3#4) или Экспериментальном примере 3 (3#5).

[0140] В качестве частиц основного материала использовали (a) частицы уретановой смолы, (b) частицы акриловой смолы, (c) частицы высокомолекулярной полиэтиленовой смолы, (d) частицы PTFE, (e) частицы SiC, (f) частицы неактивного глинозема, (g) частицы нержавеющей стали SUS316L, (h) частицы меди, (i) частицы бронзы, (j) частицы алюминия и (k) частицы мартенситностареющей стали. Конкретное описание будет дано ниже.

[0141] (a) «C-300» (средний размер частиц ϕ22 мкм, плотность 1,16 г/см³) производства компании Negami Chemical Industrial Co., Ltd. использовали в качестве вышеупомянутых частиц уретановой смолы.

(b) «SE-010T» (средний размер частиц ϕ22 мкм, плотность 1,21 г/см³) производства компании Negami Chemical Industrial Co., Ltd., «TAFTIC AR650M» (средний размер частиц ϕ30 мкм, плотность 1,35 г/см³) производства компании Toyobo Co., Ltd., или «J-4PY» (средний размер частиц ϕ2,2 мкм, плотность 1,21 г/см³) производства компании Negami Chemical Industrial Co., Ltd. использовали в качестве вышеупомянутых частиц акриловой смолы.

(с) «MIPELON PM-200» (средний размер частиц ϕ10 мкм, плотность 0,94 г/см³) производства компании Mitsui Chemicals Co. Ltd. использовали в качестве вышеупомянутых частиц высокомолекулярной полиэтиленовой смолы.

(d) «Смазочный порошок для диспергированной жидкости» (средний размер частиц ϕ0,3 мкм, плотность неизвестна) производства компании Nagoya Gosei Co., Ltd. использовали в качестве вышеупомянутых частиц PTFE.

(e) «SSC-A15» (средний размер частиц ϕ18,6 мкм, плотность 1,91 г/см³) производства компании Shinano Electric Refining Co., Ltd. использовали в качестве вышеупомянутых частиц SiC.

(f) «VERSAL-G series VGL-25» (средний размер частиц ϕ15 мкм, плотность 1,93 г/см³) производства компании Union Showa K. K., «DAW-03» (средний размер частиц ϕ4,3 мкм, удельная поверхность 0,5 м²/г) производства компании Denka Company Limited, «ASFP-20» (средний размер частиц ϕ0,27 мкм, удельная поверхность 12,5 м²/г) производства компании Denka Company Limited, или «AS-10» (средний размер частиц ϕ39 мкм, объемная плотность 1,8-2,4 г/см³) производства компании Showa Denko K. K. использовали в качестве вышеупомянутых частиц глинозема.

(g) Распыленный порошок производства компании Sanyo Special Steel Co., Ltd. использовали в качестве вышеупомянутых частиц нержавеющей стали SUS316L. Этот сплав имел наименование PSS316L, и размер его зерен был достаточно малым для того, чтобы пройти через сито с размером отверстий 45 мкм, и достаточно большим для того, чтобы оставаться на сите с размером отверстий 10 мкм (-45/+10 мкм).

(h) Распыленная сферическая медная пудра «Cu-At-200» производства компании Fukuda Metal Foil & Powder Co., Ltd. использовалась в качестве вышеупомянутых частиц меди. Средний размер частиц был неизвестен, но количество частиц, размер которых равен ϕ45 мкм или менее, составляло 55,7%. Кажущаяся плотность составляла 4,66 г/см³.

(i) Распыленная сферическая бронзовая пудра «BRO-At-200» производства компании Fukuda Metal Foil & Powder Co., Ltd. использовалась в качестве вышеупомянутых частиц бронзы. Средний размер частиц был неизвестен, но количество частиц, размер которых равен ϕ45 мкм или менее, составляло 82,7%. Кажущаяся плотность составляла 4,96 г/см³, а содержание олова (Sn) в компонентах составляло 9,63%.

(j) Распыленный алюминиевый порошок «350F» производства компании Manalco Ltd. использовали в качестве вышеупомянутых частиц алюминия. Средний размер частиц составлял ϕ14,47 мкм.

(k) Частицы мартенситностареющей стали производства компании Sandvik AB использовали в качестве вышеупомянутых частиц мартенситностареющей стали. Этот сплав имел наименование сталь 18Ni300. Зерна, размер которых был равен ϕ38 мкм или менее, составляли 99,5%, а средний размер частиц был равен ϕ32,4 мкм.

[0142] Углеродные частицы, полученные в каждом из вышеупомянутых Экспериментального примера 2 (3#4) и Экспериментального примера 3 (3#5), а также вышеупомянутые частицы основного материала помещали в смеситель-синтезатор «MP5 type compositor» производства компании Nippon Coke & Engineering Co., Ltd. и механически объединяли со скоростью вращения лопастей 10000 об/мин и в течение времени перемешивания 10-30 минут, получив покрытые частицы. Смеситель-синтезатор MP5 имел емкость резервуара 6,5 л, рабочий объем примерно 3 л и двигатель мощностью 2,2 кВт. Углеродные частицы и частицы основного материала объединяли в следующих конкретных соотношениях.

[0143] (a) Частицы уретановой смолы «C-300» брали в количестве 500 г, а углеродные частицы, полученные в Экспериментальном примере 2 (3#4), брали в количестве 5 мас.%. Толщина пленки (оценочная толщина пленки), вычисленная исходя из размеров и плотностей частиц основного материала и углеродных частиц, при этих условиях составляла 70 нм. Вышеупомянутое количество углеродных частиц представляет собой значение, когда количество частиц основного материала берется за 100 мас.% (это же применимо и к следующим абзацам). Таким образом, в (a) 500 г частиц уретановой смолы покрывали 25 г вышеупомянутых углеродных частиц.

(b-1) Частицы акриловой смолы «SE-010T» брали в количестве 500 г, а углеродные частицы, полученные в Экспериментальном примере 2 (3#4), брали в количестве 2 мас.%. Оценочная толщина пленки составляла 13 нм.

(b-2) Частицы акриловой смолы «TAFTIC AR650M» брали в количестве 500 г, а углеродные частицы, полученные в Экспериментальном примере 2 (3#4), брали в количестве 5 мас.%. Оценочная толщина пленки составляла 112 нм.

(b-3) Частицы акриловой смолы «J-4PY» брали в количестве 230 г, а углеродные частицы, полученные в Экспериментальном примере 3 (3#5), брали в количестве 5 мас.%. Оценочная толщина пленки составляла 7 нм.

(c) Частицы высокомолекулярной полиэтиленовой смолы «MIPELON PM-200» брали в количестве 250 г, а углеродные частицы, полученные в Экспериментальном примере 3 (3#5), брали в количестве 2 мас.%. Оценочная толщина пленки составляла 10 нм.

(d) Вышеупомянутые частицы PTFE брали в количестве 200 г, а углеродные частицы, полученные в Экспериментальном примере 3 (3#5), брали в количестве 5 мас.%. Оценочная толщина пленки составляла 2 нм.

(e) Частицы SiC «SSC-A15» брали в количестве 500 г, а углеродные частицы, полученные в Экспериментальном примере 3 (3#5), брали в количестве 2 мас.%. Оценочная толщина пленки составляла 39 нм.

(f-1) Частицы неактивного глинозема «VERSAL-G series VGL-25» брали в количестве 500 г, а углеродные частицы, полученные в Экспериментальном примере 3 (3#5), брали в количестве 5 мас.%. Распределение по размерам частиц «VERSAL-G series VGL-25» не раскрывается. Хотя это и не совсем корректно, оценочная толщина пленки составила 80 нм в предположении, что средний размер частиц (d50) составлял 15 мкм.

(f-2) Частицы неактивного глинозема «DAW-03» брали в количестве 250 г, а углеродные частицы, полученные в Экспериментальном примере 3 (3#5), брали в количестве 5 мас.%. Оценочная толщина пленки составляла 21 нм.

(f-3) Частицы неактивного глинозема «ASFP-20» брали в количестве 100 г, а углеродные частицы, полученные в Экспериментальном примере 3 (3#5), брали в количестве 5 мас.%. Оценочная толщина пленки составляла 2 нм.

(f-4) Частицы неактивного глинозема «AS-10» брали в количестве 100 г, а углеродные частицы, полученные в Экспериментальном примере 3 (3#5), брали в количестве 5 мас.%. Оценочная толщина пленки составляла 207 нм.

(g) Частицы нержавеющей стали SUS316L брали в количестве 500 г, а углеродные частицы, полученные в Экспериментальном примере 3 (3#5), брали в количестве 2 мас.%. Оценочная толщина пленки составляла 174 нм.

(h) Частицы меди брали в количестве 500 г, а углеродные частицы, полученные в Экспериментальном примере 3 (3#5), брали в количестве 0,5 мас.%. Оценочная толщина пленки составляла 67 нм.

(i) Частицы бронзы брали в количестве 500 г, а углеродные частицы, полученные в Экспериментальном примере 3 (3#5), брали в количестве 0,5 мас.%. Оценочная толщина пленки составляла 29 нм.

(j) Частицы алюминия брались в количестве 250 г, а углеродные частицы, полученные в Экспериментальном примере 3 (3#5), брали в количестве 5 мас.%. Оценочная толщина пленки составляла 123 нм.

(k) Частицы мартенситностареющей стали брали в количестве 500 г, а углеродные частицы, полученные в Экспериментальном примере 3 (3#5), брали в количестве 0,5 мас.%. Оценочная толщина пленки составляла 72 нм.

[0144] Затем полученные покрытые частицы наблюдали с помощью сканирующего электронного микроскопа с автоэлектронной эмиссией (FE-SEM) и проверяли, покрыты ли поверхности частиц основного материала углеродными частицами или нет. В качестве FE-SEM использовали микроскоп «JSM-7000F» производства компании JEOL Ltd. с ускоряющим напряжением 7,5 кВ, способом визуализации во вторичных электронах и 200-3000-кратным увеличением наблюдения.

[0145] Кроме того, часть поверхностного слоя покрытой частицы вырезали устройством с фокусированным ионным пучком (ФИП) и наблюдали. В качестве устройства обработки разреза использовали «IM-4000» (установку ионного фрезерования) производства компании Hitachi High-Technologies Corporation, используя источник ионов аргона, ускоряющее напряжение 4,0 кВ и температуру обработки -10°C. Разрез изучали с помощью микроскопа FE-SEM марки «S-5500» производства компании Hitachi High-Technologies Corporation, использующего ускоряющее напряжение 2,0 кВ, способ визуализации во вторичных электронах, изображение в отраженных электронах (LA-BSE) и 200-25000-кратное увеличение наблюдения.

[0146] На Фиг. 7b показана снятая с помощью FE-SEM фотография с полученными углеродными частицами, на которой изображены поверхности покрытых частиц, полученных в вышеупомянутом абзаце (a). На фотографии Фиг. 7а показаны частицы уретановой смолы, которые не были покрыты углеродными частицами.

[0147] Кроме того, на Фиг. 8а показана покрытая частица, полученная в вышеупомянутом абзаце (a), которая была заморожена в криоаппарате CP, а затем разрезана ионным пучком, и разрез этой покрытой частицы наблюдали и фотографировали с помощью FE-SEM. Фотография, показанная на Фиг. 8b, представляет собой увеличенное изображение части, ограниченной прямоугольником на Фиг. 8а.

[0148] На Фиг. 9b показана снятая с помощью FE-SEM фотография с полученными углеродными частицами, на которой изображены поверхности покрытых частиц, полученных в вышеупомянутом абзаце (f-1). На фотографии Фиг. 9а показаны частицы неактивного глинозема, которые не были покрыты углеродными частицами.

[0149] Кроме того, на Фиг. 10а показана покрытая частица, полученная в вышеупомянутом абзаце (f-1), которая была разрезана в аппарате CP, и разрез этой покрытой частицы наблюдали и фотографировали с помощью FE-SEM. Фотография, показанная на Фиг. 10b, представляет собой увеличенное изображение части, ограниченной прямоугольником на Фиг. 10а.

[0150] На Фиг. 11b показана снятая с помощью FE-SEM фотография с полученными углеродными частицами, на которой изображены поверхности покрытых частиц, полученных в вышеупомянутом абзаце (j). На фотографии Фиг. 11а показаны частицы алюминия, которые не были покрыты углеродными частицами.

[0151] Кроме того, на Фиг. 12а показана покрытая частица, полученная в вышеупомянутом абзаце (j), которая была разрезана в аппарате CP, и разрез этой покрытой частицы наблюдали и фотографировали с помощью FE-SEM. Фотография, показанная на Фиг. 12b, представляет собой увеличенное изображение части, ограниченной прямоугольником на Фиг. 12а.

[0152] Как видно из Фиг. 7, Фиг. 9 и Фиг. 11, понятно, что поверхность частицы основного материала была покрыта углеродными частицами. В дополнение, как видно из Фиг. 8, толщина пленки наблюдаемой покрытой частицы составляла примерно 30 нм в наименьшей части и примерно 400 нм в наибольшей части. Толщина наблюдавшейся пленки составила в среднем 40-100 нм. Понятно, что наблюдаемая средняя толщина пленки по существу согласуется с оценочной толщиной пленки в 70 нм. На Фиг. 8 переосажденный слой означает, что отходы, образовавшиеся во время резания ионным пучком для получения среза, снова осели на поверхности образца.

[0153] Затем покрытые частицы, полученные путем покрывания поверхности частиц основного материала углеродными частицами, полученными в вышеупомянутом Экспериментальном примере 3 (3#5), нанесли на поверхность каждого материала подложки методом термического напыления, получив функциональный материал. В частности, в качестве вышеупомянутых покрытых частиц использовали покрытые частицы, полученные в вышеупомянутом абзаце (g). То есть, в покрытых частицах (g) частицы нержавеющей стали SUS316L были покрыты углеродными частицами, полученными в Экспериментальном примере 3 (3#5).

[0154] Эти покрытые частицы нанесли на поверхность материала подложки с помощью плазменного напыления. В качестве материала подложки использовали лист нержавеющей стали SUS304, лист углеродистой стали, медный лист, бронзовый лист и алюминиевый лист. Плазменное напыление выполняли с использованием устройства плазменного напыления типа F4 производства компании Sulzer Metco Japan Ltd. Условия измерения плазменного напыления показаны в следующей таблице 3.

[0155] [Таблица 3]

ст. л/мин: стандартных литров в минуту

[0156] Когда массу полученного образца металлического материала подложки измерили после термонапыления, было обнаружено увеличение массы. Таким образом было подтверждено, что покрытые частицы были нанесены на поверхность материала подложки с помощью плазменного напыления.

[0157] В дополнение, по увеличению массы оценили толщину пленки функционального материала, полученного путем термического напыления покрытых частиц, полученных в вышеупомянутом абзаце (g). В результате было оценено, что из покрытых частиц было сформировано термонапыленное покрытие толщиной примерно 30-70 мкм в среднем.

[0158] Фиг. 13 показывает фотографии, на которых сняты лист нержавеющей стали SUS304, использованный в качестве материала подложки, и полученный функциональный материал. В качестве термонапыляемого материала использовались покрытые частицы, полученные путем механического объединения 2 мас.% полученных в Экспериментальном примере 3 (3#5) углеродных частиц с частицами основного материала из порошка нержавеющей стали SUS316. На фотографии Фиг. 13а снят материал подложки, на который покрытые частицы еще не были напылены с помощью плазмы. На фотографии Фиг. 13b снят функциональный материал, в котором полученные в вышеупомянутом абзаце (g) покрытые частицы напылены на материал подложки с помощью плазмы. Когда толщину пленки функционального материала оценили по увеличению массы, оказалось, что из покрытых частиц было сформировано термонапыленное покрытие толщиной в среднем примерно 48 мкм.

[0159] На снятой с помощью оптического микроскопа фотографии Фиг. 14а изображен разрез функционального материала, показанного на Фиг. 13b, полученный с помощью тонкого резака. Фотография, показанная на Фиг. 14b, представляет собой снятое с помощью FE-SEM увеличенное изображение ограниченной прямоугольником части разреза. На Фиг. 14а ссылочная позиция 1 обозначает термонапыленное покрытие, сформированное из покрытых частиц, а ссылочная позиция 2 обозначает лист нержавеющей стали SUS304 в качестве материала подложки.

[0160] Как видно из Фиг. 13 и Фиг. 14, понятно, что покрытые частицы могут быть нанесены на материал подложки плазменным напылением. В дополнение, толщина пленки термонапыленного покрытия из покрытых частиц, наблюдаемой на Фиг. 14, составила примерно 20 мкм в наименьшей части и примерно 60 мкм в наибольшей части. Толщина наблюдавшейся пленки составила в среднем 40-50 мкм. Понятно, что наблюдаемая средняя толщина пленки по существу согласуется с оценочной толщиной пленки в 48 мкм.

[0161] Затем покрытые частицы, полученные путем покрывания поверхностей частиц основного материала углеродными частицами, полученными в вышеупомянутом Экспериментальном примере 3 (3#5), нанесли на поверхность материала подложки с помощью металлизации, получив функциональный материал. В качестве частиц основного материала использовали порошок глинозема с диаметром частиц ϕ4,2 мкм. В качестве материала подложки использовали лист из алюминиевого сплава (A5052).

[0162] Углеродные частицы, полученные в Экспериментальном примере 3 (3#5), и вышеупомянутые частицы основного материала помещали в смеситель-синтезатор «MP5 type compositor» производства компании Nippon Coke & Engineering Co., Ltd. и механически объединяли со скоростью вращения лопастей 10000 об/мин и в течение времени перемешивания 10-30 минут, получив покрытые частицы. Смеситель-синтезатор MP5 имел емкость резервуара 6,5 л, рабочий объем примерно 3 л и двигатель мощностью 2,2 кВт. Углеродные частицы и частицы основного материала объединяли в следующих конкретных соотношениях.

[0163] (f-2) Частицы неактивного глинозема «DAW-03» брали в количестве 250 г, а углеродные частицы, полученные в Экспериментальном примере 3 (3#5), брали в количестве 5,0 мас.%. Оценочная толщина пленки составляла 21 нм.

[0164] Затем вышеупомянутые покрытые частицы нанесли на поверхность материала подложки методом металлизации. В качестве метода металлизации использовали негальваническое нанесение покрытия (химическим восстановлением). Использовали ванну для нанесения покрытия, в которой вышеупомянутые покрытые частицы диспергировались в ванне Ni-P так, чтобы концентрация покрытых частиц могла достигать 2 г/л. Температуру ванны установили на 80°C. Раствор для нанесения покрытия перемешивали во время металлизации. Время нанесения покрытия было установлено равным 60 минутам.

[0165] При измерении массы полученного образца после металлизации было обнаружено увеличение массы. Было установлено, что покрытые частицы нанесены на поверхность материала подложки с помощью металлизации.

[0166] После нанесения покрытия измерили толщину пленки нанесенного слоя в образце. Результаты показаны в следующей таблице 4. Доля покрытой нанесенным слоем поверхности материала подложки составляла 100%.

[0167] В качестве сравнительного образца на поверхности материала подложки сформировали нанесенный слой при тех же самых условиях за исключением того, что использовалась ванна Ni-P, в которой вышеупомянутые покрытые частицы не диспергировались. После нанесения покрытия измерили толщину пленки нанесенного слоя в образце. Результаты показаны в следующей таблице 4. Доля покрытой нанесенным слоем поверхности материала подложки составляла 100%.

[0168] Как видно из следующей таблицы 4, можно считать, что особенно в применении к нанесению покрытия химическим восстановлением, за счет сочетания покрытых частиц могут быть получены такие эффекты, как повышение производительности за счет увеличения скорости осаждения, уменьшение тумана или нагрузки на окружающую среду на фабрике из-за снижения температуры ванны, уменьшение затрат на электроэнергию, упрощение работы и т.д., в дополнение к преимуществам смазывающей способности и износостойкости.

[0169] [Таблица 4]

[0170] Хотя настоящее изобретение было подробно описано со ссылкой на конкретные варианты его осуществления, специалисту в данной области техники будет очевидно, что в нем могут быть проделаны различные изменения и модификации без отступления от его сути и объема.

Данная заявка основана на японской патентной заявке (заявке на патент Японии № 2015-235235), поданной 1 декабря 2015 г., содержание которой включено в настоящий документ посредством ссылки.

ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ

[0171] Покрытая частица в соответствии с настоящим изобретением, в которой поверхность основного материала покрыта углеродными частицами с более высокой долей наноалмаза, чем в уровне техники, может быть, как ожидается, новым материалом.

[0172] Описание ссылочных позиций

10 - исходное вещество;

12 - взрывчатое вещество;

20 - взрывной контейнер;

22 - усилитель детонатора;

24 - детонатор или детонирующий шнур;

30 - охлаждающий контейнер;

32 - охладитель;

34 - основание;

36 - перфорированный диск.

Реферат

Изобретение относится к покрытой частице, образованной путем покрывания поверхности частицы основного материала углеродными частицами, полученными способом детонации. Покрытые частицы получают путем расположения взрывчатого вещества, которое проявляет жидкое состояние при нормальной температуре и нормальном давлении, на периферии исходного вещества, содержащего ароматическое соединение с тремя или более нитрогруппами, детонирование упомянутого взрывчатого вещества с получением углеродных частиц и применение механического сдвигового/ударного воздействия к смеси порошков полученных углеродных частиц и частиц основного материала для покрывания поверхности частицы основного материала этими углеродными частицами, имеющими меньшие размеры частиц. Изобретение позволяет эффективно производить углеродные частицы способом детонации с использованием маломощного взрывчатого сырья, причем нанесение полученных углеродных частиц на поверхность материала подложки обеспечивает получение нового материала с улучшенной износостойкостью. 5 н. и 6 з.п. ф-лы, 14 ил., 4 табл.

Формула