Способ получения искусственных алмазов из графита


 

C30B1/00 - Выращивание монокристаллов (с использованием сверхвысокого давления, например для образования алмазов B01J 3/06); направленная кристаллизация эвтектик или направленное расслаивание эвтектоидов; очистка материалов зонной плавкой (зонная очистка металлов или сплавов C22B); получение гомогенного поликристаллического материала с определенной структурой (литье металлов, литье других веществ теми же способами или с использованием тех же устройств B22D; обработка пластмасс B29; изменение физической структуры металлов или сплавов C21D,C22F); монокристаллы или гомогенный поликристаллический материал с определенной структурой; последующая обработка монокристаллов или гомогенного поликристаллического материала с определенной структурой (для изготовления полупроводниковых приборов или их частей H01L);

Владельцы патента RU 2560380:

Леонов Виктор Васильевич (RU)
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский федеральный университет" (RU)

Изобретение относится к технологии получения алмазов. Искусственные алмазы получают из графита на подложке в присутствии электродов путем расположения графита на подложке, являющейся электродом с отрицательным зарядом, расположенной в кварцевой пробирке, и при нагреве до 1000°C при атмосферном давлении в радиационной печи. Другой электрод, положительно заряженный, размещают на внешней стороне пробирки и подводят к электродам постоянный ток напряжением 2,0-10 кВ, не создавая замкнутую электрическую цепь. Технический результат изобретения заключается в упрощении технологии, снижении энергетических затрат и снижении себестоимости синтеза алмазов за счет простоты технического решения, доступности используемых материалов и оборудования.

 

Изобретение относится к способам получения алмазов, а более точно к способам прямого превращения графита в алмаз в области термодинамической устойчивости последнего.

Известен способ получения сверхтвердых материалов (алмазов), в котором превращаемый материал (графит) помещают в прочные металлические ампулы сохранения плоского или цилиндрического типа, в корпусе которых генерируют ударные волны детонацией заряда BB, находящегося в контакте с корпусом ампулы, или ударом о стенки ампулы лайнера, разгоняемого ПВ до больших скоростей [RU 94029279, МПК B01J 3/08, 10.07.1996]. Под воздействием высоких динамических давлений и температур осуществляется фазовый переход графит-алмаз в области термодинамической устойчивости последнего.

Недостатком данного способа является низкий (≅20%) выход материала. Комплексное воздействие остаточных температур и волны разрежения (снятие высокого давления практически до нуля за несколько мкс) приводит к частичному обратному переходу алмаза в графит.

Известен способ получения алмазоподобных фаз углерода, включающий воздействие на углеродсодержащий материал импульсов электрического тока с энергией импульса 3,5-18,0 кДж на 1 г углерода в углеродсодержащем материале [RU 2038294 от 27.06.1995].

Недостаток известного способа заключается в сложности получения алмазоподобных фаз за счет импульсного тока, что требует наличия дополнительного устройства.

Известен способ получения искусственных алмазов из графита путем его нагрева в присутствии электродов, к которым подводят постоянный ток, создавая замкнутую электрическую цепь, при этом графит нагревают до 1000°C при атмосферном давлении [US 5516500 от 14.05.1996].

Однако в данном способе для получения алмазов создают замкнутую электрическую цепь, что приводит к пересублимации графита с одного электрода на другой при пропускании тока.

Данный способ выбран за прототип.

Задачей изобретения является получение искусственных алмазов из графита при отсутствии пересублимации графита.

Решение этой технической задачи позволит упростить и удешевить технологию синтеза искусственных алмазов, а также получать искусственные алмазы, не меняя формы исходного графита.

Достигается это тем, что в способе получения искусственных алмазов из графита на подложке в присутствии электродов, на которые подают напряжение, согласно изобретению, графит помещают на подложку, являющуюся электродом с отрицательным зарядом, расположенную в кварцевой пробирке, другой электрод, положительно заряженный, размещают на внешней стороне пробирки, пробирку помещают в радиационную печь и нагревают до 1000°C при атмосферном давлении, а к электродам подводят постоянный ток напряжением 2,0-10 кВ, не создавая замкнутую электрическую цепь.

Данные условия воздействия на графит являются наиболее оптимальными для фазового перехода графита в алмаз. При температуре ниже 1000°C и напряжении менее 2 кВ процесс будет замедленным и экономически не оправданным, а повышение температуры выше 1000°C и напряжение более 10 кВ приводит к терморазрушению слоев графита и излишних затрат энергии.

Способ осуществляется следующим образом.

Предварительно подготавливается исходный образец. С этой целью кристаллические графитовые элементы (протяженные волокна диаметром до нескольких мкм, длиной до нескольких мм, отдельные частицы размером в несколько десятков мкм) помещают на подложку из металла. Металл подложки выбирают исходя их необходимых требований:

- невысокий температурный разогрев, обеспечивающий фазовый переход графит-алмаз в области термодинамической стабильности последнего.

- большая плотность металла в сжатом состоянии в области термодинамической стабильности алмаза по сравнению с последним

- крайне малая растворимость углерода в нем (<0,5%) в условиях воздействия температур.

Для осуществления способа проводили 3 эксперимента: образец графита размещали на стальной пластине, являющейся отрицательно заряженным электродом, помещали в кварцевую пробирку и нагревали до 1000°C в радиационной печи. Воздействие на графит осуществляют путем подачи электрического тока постоянного напряжения 2,0 кВ на электроды, положительно заряженный электрод расположен на внешней поверхности кварцевой пробирки, не создавая замкнутую электрическую цепь, т.е. ток не проходил через графит.

При подаче тока на пластину происходит повышение внутренней энергии графита, выше внутренней энергии алмаза, за счет чего и происходит самопроизвольное превращение выскоэнергетичного графита в менее энергетический алмаз с перестройкой кристаллической решетки при фазовом превращении. Скорость превращения графита в алмаз при этом наблюдалась в течение 1 часа.

При воздействии на графит электрического тока постоянного напряжения 5,0 кВ на электроды, скорость превращения графита в алмаз наблюдалась в течение 30 минут.

При воздействии на графит электрического тока постоянного напряжения 10,0 кВ на электроды, скорость превращения графита в алмаз наблюдалась в течение 20 минут.

Увеличение напряжения более 10 кВ приводит к терморазрушению слоев графита. Поэтому оптимальным будет воздействие на графит 2,0-10 кВ.

Таким образом, можно легко регулировать получение алмаза за счет напряжения постоянного тока.

Способ обеспечивает достижение следующих преимуществ по сравнению с известными ранее:

повышение качества синтезируемого продукта;

упрощение технологии, снижение энергетических затрат и снижение себестоимости синтеза алмазов за счет простоты технического решения, доступности используемых материалов и оборудования.

Способ получения искусственных алмазов из графита на подложке в присутствии электродов, на которые подают напряжение, отличающийся тем, что графит помещают на подложку, являющуюся электродом с отрицательным зарядом, расположенную в кварцевой пробирке, другой электрод, положительно заряженный, размещают на внешней стороне пробирки, пробирку помещают в радиационную печь и нагревают до 1000°C при атмосферном давлении, а к электродам подводят постоянный ток напряжением 2,0-10 кВ, не создавая замкнутую электрическую цепь.



 

Похожие патенты:

Изобретение может быть использовано в медицине при производстве препаратов для послеоперационной поддерживающей терапии. Проводят термическое разложение метана в герметичной камере на подложках из кремния или никеля при давлении 10-30 Торр и температуре 1050-1150 °С.

Изобретение относится к технологии получения чистых веществ, используемых в отраслях высоких технологий: полупроводниковой, солнечной энергетики, волоконно-оптической связи.

Изобретение относится к области полупроводникового материаловедения и может быть использовано для получения отдельных кристаллов и массивов оксида цинка для применения в качестве активных элементов, материала для фотокаталитической очистки сред, пьезоэлектрических датчиков, а также для фундаментальных исследований кинетики роста кристаллов.

Изобретение относится к области получения наноалмазов, представляющих интерес для использования в послеоперационной поддерживающей терапии. .

Изобретение относится к области получения монокристаллических слоистых пленок графита на полупроводниковых подложках, представляющих интерес для использования в производстве приборов оптоэлектроники.

Изобретение относится к хлорсилановой технологии получения поликристаллического кремния и может быть использовано в производстве полупроводниковых материалов и электронных приборов.

Изобретение относится к получению поликристаллического кремния газофазным осаждением на нагретые подложки и может быть использовано для производства полупроводниковых материалов, солнечных элементов и в микроэлектронике.

Изобретение относится к области получения пленок фотонных кристаллов. .

Изобретение относится к технологии выращивания монокристаллов методом Чохральского. .

Изобретение относится к области технологии получения многокомпонентных полупроводниковых материалов и может быть использовано в электронной промышленности для получения полупроводникового материала - твердого раствора (SiC)1-x(AlN)x для создания на его основе приборов твердотельной силовой и оптоэлектроники, для получения буферных слоев (SiC) 1-x(AlN)x при выращивании кристаллов нитрида алюминия (AlN) или нитрида галлия (GaN) на подложках карбида кремния (SiC).

Изобретение относится к технологии получения алмазов для ювелирных целей. Способ включает помещение подложки, имеющей алмазное зерно с предварительно заданным размером и предварительно заданной оптической ориентацией, в камеру для осуществления химического парофазного осаждения (CVD), подачу в камеру водорода, углеводородного газа, содержащего углерод, газа, содержащего азот, и газа, содержащего диборан, оба из которых приспособлены для ускорения скорости роста алмаза на подложке, приложение электрического поля для образования плазмы близ подложки, приводя тем самым к поэтапному росту алмаза на подложке, завершение процесса CVD в камере, огранку и удаление нежелательного углерода из выращенного алмаза, очистку и огранку алмаза, отжигаемого при предварительно заданной температуре в течение заданного периода времени, проведение окончательной огранки алмаза, полировки и придания цвета.

Изобретение относится к способу управления концентрацией и однородностью распределения легирующей примеси в синтетическом CVD-алмазном материале, используемом в электронных устройствах и датчиках.

Изобретение относится к области получения поликристаллических материалов, которые могут быть использованы, преимущественно, для изготовления бурового и правящего инструмента.

Изобретение относится к производству монокристаллического алмазного материала химическим осаждением из газовой фазы (CVD), который используется в оптических, механических, люминесцентных и/или электронных устройствах.

Изобретение относится к нанотехнологии и может быть использовано для маркирования молекул, квантовой обработки информации, магнитометрии и синтеза алмаза химическим осаждением из газовой фазы.

Изобретение относится к технологии производства окрашенных алмазных материалов, которые могут найти применение в качестве драгоценных камней или режущих инструментов.

Изобретение может быть использовано при получении ювелирных алмазов. Способ введения NV-центров в монокристаллический CVD-алмазный материал включает следующие стадии: облучение CVD-алмазного материала, который содержит одиночный замещающий азот, для введения изолированных вакансий в концентрации по меньшей мере 0,05 ppm и самое большее 1 ppm; отжиг облученного алмаза для формирования NV-центров из по меньшей мере некоторых из дефектов одиночного замещающего азота и введенных изолированных вакансий.

Изобретения могут быть использованы в химической и ювелирной промышленности. Алмазный материал, легированный азотом, полученный по технологии CVD, или представляющий собой монокристалл или драгоценный камень, проявляет различие абсорбционных характеристик после воздействия излучения с энергией по меньшей мере 5,5 эВ, в частности УФ-излучения, и термической обработки при температуре 798 К.

Изобретение относится к технологическим процессам получения легированных алмазов, которые могут быть использованы в электронике и приборостроении, а также в качестве ювелирного камня.
Изобретение относится к химической промышленности и может быть использовано для получения технических или ювелирных изделий. Ионы углерода с разноименными зарядами взаимодействуют между собой в течение 20-30 часов при температуре 850-950 °C в высокочастотном электрополе в диапазоне частот 40-80 кГц в присутствии железа в качестве катализатора.

Изобретение относится к получению материалов, способных интенсивно излучать свет в широком диапазоне спектра под воздействием фото-, электронного иэлектровозбуждения, стабильно в условиях высоких температур, радиации и химически агрессивных средах.
Наверх