1.4.1 Удельная поверхность

Различают наружную (внешнюю) и внутреннюю удельные поверхности. При этом под внутренней удельной поверхностью понимают только полости, открытые наружу, т.е. внутренняя поверхность не включает стенки изолированных пор. Во внешнюю удельную поверхность входят все выступы и трещины, глубина которых меньше их ширины. Внешняя удельная поверхность синтетических алмазов определяется методом квазистационарной фильтрации разреженного газа, т.е. исходя из условия, что градиент давления в слое порошка в любой момент времени есть величина постоянная. Для измерения удельной поверхности этим методом используется прибор ДУП-2. Удельная поверхность определяется из соотношения

S=K· ɛ² / m·t / b, см²/г (1.5)

где К– коэффициент диффузии для кнудсеновского течения газа (n>>d),

величина, постоянная для каждого прибора, см²/с;

m– навеска порошка, г;

b=ln[P(t) / P₀] – перепад давления над образцом в момент времениt;

ɛ–пористость навески порошка при определенной насыпной

плотности

ɛ = 1-ρ_н / ρ_т (1.6)

где ρ_т– плотность алмазов, г/см³ ;

ρ_н – насыпная плотность порошка, г/см³ (ρ_н = m / Fh, где F – площадь

кюветы, см²,h– высота слоя порошка, см)

Внешняя удельная поверхность порошков синтетических алмазов в значительной мере зависит от размеров и формы алмазных частиц, топографии и поверхности (рисунок 1.6).

1 – шлифпорошки из алмазов марки АС4; 2 – шлифпорошки зернистостью 160/125

алмазов марок АС32 (а), АС15 (б), АС6 (в), АС4 (г), АС2 (д)

Рисунок 1.6 – удельная поверхность порошков синтетических алмазов,

измеренная прибором ДУП-2

Наличие микротрещин, пористость частиц, энергетическая неоднородность поверхности существенного влияния на нее не оказывают.

Полная удельная поверхность твердых тел (внутренняя и внешняя) определяется адсорбционными методами.

Наибольшее распространение получил метод БЭТ, основанный на определении адсорбции нейтральных газов на поверхности при условии заполнения монослоя.

Удельная поверхность вычисляется из выражения

S=X_m / M·N·A_m· 10^-20, м²/г (1.7)

где X_m– емкость монослоя (в граммах адсорбата на 1 г твердого тела);

M– молекулярная масса адсорбата, г;

N– число Авогадро;

A_m – площадь поперечного сечения молекул адсорбата, т.е. площадь,

которую адсорбированная молекула занимает на поверхности

твердого тела в заполненном монослое

В качестве адсорбата обычно используется азот. Метод очень чувствителен к изменению химического состояния поверхности. К сожалению, этим методом трудно измерить удельную поверхность шлифпорошков синтетических алмазов из-за их малой удельной поверхности [3].

1.4.2 Плотность

Теоретическая плотность алмазов ρ = 3,515 г/см³. Плотность реальных кристаллов алмазов зависит от совершенства их строения, содержания механических включений, внутренних пустот. Определенные экспериментально пикнометрическим методом значения ρ синтетических алмазов составляют 3,32–3,60 г/см³, однако преобладающее количество кристаллов синтетических алмазов имеет значение ρ = 3,52–3,56 г/см³[3] .