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Verfahren zur Herstellung synthetischer Diamanten
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stoff besteht. Eine der wichtigsten Diamant-Graphit-Gleichgewichtslinien ist jene, die von Berman und Simon in der Zeitschrift für Elektrochemie, 59 [1955], S. 333, vorgeschlagen worden ist. Diese Forscher haben behauptet, dass durch Zusammenpressen von Kohlenstoff bei einem Druck und einer Temperatur im Stabilitätsbereich des Diamanten des Kohlenstoff-Phasendiagramms die Umwandlung von Nichtdiamantkohlenstoff in Diamant vor sich geht. Keiner der Forscher auf diesem Gebiet war jedoch bisher in der Lage, diese Umwandlung durchzuführen. Es wurde nun festgestellt, dass sowohl Stabilitätsbereiche des Diamanten als auch Stabilitätsbereiche für Nichtdiamantkohlenstoff im Kohlenstoff-Druck-TemperaturPhasendiagramm existieren.
Aber im Gegensatz zu den Theorien der früheren Forscher wurde gefunden, dass eine Behandlung von Nichtdiamantkohlenstoff lediglich in der Weise, dass sich der Nichtdiamantkohlenstoff in dem Diamantstabilitätsbereich des Kohlenstoffes befindet, nicht ausreichend ist, um Nichtdiamantkohlenstoff in Diamant umzuwandeln. Bisher unveröffentlichte Versuche betreffen Verfahren, die auf der Entdeckung beruhen, dass in bestimmten Abschnitten des Stabilitätsbereiches von Diamant im Kohlenstoffphasendiagramm und in Gegenwart bestimmter Katalysatoren die Umwandlung von Kohlenstoffmaterial in Diamant in reproduzierbarer Weise durchgeführt werden kann. Diese Verfahren sind jedoch auf die Verwendung von Katalysatoren beschränkt, welche im Stabilitätsbereich des Diamanten nur bei Drücken von wenigstens etwa 75000 at wirksam sind.
Bei Anwendung der Katalysatoren gemäss der Erfindung ist es jedoch möglich, in bequemer Weise reproduzierbare Ergebnisse durch Umwandlung
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die Druck- und Temperatur die Druck- und Temperaturbedingungen zu charakterisieren, bei welchen kohlenstoffhaltiges Material theoretisch in Diamant umgewandelt werden kann. Dieser Ausdruck wird am besten unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert, in der auf der Abszisse die Temperatur in 0 C gegen den Druck in Atmosphären auf der Ordinate aufgetragen ist.
Der schraffierte Bereich in der Zeichnung zwischen der strichlierten Linie V-V und der strichlierten Linie W-W versinnbildlicht eine Gleichgewichtszone bzw. einen Bereich, dessen Grenzen nicht genau festgestellt werden können und der zwischen jenen Bedingungen von Druck und Temperatur liegt, bei welchen der Diamant stabil ist, und den Bedingungen von Druck und der Temperatur, bei welchen Graphit die stabile Form des Kohlenstoffes ist.
Im Rahmen der Erfindung wird der schraffierte Bereich als tatsächliche Gleichgewichtszone bezeichnet, wenngleich in andern experimentellen Arbeiten die Lage und die Begrenzung dieser Zone in etwas anderer Art, als dies in der Zeichnung angegeben ist, charakterisiert wird.
Der Stabilitätsbereich von Diamant wird durch die Druck- und Temperaturbedingungen innerhalb und links von der Gleichgewichtszone, innerhalb der Grenzen der Linien X-X und Y-Y in der Zeichnung dargestellt. Der Stabilitätsbereich des Graphits ist durch die Druck- und Temperaturbedingungen in und rechts von der in der Zeichnung dargestellten Gleichgewichtszone gegeben. Wenn reiner Diamant Druck- und Temperaturbedingungen entsprechend dem Stabilitätsbereich des Diamanten unterworfen wird, wird Diamant nicht in Graphit umgewandelt. Ebenso wird reiner Graphit, wenn er unter Druckund Temperaturbedingungen des Stabilitätsbereiches von Graphit unterworfen wird, nicht in Diamant umgewandelt.
Die Linie X-X der Zeichnung gibt den niedrigsten Druckbereich (etwa 50000 at) und die Linie Y-Y den niedrigsten Temperaturbereich (etwa 12000 C) an, bei welchem Nichtdiamantkohlenstoff nach dem Verfahren gemäss der Erfindung in Diamant umwandelbar sein könnte. Kohlenstoffhaltiges Material wird jedoch nicht in Diamant umgewandelt, wenn es lediglich in den Stabilitätsbereich des Diamanten bei Drücken und Temperaturen oberhalb und rechts des durch die Linien X-X und Y-Y der Zeichnung definierten Minimums gebracht wird. Graphit und andere kohlenstoffhaltige Materialien können bei diesen Drücken und Temperaturen unbeschränkte Zeit belassen werden, ohne dass irgendeine Umwandlung erfolgt.
Lediglich dann, wenn Kohlenstoffmaterial diesen bestimmten Druck- und Temperaturbedingungen in Gegenwart der besonderen Katalysatoren gemäss der Erfindung unterworfen wird, erfolgt die Umwandlung in Diamant.
Zur Erläuterung der vorstehenden Erfindung sind nachstehend ausführliche Beispiele für die Umwandlung von Graphit in Diamant angegeben, u. zw. vor allem deshalb, weil Graphit das bequemste Ausgangsmaterial für die Diamantsynthese ist. Es sind jedoch auch andere kohlenstoffhaltige Materialien, die von Graphit verschieden sind, in Diamant umwandelbar. So können dem erfindungsgemässen Verfahren auch amorpher Kohlenstoff, Kohle, Koks, Holzkohle u. dgl. unterworfen werden. Ferner ist das erfindungsgemässe Verfahren auf Stoffe anwendbar, die chemisch gebundenen Kohlenstoff enthalten.
Diese Art von Materialien umfasst kohlenstoffhaltige organische und anorganische Verbindungen bekannter Struktur und Zusammensetzung ebenso wie organische Materialien nicht spezifisch bestimmter Zusammensetzung.
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Beispiele von kohlenstoffhaltigen Materialien verschiedener Art, die erfindungsgemäss wirksam sind, und die chemisch gebundenen Kohlenstoff enthalten, umfassen solche chemisch nicht verwandte Materialien, wie Kohlenteerpeche, Holz, Papier, Lithiumcarbid und Naphthalin. Obwohl das vorliegende Verfahren auch auf die Umwandlung von chemisch gebundenem Kohlenstoff in Diamant anwendbar ist, ist nicht anzunehmen, dass der chemisch gebundene Kohlenstoff direkt in Diamant umgewandelt wird.
Man glaubt vielmehr, dass der chemisch gebundene Kohlenstoff zuerst unter dem Druck und der Temperatur der Reaktion in freien Kohlenstoff umgewandelt wird und erst dieser freie Kohlenstoff dann in Diamant übergeht.
Die vorher hergestellten Legierungen, die im Rahmen der Erfindung als Katalysatoren verwendet werden, sind als Legierungen von wenigstens zwei Metallen definiert, wobei wenigstens eines der Metalle aus der die VIII. Gruppe des periodischen Systems, sowie Chrom, Mangan und Tantal umfassenden Gruppe stammt. Diese vorstehend genannte Gruppe von Metallen wird nachstehend gelegentlich als "Katalysatormetalle" bezeichnet. Im Rahmen der Erfindung liegen diese Katalysatormetalle in Form von vorgebildeten Legierungen mit wenigstens einem andern Metall vor.
Die Bezeichnung "vorgebildete Legierung" soll ein Material kennzeichnen, das mehr als ein Metall enthält und in dem die Atome jedes Metalls innig mit den Atomen jedes andern Metalls assoziiert und die Atome jedes der Metalle von den Atomen der andern Metalle durch metallische Bindung festgehalten werden. Dadurch unterscheiden sich die vorgebildeten Legierungen, wie sie im Rahmen der Erfindung verwendet werden, von den bloss mechanischen Mischungen von Teilchen zweier oder mehrerer Metalle.
Durch die Bezeichnung "vorgebildete Legierung" wird jedoch nicht zwingend vorgeschrieben, dass diese Legierung bereits dann gebildet sein muss, wenn das Material in den Reaktionsraum eingebracht wird.
Die Legierung muss nur dann vorliegen, wenn die Umwandlung zu Diamant erfolgt. Der Typ der vorgebildeten Legierung kann innerhalb ausserordentlich weiter Grenzen verschieden sein. So umfassen vorgebildete Legierungen gemäss der Erfindung Legierungen aus einem Katalysatormetall und einem Nichtkatalysatormetall, Legierungen aus einem Katalysatormetall und zwei oder mehr Nichtkatalysatormetallen oder Legierungen aus zwei oder mehr Katalysatormetallen und zwei oder mehr Nichtkatalysatormetallen.
Obwohl die genauen Gründe für die Überlegenheit vorgebildeter Legierungen über reine Katalysatormetalle nicht völlig geklärt sind, wird angenommen, dass diese Überlegenheit wenigstens teilweise auf die Tatsache zurückzuführen ist, dass viele der Legierungen, die zwei oder mehrere Metalle enthalten, wovon eines ein Katalysatormetall ist, einen Schmelzpunkt unterhalb den Schmelzpunkten der reinen Katalysatormetalle oder der Mischungen von Metallen, die wenigstens ein Katalysatormetall enthalten, aufweisen. Die Umwandlung des kohlenstoffhaltigen Materials in Diamant wird durch das Schmelzen der vorgebildeten Legierung bei niedrigeren Druck- und Temperaturbedingungen, als sie für das reine Katalysatormetall erforderlich sind, begünstigt.
Dies ermöglicht wieder die Umwandlung von Nichtdiamantkohlenstoff zu Diamant unter weniger extremen Bedingungen von Druck und Temperatur, als dies bei Verwendung eines reinen Katalysatormetalls oder einer Mischung von Metallen, die ein reines Katalysatormetall enthält, möglich ist. Diese Annahme ist ferner durch die Tatsache gestützt, dass niedrige Temperatur- und Druckbedingungen bei der Umwandlung von kohlenstoffhaltigem Material zu Diamant benutzt werden können, wenn die vorgeformte Legierung bei Atmosphärendruck einen niedrigeren Schmelzpunkt hat als der Schmelzpunkt des entsprechenden Katalysatormetalls, das als Bestandteil der Legierung dient.
Ein weiterer Grund für die Überlegenheit vorgeformter Legierungen gegenüber reinen Katalysatormetallen ist vermutlich auf einen Kernbildungseffekt zurückzuführen, der durch Legierungen hervorgerufen wird, die bei ihrer Verwendung eine Diamantbildung bei geringeren Drücken erlauben als mit reinem Metallkatalysator und wodurch man gleichzeitig eine erhöhte Umwandlung von kohlenstoffhaltigem Material zu Diamant, insbesondere bei Drücken und Temperaturen in der Nähe der Grenze des Stabilitätsbereiches von Diamant, erzielt.
Die Zusammensetzung der Legierungen gemäss der Erfindung ist lediglich durch die Tatsache begrenzt, dass mindestens zwei Metalle vorhanden sein müssen, von denen eines ein Katalysatormetall ist.
Im allgemeinen liegt jede der Komponenten der vorgebildeten Legierung in einer Menge entsprechend 2 Grew.-% oder darüber und vorzugsweise 10 Grew.-% oder mehr, bezogen auf das Gesamtgewicht der vorgebildeten Legierung, vor.
Aus dem Vorstehenden ergibt sich, dass vorgebildete Legierungen gemäss der Erfindung Legierungen umfassen wie Nickel-Chrom, Eisen-Mangan, Eisen-Nickel, Eisen-Kobalt, Eisen-Nickel-Kobalt, Aluminium-Nickel-Kobalt, Eisen-Iridium, Eisen-Palladium, Eisen-Platin, Eisen-Rubidium, Eisen-Rhodium, Eisen-Ruthenium, Eisen-Antimon, Eisen-Zinn, Eisen-Titan, Eisen-Vanadium, Eisen-Wolfram, Eisen-Zink,
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<tb>
<tb> Magnesium-Mangan,Angenäherter <SEP> Druck-Angenäherter <SEP> TemperaturKatalysator <SEP> : <SEP> berecih, <SEP> at:
<SEP> bereich, <SEP> C:
<tb> 80% <SEP> Ni-20% <SEP> Cr <SEP> 63 <SEP> 000-100 <SEP> 000 <SEP> 1400-2200 <SEP>
<tb> 95% <SEP> Ni-5% <SEP> Cr <SEP> 65 <SEP> 000-90 <SEP> 000 <SEP> 1500-1600 <SEP>
<tb> 400/0 <SEP> Ni-60% <SEP> Mn <SEP> 70000-100000 <SEP> 1300-1600 <SEP>
<tb> 70% <SEP> Fe <SEP> - <SEP> 30% <SEP> Ni <SEP> 63 <SEP> 000 <SEP> - <SEP> 90 <SEP> 000 <SEP> 1300 <SEP> - <SEP> 1700
<tb> 50% <SEP> Cu <SEP> - <SEP> 50% <SEP> Mn <SEP> 75 <SEP> 000 <SEP> - <SEP> 92 <SEP> 000 <SEP> 1200 <SEP> - <SEP> 1700
<tb>
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<tb>
<tb> Angenäherter <SEP> Schmelzpunkt
<tb> Katalysator <SEP> : <SEP> in <SEP> 0 <SEP> C <SEP> :
<SEP>
<tb> 80% <SEP> Ni-20% <SEP> Cr <SEP> 1350
<tb> 95% <SEP> Ni-5% <SEP> Cr <SEP> 1400
<tb> 7Clo <SEP> Fe-30% <SEP> Ni <SEP> 1250
<tb> 40% <SEP> Ni-60% <SEP> Mn <SEP> 1200
<tb> 501o <SEP> Ni-50% <SEP> Cu <SEP> 1250
<tb> 50% <SEP> cru-50% <SEP> Mn <SEP> 1100
<tb>
Es wurde gefunden, dass das Verhältnis von vorgebildetem Legierungskatalysator und kohlenstoffhaltigem Material gemäss der Erfindung innerhalb ausserordentlich weiter Grenzen schwanken kann, z. B. von 0,1 bis 10 Vol.-Teile Katalysator je Vol.-Teil kohlenstoffhaltiges Material. Vorzugsweise werden jedoch etwa 0, 5-2 Vol.-Teile Katalysator je Vol. -Teil kohlenstoffhaltiges Material verwendet.
Bei der Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens können der vorgebildete Legierungskatalysator und das kohlenstoffhaltige Material in Berührung und auf den gewünschten Druck gebracht und auf die gewünschte Temperatur erhitzt werden und unter diesen Reaktionsbedingungen so lange belassen werden, bis die Reaktion erfolgt ist. Die für die Reaktion erforderliche Zeit ist ausserordentlich kurz und in fast allen Fällen ist die Reaktion innerhalb 1 - 2 sec bis zu wenigen Minuten beendet. Im allgemeinen werden Umsetzungsdruck und-temperatur 2-4 min belassen, so dass eine vollständige Umsetzung gewährleistet ist. Für die erzeugten Reaktionsprodukte hat es sich nicht als nachteilig erwiesen, wenn die Reaktionsteilnehmer längere Zeit dem hohen Druck und der hohen Temperatur ausgesetzt wurden.
Bei der Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens kann eine beliebige Vorrichtung verwendet werden, in der die erforderlichen Drücke und Temperaturen erzielbar sind und die Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens ist offensichtlich nicht abhängig von einer speziellen Art der Vorrichtung.
Unabhängig von der speziellen Anordnung der Beschickung im Reaktionsbehälter wurde gefunden, dass die Umwandlung von kohlenstoffhaltigem Material in Diamant lediglich von Druck und Temperatur innerhalb des Reaktionsbehälters abhängt und nicht von besonderen angewendeten Modifikationen. Es wurde jedoch gefunden, dass die Umwandlung gemäss der Erfindung wirksamer erfolgt, wenn die gesamte Beschickung aus vorgebildetem Legierungskatalysator und kohlenstoffhaltigem Material im Reaktionsbehälter
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in Form nur eines oder zweier kompakter Körper vorliegt. Dies unterscheidet sich von der Anwendung eines Gemisches von Pulvern des Legierungskatalysators und des kohlenstoffhaltigen Materials im Reaktionsbehälter.
Die folgenden Beispiele erläutern das erfindungsgemässe Verfahren. Der gemäss diesen Beispielen angewendete Graphit war entweder solcher mit spektroskopischer Reinheit oder Reaktorgraphit. Bei allen Beispielen war der Druck im Reaktionsgefäss gleichmässig. Die Temperatur, auf die in den Beispielen Bezug genommen ist, bezieht sich auf die höchste Temperatur an der Grenzfläche des vorgebildeten Legierungskatalysators und des kohlenstoffhaltigen Materials. Die Temperatur kann innerhalb mehrerer hundert 0 C zwischen entfernten Punkten des Reaktionsbehälters schwanken und die Umwandlung scheint durch diesen Temperaturgradienten sogar begünstigt zu werden.
Im Rahmen aller Beispiele werden die Diamanten aus der Matrix, in der sie gebildet worden sind, durch das folgende Verfahren abgetrennt : Die feste Reaktionsmasse wird aus der angewendeten Apparatur herausgehämmert, sie wird in konz. Schwefelsäure eingebracht, welcher eine geringe Menge Kallumnitrat zugesetzt worden ist (etwa 1 Teelöffel je 100 ml Schwefelsäure). Auf diese Weise wird der in der Reaktionsmasse noch vorhandene Kohlenstoff aufgelöst. Die verbleibende Masse wird dann mit roter, rauchender Salpetersäure behandelt, die die Auflösung aller Stoffe des Endproduktes, mit Ausnahme von Diamant, bewirkt. Kompakte Metalle, wie Rhodium, sind zwar in allen Säuren unlöslich ; bei Legierungen dieser Metalle bzw. bei Vorliegen der Metalle in feiner Verteilung, gelingt jedoch eine Auflösung in konz.
Säuren, wie 70 - 900/oige HNOs'Diese beiden Verfahrensschritte, nämlich das Auflösen des Kohlenstoffes und das Auflösen des Metallkatalysators, können auch noch in umgekehrter Reihenfolge vorgenommen werden. Die gebildeten Diamanten sind von unterschiedlicher Grösse von einigen wenigen Mikron bis zu 20 li und mehr. Die Ausbeute schwankt ebenfalls beträchtlich von einigen wenigen Kristallen bis zu vielen hundert Kristallen. All das hängt von Änderungen des Druckes, der Temperatur und des Katalysators ab. Die häufigste Grösse liegt zwischen 0, 1 und 0, 5 mm Durchmesser, doch werden in den grösseren Kristalle mehr Fehler in der Struktur festgestellt. Die Diamanten haben analog dem natürlichen Diamanten kubische oder oktaedrische Flächen und, wie in der Natur, kommen beide Kristallformen auch untereinander verwachsen vor.
Die Farbe variiert analog von weiss bis grün, braun und gelb. Der gemäss den Beispielen gebildete Diamant wurde unter Anwendung wenigstens einer der folgenden Methoden geprüft, um zu gewährleisten, dass das gebildete Produkt tatsächlich Diamant ist : Röntgenkristallographie, Brechungsindex, Dichte, chemische Analyse, Infrarotanalyse und Härteprüfungen.
Bei allen Beispielen bildeten sich die Diamanten an der Grenzfläche (oder den Grenzflächen) zwischen dem vorgeformten Legierungskatalysator und dem kohlenstoffhaltigen Material.
Beispiel l : Durch dieses Beispiel wird die Verwendung einer aus 800/0 Nickel und 20% Chrom bestehenden Legierung bei der Umwandlung von Graphit zu Diamant erläutert. Das im Rahmen dieses Beispiels angewendete Reaktionsgefäss hatte einen Innendurchmesser von etwa 0, 46 cm. Das mittlere Drittel der Bohrung des Pyrophyllitzylinders, der das Reaktionsgefäss darstellte, wurde mit einem zylindrischen Körper aus der vorgeformten Legierung gefüllt. Der Rest des Raumes, der durch die inneren Wände des Pyrophyllitzylinders begrenzt war, wurde mit einem zylindrischen Körper aus Graphit spektroskopischer Reinheit gefüllt.
An den Grenzflächen zwischen der Legierung und dem Graphit bildeten sich Diamanten, wenn diese Anordnung einem Druck von etwa 63 000 at und einer Temperatur von etwa 15000 C durch 3 min unterworfen wurde. An den Grenzflächen wurden auch dann Diamanten gebildet, wenn die Anordnung den folgenden Bedingungen unterworfen wurde :
Tabelle 3 :
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<tb>
<tb> Angenäherter <SEP> Druck, <SEP> Angenäherte <SEP> Temperatur, <SEP> Zeit
<tb> at <SEP> : <SEP> 0 <SEP> c <SEP> : <SEP> min <SEP> :
<SEP>
<tb> 63000 <SEP> 1400 <SEP> 3
<tb> 70000 <SEP> 1400 <SEP> 3
<tb> 70 <SEP> 000 <SEP> 1600 <SEP> 3
<tb> 85 <SEP> 000 <SEP> 1400 <SEP> 3
<tb> 100 <SEP> 000 <SEP> 1400 <SEP> 3
<tb> 100 <SEP> 000 <SEP> 2100 <SEP> 1/3
<tb>
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Die nach dem oben angegebenen Verfahren bei einem Druck von 70000 at und einer Temperatur von 17000 C gebildeten Diamanten wurden in weissem Licht gemessen, wobei festgestellt wurde, dass sie einen Brechungsindex von 2, 40 bis 2, 50 aufweisen. Diese Brechungsindices stellen nur ungefähre Werte dar, da nur Messungen an kleinen Stücken durchgeführt worden sind. Der Brechungsindex von natürlichen Diamantensplittern, die gleichzeitig geprüft wurden, lag ebenfalls im Bereich von 2, 40 bis 2, 50.
Röntgeninterferenzaufnahmen wurden mit den erhaltenen Diamanten unter Verwendung einer zylindrischen Kamera mit 5 cm Radius und einer Cu-Strahlung hergestellt. Die Aufnahmen bewiesen eindeutig, dass Diamanten gebildet worden waren. Die Atomabstände, die aus diesen Photographien ermittelt wurden, sind in der nachstehenden Tabelle 4 im Vergleich zu den theoretischen Werten für Diamant angegeben :
Tabelle 4 :
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<tb>
<tb> Atomabstände <SEP> in <SEP> Angströmeinheiten
<tb> Ebene <SEP> : <SEP> gemessen <SEP> : <SEP> natürlicher <SEP> Diamant <SEP> :
<SEP>
<tb> (111) <SEP> 2, <SEP> 05 <SEP> 2, <SEP> 06 <SEP>
<tb> (220) <SEP> 1, <SEP> 26 <SEP> 1, <SEP> 262 <SEP>
<tb> (311) <SEP> 1, <SEP> 07 <SEP> 1, <SEP> 076 <SEP>
<tb> (400) <SEP> 0, <SEP> 890 <SEP> 0, <SEP> 8920 <SEP>
<tb> (331) <SEP> 0, <SEP> 818 <SEP> 0, <SEP> 8185 <SEP>
<tb>
Beispiel 2 : Das Verfahren des Beispiels 1 wurde mit der Abänderung wiederholt, dass andere vorgebildete Nickel-Chromlegierungen als Katalysator verwendet wurden. Die nachstehende Tabelle 5 gibt die Gew. -0/0 Nickel in der Legierung sowie Druck, Temperatur und Reaktionszeit bei der Diamantenbildung an.
Tabelle 5 :
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<tb>
<tb> Angenäherter <SEP> Druck, <SEP> Angenäherte <SEP> Temperatur, <SEP> Zeit,
<tb> 0/0 <SEP> Nickel <SEP> : <SEP> at <SEP> : <SEP> 0 <SEP> c <SEP> : <SEP> min <SEP> : <SEP>
<tb> 70 <SEP> 87 <SEP> 000 <SEP> 1600 <SEP> 3
<tb> 70 <SEP> 100000 <SEP> 1500 <SEP> 3
<tb> 95 <SEP> 65 <SEP> 000 <SEP> 1600 <SEP> 3
<tb> 95 <SEP> 90 <SEP> 000 <SEP> 1500 <SEP> 3
<tb> 98 <SEP> 70000 <SEP> 1550 <SEP> 3
<tb>
Beispiel 3 : Gemäss dem Verfahren des Beispiels 1 wurden unter Anwendung der nachstehend angegebenen Bedingungen Diamanten hergestellt, wobei als Katalysator eine vorgebildete Nickel-Magnesiumlegierung verwendet wurde.
Tabelle 6 :
EMI7.3
<tb>
<tb> Angenäherter <SEP> Druck, <SEP> Angenäherte <SEP> Temperatur, <SEP> Zeit,
<tb> Nickel <SEP> : <SEP> at <SEP> : <SEP> 0 <SEP> C <SEP> : <SEP> min <SEP> : <SEP>
<tb> 40 <SEP> 70000 <SEP> 1600 <SEP> 10
<tb> 40 <SEP> 80000 <SEP> 1500 <SEP> 3
<tb> 40 <SEP> 90000 <SEP> 1300 <SEP> 17
<tb> 40 <SEP> 100000 <SEP> 1400 <SEP> 7
<tb> 50 <SEP> 87 <SEP> 000 <SEP> 1300 <SEP> 13
<tb> 50 <SEP> 91000 <SEP> 1500 <SEP> 14
<tb> 70 <SEP> 87000 <SEP> 1400 <SEP> 3
<tb>
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Tabelle 6 (Fortsetzung)
EMI8.1
<tb>
<tb> Angenäherter <SEP> Druck, <SEP> Angenäherte <SEP> Temperatur, <SEP> Zeit,
<tb> '10 <SEP> Nickel <SEP> : <SEP> at <SEP> : <SEP> 0 <SEP> c <SEP> : <SEP> min <SEP> :
<SEP>
<tb> 70 <SEP> 87000 <SEP> 1800 <SEP> 3
<tb> 96 <SEP> 65000 <SEP> 1400 <SEP> 9
<tb> 96 <SEP> 85000 <SEP> 1600 <SEP> 3
<tb>
Beispiel 4 : Nach dem in Beispiel 1 angegebenen Verfahren wurde Graphit in Diamant umgewandelt, wobei an Stelle der Legierung des Beispiels 1 eine vorgebildete Legierung aus gleichen Gew.-Teilen Eisen und Mangan angewendet wurde. Die Reaktion wurde bei einem Druck von etwa 75000 at und einer Tempes ;' : sur von 17000 C durchgeführt.
Beispiel 5 : Dieses Beispiel erläutert die Verwendung verschiedener Nickel-Eisenlegierungen als Katalysatoren für die Umwandlung von Graphit zu Diamant. Die Verfahrensweise entsprach jener des Beispiels 1. In der nachstehenden Tabelle 7 sind die Grew.-% Nickel in der Nickel-Eisenlegierung, der bei der Reaktion angewendete Druck, die Reaktionstemperatur und die Zeit angegeben, während welcher die Mischung unter Reaktionsbedingungen gehalten wurde.
Tabelle 7 :
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<tb>
<tb> Angenäherter <SEP> Druck, <SEP> Angenäherte <SEP> Temperatur, <SEP> Zeit,
<tb> 0/0 <SEP> Nickel <SEP> : <SEP> at <SEP> : <SEP> 0 <SEP> c <SEP> : <SEP> min <SEP> : <SEP>
<tb> 8 <SEP> 81000 <SEP> 1550 <SEP> 15
<tb> 8 <SEP> 93 <SEP> 000 <SEP> 1850 <SEP> 3
<tb> 16 <SEP> 81000 <SEP> 1600 <SEP> 15
<tb> 16 <SEP> 93000 <SEP> 1500 <SEP> 13
<tb> 25 <SEP> 81000 <SEP> 1400 <SEP> 20
<tb> 30 <SEP> 63000 <SEP> 1300 <SEP> 3
<tb> 30 <SEP> 90 <SEP> 000 <SEP> 1450 <SEP> 3
<tb> 30 <SEP> 90000 <SEP> 1700 <SEP> 3
<tb> 33 <SEP> 75 <SEP> 000 <SEP> 1300 <SEP> 11
<tb> 33 <SEP> 90 <SEP> 000 <SEP> 1400 <SEP> 6
<tb> 33 <SEP> 90 <SEP> 000 <SEP> 1700 <SEP> 5
<tb> 35 <SEP> 71000 <SEP> 1500 <SEP> 8
<tb> 35 <SEP> 93000 <SEP> 1750 <SEP> 5
<tb> 67 <SEP> 81000 <SEP> 1600 <SEP> 10
<tb> 90 <SEP> 75000 <SEP> 1400 <SEP> 6
<tb> 90 <SEP> 85000 <SEP> 1500 <SEP>
3
<tb>
Beispiel 6 : Dieses Beispiel erläutert die Verwendung einer weiteren vorgebildeten Legierung aus einem Katalysator- und einem Nichtkatalysatormetall bei der Umwandlung von Graphit zu Diamant. Bei jedem der Ansätze dieses Beispiels wurde ein Pyrophyllitzylinder mit einer zylindrischen Bohrung verwendet, der im Zentralabschnitt mit einem zylindrischen Einsatz aus spektroskopisch reinem Kohlenstoff und mit einer vorgebildeten Nickel-Kupferlegierung als zylindrischem Einsatz an jeder Seite des Graphiteinsatzes gefüllt war. Diese Anordnung wurde dann entweder mit Tantal- oder Nickelendscheiben abgeschlossen und verschiedenen Drücken und Temperaturen unterworfen. In allen Fällen bildeten sich Diamanten an der Grenzfläche zwischen dem Graphit und der Legierung.
In der nachstehenden Tabelle 8 sind die Gew. -0/0 Nickel in der Legierung, der angewendete Druck sowie die Reaktionstemperatur und die für jeden Ansatz benötigte Zeit angegeben.
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Tabelle 8 :
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<tb>
<tb> Angenäherter <SEP> Druck, <SEP> Angenäherte <SEP> Temperatur, <SEP> Zeit,
<tb> 0/0 <SEP> Nickel <SEP> : <SEP> at <SEP> : <SEP> 0 <SEP> c <SEP> : <SEP> min <SEP> : <SEP>
<tb> 15 <SEP> 86000 <SEP> 1600 <SEP> 14
<tb> 20 <SEP> 86000 <SEP> 1600 <SEP> 13
<tb> 30 <SEP> 86000 <SEP> 1600 <SEP> 8
<tb> 30 <SEP> 100000 <SEP> 2000 <SEP> 3
<tb> 33 <SEP> 86000 <SEP> 1600 <SEP> 9
<tb> 40 <SEP> 86000 <SEP> 2000 <SEP> 8
<tb> 40 <SEP> 98 <SEP> 000 <SEP> 2050 <SEP> 4
<tb> 50 <SEP> 86000 <SEP> 1300 <SEP> 14
<tb> 50 <SEP> 96 <SEP> 000 <SEP> 2000 <SEP> 3
<tb> 57 <SEP> 36 <SEP> 000 <SEP> 1500 <SEP> 9
<tb>
Beispiel 7 : Das Verfahren des Beispiels 6 wurde wiederholt, wobei verschiedene vorgebildete Kupfer-Manganlegierungen zur Umwandlung von Graphit in Diamant eingesetzt wurden. Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle 9 angeführt.
Tabelle 9 :
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<tb>
<tb> Angenäherter <SEP> Druck, <SEP> Angenäherte <SEP> Temperatur, <SEP> Zeit,
<tb> % <SEP> Kupfer <SEP> : <SEP> at: <SEP> C: <SEP> min:
<tb> 50 <SEP> 75000 <SEP> 1300 <SEP> 12
<tb> 50 <SEP> 87500 <SEP> 1200 <SEP> 13
<tb> 50 <SEP> 92000 <SEP> 1200 <SEP> 14
<tb> 50 <SEP> 92000 <SEP> 1700 <SEP> 8
<tb> 65 <SEP> 83000 <SEP> 1300 <SEP> 11
<tb> 65 <SEP> 91000 <SEP> 1300 <SEP> 7
<tb> 83, <SEP> 3 <SEP> 92000 <SEP> 1350 <SEP> 3
<tb>
Beispiel 8 : Nach dem Verfahren des Beispiels 1 wurde Graphit in Diamant umgewandelt, wobei eine Anzahl verschiedener vorgebildeter binärer Legierungskatalysatoren verwendet wurde. In der nachstehenden Tabelle 10 sind die Zusammensetzung jeder Legierung in Gew.-% sowie der Druck, die Temperatur und die Reaktionszeit angegeben.
Tabelle 10 :
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<tb>
<tb> Zusammensetzung <SEP> Angenäherter <SEP> Angenäherte
<tb> der <SEP> Legierung <SEP> Druck, <SEP> Temperatur <SEP> Zeit,
<tb> in <SEP> Gew.-% <SEP> : <SEP> at <SEP> : <SEP> C <SEP> : <SEP> min <SEP> : <SEP>
<tb> 95 <SEP> Ni <SEP> - <SEP> 5 <SEP> Ti <SEP> 65 <SEP> 000 <SEP> 1450 <SEP> 5
<tb> 95 <SEP> Ni <SEP> - <SEP> 5 <SEP> Ti <SEP> 70 <SEP> 000 <SEP> 1550 <SEP> 3
<tb> 95 <SEP> Ni <SEP> - <SEP> 5 <SEP> Ti <SEP> 90 <SEP> 000 <SEP> 1500 <SEP> 3
<tb> 95 <SEP> Ni <SEP> - <SEP> 5 <SEP> Zr <SEP> 80000 <SEP> 1750 <SEP> 2,
<SEP> 5 <SEP>
<tb> 90 <SEP> Ni <SEP> - <SEP> 10 <SEP> Mo <SEP> 70 <SEP> 000 <SEP> 1400 <SEP> 6
<tb> 70 <SEP> Ni <SEP> - <SEP> 30 <SEP> Mo <SEP> 87 <SEP> 000 <SEP> 1600 <SEP> 3
<tb> 50 <SEP> Ni <SEP> - <SEP> 50 <SEP> Ge <SEP> 77500 <SEP> 1600 <SEP> 6
<tb> 70 <SEP> Ni-30 <SEP> Co <SEP> 87 <SEP> 000 <SEP> 1600 <SEP> 3
<tb> 70 <SEP> Ni-30 <SEP> Co <SEP> 100 <SEP> 000 <SEP> 1300 <SEP> 3
<tb> 50 <SEP> Ge <SEP> - <SEP> 50 <SEP> Mn <SEP> 84000 <SEP> 1600 <SEP> 8
<tb> 50 <SEP> Ge <SEP> - <SEP> 50 <SEP> Mn <SEP> 91000 <SEP> 1300 <SEP> 11
<tb> 33 <SEP> Ge <SEP> - <SEP> 67 <SEP> Mn <SEP> 92 <SEP> 00'0 <SEP> 1950 <SEP> 12
<tb>
<Desc/Clms Page number 10>
Tabelle 10 (Fortsetzung)
EMI10.1
<tb>
<tb> Zusammensetzung <SEP> Angenäherter <SEP> Angenäherte
<tb> der <SEP> Legierung <SEP> Druck, <SEP> Temperatur, <SEP> Zeit,
<tb> in <SEP> Gew.-% <SEP> : <SEP> at <SEP> : <SEP> C <SEP> :
<SEP> min <SEP> : <SEP>
<tb> 90 <SEP> Co <SEP> - <SEP> 10 <SEP> Cr <SEP> 80 <SEP> 000 <SEP> 1700 <SEP> 3
<tb> 50 <SEP> Sn <SEP> - <SEP> 50 <SEP> Mn <SEP> 91000 <SEP> 1350 <SEP> 12
<tb> 50 <SEP> Ag <SEP> - <SEP> 50 <SEP> Mn <SEP> 92000 <SEP> 1650 <SEP> 8
<tb> 50 <SEP> Cr <SEP> - <SEP> 50 <SEP> Ge <SEP> 86 <SEP> 000 <SEP> 1600 <SEP> 7
<tb> 50 <SEP> Fe <SEP> - <SEP> 50 <SEP> Ge <SEP> 86 <SEP> 000 <SEP> 1400 <SEP> 17
<tb> 50 <SEP> Fe <SEP> - <SEP> 50 <SEP> Ge <SEP> 86000 <SEP> 1800 <SEP> 7
<tb>
Beispiel 9 : Nach der Verfahrensvariante des Beispiels 1 wurden vorgebildete Legierungen aus mehr als zwei Metallen als Katalysatoren für die Umwandlung von Graphit in Diamant verwendet. In der nachstehenden Tabelle 11 sind die Zusammensetzung der Legierung in Gew.-% sowie angewendeter Druck, angewendete Temperatur und Zeit angegeben.
Tabelle 11 :
EMI10.2
EMI10.3
<tb>
<tb> Zusammensetzung <SEP> Angenäherter <SEP> Angenäherte
<tb> der <SEP> Legierung <SEP> Druck, <SEP> Temperatur, <SEP> Zeit,
<tb> in <SEP> Gew.-% <SEP> : <SEP> at: <SEP> C: <SEP> min:
<tb> 54 <SEP> Fe <SEP> - <SEP> 28 <SEP> Ni <SEP> - <SEP> 18 <SEP> Co <SEP> 90 <SEP> 000 <SEP> 1500 <SEP> 11
<tb> 54 <SEP> Fe <SEP> - <SEP> 28 <SEP> Ni <SEP> - <SEP> 18 <SEP> Co <SEP> 97000 <SEP> 1400 <SEP> 3
<tb> 54 <SEP> Fe <SEP> - <SEP> 28 <SEP> Ni <SEP> - <SEP> 18 <SEP> Co <SEP> 100000 <SEP> 1700 <SEP> 13
<tb> 66 <SEP> Fe <SEP> - <SEP> 30 <SEP> Ni <SEP> - <SEP> 4 <SEP> Cr <SEP> 55 <SEP> 000 <SEP> 1300 <SEP> 9
<tb> 66 <SEP> Fe <SEP> - <SEP> 30 <SEP> Ni <SEP> - <SEP> 4 <SEP> Cr <SEP> 65 <SEP> 000 <SEP> 1350 <SEP> 6
<tb> 66 <SEP> Fe <SEP> - <SEP> 30 <SEP> Ni <SEP> - <SEP> 4 <SEP> Cr <SEP> 80000 <SEP> 1600 <SEP> 3
<tb> 74 <SEP> Fe <SEP> - <SEP> 18 <SEP>
Ni <SEP> - <SEP> 8 <SEP> Cr <SEP> 90 <SEP> 000 <SEP> 1600 <SEP> 6
<tb> 90 <SEP> Ni-5Cr-5Mn <SEP> 65000 <SEP> 1450 <SEP> 3
<tb>
EMI10.4