Способ синтеза алмазов

 

Изобретение относится к производству синтетических алмазов и может быть использовано в машиностроения. Способ состоит в том, что алмаз синтезируют из смеси простых газообразных соединений типа CO₂ и CH₄, CO и C₂H₂, CH₄ и CX₄, где X CL, Br, в которых углерод находится в разновалентном состоянии. Процесс ведут на затравку при 200-350°С и давлении 200-2500 ат, достигают упрощения и удешевления процесса за счет существенного снижения температуры и давления.

Изобретение относится к способам промышленного производства синтетических алмазов, имеющих большое народно-хозяйственное значение.

Известно, что использование абразивных синтетических алмазов позволило поднять потенциал машиностроительной промышленности почти вдвое; в свою очередь, промышленный синтез крупных кристаллов алмаза высокого качества может произвести настоящий переворот в целом ряде областей промышленности.

В основе известных способов синтеза алмаза лежат следующие механизмы: полиморфное превращение графита в алмаз; спонтанная кристаллизация из пересыщенных углеродом расплавов металлов; эпитаксиальная кристаллизация при пиролизе или электролизе углеродсодержащих соединений; эпитаксиальный рост из продуктов электрического разряда между графитовыми электродами и т.д.

В настоящее время в промышленном производстве алмазов используются три основных способа синтеза: 1. Способ спонтанной кристаллизации из раствора углерода в расплавах металлов при весьма высоких статических давлениях (40-70 кбар) и очень высоких температурах (1500-2000^оС).

2. Способ превращения графита в алмаз при воздействии очень высокого динамического давления (взрыва) и высокой температуры в течение микросекунд.

3. Способ эпитаксиального наращивания алмаза на затравках из газовой фазы при атмосферном и меньших давлениях и высоких температурах (900-1200^оС).

Во всех странах мира, производящих синтетические алмазы, (СССР, США, Англия, Япония, Швеция, ЮАР и др.) промышленное производство основано на использовании высоких статических давлений. Способ эпитаксиального наращивания алмаза используется лишь для наращивания алмазных порошков.

Все известные способы весьма трудоемки, дорогостоящи, малопроизводительны и, самое главное, не позволяют выращивать крупные монокристаллы алмаза высокого качества.

Следует подчеркнуть, что вышеуказанные способы синтеза алмаза реализуются в условиях, далеких от тех, в которых происходит природное алмазообразование.

Значительному прогрессу в решении проблемы промышленного синтеза алмазов будет способствовать экспериментальная расшифровка механизма природного алмазообразования [1] Критический анализ всех имеющихся в литературе гипотез о генезисе алмазов в природе, а также рассмотрение минералого-петрографической специфики алмазоносных кимберлитов и особенностей изотопного состава углерода алмазов дают основание для развития новых представлений об условиях и факторах природного алмазообразования.

Новые представления об образовании алмазов в природе положены в основу разработки принципиально нового подхода к созданию химической технологии промышленного синтеза алмазов из газовой фазы при весьма умеренных термодинамических параметрах.

Предлагаемый способ синтеза алмаза кардинально отличается от всех известных способов тем, что основан на реальном механизме природного алмазообразования.

Сущность предлагаемого способа заключается в использовании окислительно-восстановительных газовых реакций взаимодействия углеродсодержащих соединений, а именно в использовании окислительно-восстановительного механизма взаимной нейтрализации электроположительных (С⁺ⁿ) и электроотрицательных (С^-n) атомов углерода в его простых газообразных соединениях типа СО₂ и СН₄, СО и С₂Н₄ и т.д.

Формула изобретения

СПОСОБ СИНТЕЗА АЛМАЗОВ из газовой фазы, отличающийся тем, что, с целью упрощения и удешевления способа путем существенного снижения температуры и давления, используют эквимолярные смеси простых газообразных соединений типа CO₂ и CH₄, CO и C₂H₂, CH₄ и CX₄, где X - Cl, Br, в которых углерод находится в разновалентном состоянии, и процесс ведут при 200-350^oС и 200-2500 ат.