4.1. Ударно-волновой синтез сверхтвердых материалов

4.1.1. Свойства сверхтвердых материалов и их применение

К сверхтвердым материалам принято относить материалы, твердость которых превышает 30…40 ГПа — диапазон значений твердости, характерный для карбидов тугоплавких металлов. Основными представителями сверхтвердых материалов являются природные и искусственные алмазы, синтетический алмазоподобный кубический нитрид бора и различные композиции на их основе.

Рассмотрим вначале некоторые свойства алмазов и их применение. Алмаз и графит являются полиморфными кристаллическими модификациями одного и того же химического элемента - углерода, имеющего на внешней электронной оболочке четыре электрона. Графит имеет гексагональную слоистую решетку с расстоянием между слоями 0,339 нм и расстоянием между атомами в слое 0,142 нм. Каждый атом углерода в слое ковалентно связан с тремя другими; между слоями связь слабая. Большое расстояние между слоями делает графит мягким и рыхлым минералом - слои легко скользят и отделяются друг от друга; плотность графита в 1,5 раза меньше плотности алмаза; наличие относительно свободного электрона в каждом атоме делает графит хорошим проводником электрического тока.

Алмаз обладает гранецентрированной кубической решеткой, внутри которой расположены еще четыре атома углерода в центрах четырех из восьми кубов, образованных делением элементарной ячейки тремя взаимно перпендикулярными плоскостями (алмазная кубическая решетка).

Синтез алмазов и регенерация сверхтвердых материалов в ударных волнах. Создание в 50-е годы системы сохранения продуктов ударного сжатия привело к широкому практическому применения самого способа нагружения. К числу крупнейших достижений этого направления следует отнести получение алмазов и других сверхтвердых материалов, активацию порошков с помощью ударных волн для дальнейшего использования в традиционных технологиях.

Рис.6. Кристаллы алмазов, синтезированные взрывом.

Привлекательность этого направления обусловлена необходимостью развития представлений о строении и свойствах вещества при действии экстремальных параметров, таких как температура и давление, реализуемых в природе, а также интенсивном развитии высокоэнергетических способов обработки.

5.Применение кумулятивных зарядов для разделения конструкций

5.1. Кумулятивная струя и ее взаимодействие с преградой

Взрыв заряда ВВ, имеющего выпуклую внешнюю поверхность, создает облако расширяющихся продуктов детонации, образующих в окружающей среде расходящуюся ударную волну. Характерной особенностью взрыва такого заряда ВВ является быстрое уменьшение значений основных параметров движения и состояния (скорости, давления, плотности) как продуктов детонации, так и вовлеченной в движение среды. В непосредственной близости от поверхности заряда ВВ действие взрыва максимально вдоль преимущественных направлений разлета продуктов детонации, близких к направлению нормалей к поверхности заряда ВВ.

Однако уже при небольшом расширении продуктов детонации поле взрыва независимо от начальной формы компактного заряда (шар, цилиндр, куб) стремится к сферической симметрии.

Если на поверхности заряда ВВ имеется вогнутость или выемка (углубление), то при его взрыве в области указанных геометрических особенностей создается сходящийся поток продуктов детонации. По мере увеличения в этом потоке схождения продуктов детонации плотность и давление их возрастают и формируется высокоскоростная струя продуктов детонации, обладающая относительно высокой разрушающей и проникающей способностью. Такой эффект усиления действия взрыва заряда ВВ в направлении выемки получил название кумулятивного эффекта взрыва, а сама выемка — название кумулятивной выемки.