CN106762142A - 一种利用燃气轮机制造钻石的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种利用燃气轮机制造钻石的装置，燃气轮机的燃烧室内能产生3Mpa‑4Mpa的压力，与所需的4.5‑6.0Gpa压力相差甚远；需要一个制造钻石的装置，该装置是利用耐高温、耐高压并且导热系数高的材料制造而成的容器构件，该容器构件安装在涡轮盘上，在容器构件中预置钻石种子、碳质原料和金属固体；在燃气轮机工作时，随着环境温度的升高，金属固体熔化成液态，在离心力等的作用下包容钻石种子，同时金属液体的离心力施加在钻石种子表面，增大压力至可满足钻石生长条件的压力以上。实现了人造钻石的工业化，为相关技术的发展提供了高品质的人造钻石。
Description
技术领域
本发明涉及航空发动机、燃气轮机技术领域，具体说是一种利用燃气轮机制造钻石的装置。
技术背景
钻石是一种稀缺的宝贵资源，广泛应用于制造业、装饰品等，近年来甚至有研究在钻石内部构建量子计算机、以及利用钻石制作可保持千年之久的光盘。其广泛的应用和资源的稀缺造成了对人工钻石的需求日益强烈。传统的人工钻石制造方法大都是模拟在地球深部超高压、超高温条件进行制造，但是超高的温度和压力不易保持，致使人造钻石生长时间短，体积小，同时会耗费大量的能源。科学家们经过对来自世界不同矿山钻石及其中原生包裹体矿物的研究发现，钻石的形成条件一般为压力在4.5-6.0Gpa(相当于150-200km的深度)，温度为1100℃-1500℃。1938年，洛锡涅等将热力学的理论计算用于石墨-钻石的转化过程，以后又经皮尔曼等计算了在1200K以下，石墨-钻石的平衡态，并绘制了平衡曲线。从而可知在常温298K，要实现石墨转化为钻石，需130000大气压力以上，如果升高温度，如在1200K，要实现转化，需40000大气压以上。热力学只能判断反应进行的可能性，要使可能性变为现实，化学家还需考虑动力学问题，如在室温和40万个大气压下，石墨的转化速度缓慢到难以察觉。因此速度问题，爱林等根据反应速度理论推导得出了转化过程中温度和压力对转变速度的关系式，于是可知增压是降低反应速度的，而高温自然是提高反应速度的。
发明内容
本发明目的是通过燃气轮机持续的高温、高压作用，可以制造出大体积的人造钻石。
本发明采用的技术方案是：
一种利用燃气轮机制造钻石的装置，燃气轮机的结构，经过压气机的增压，在燃烧室的主燃区能产生3Mpa-4Mpa的压力及2500K以上的温度；即使在涡轮前，也能保持1500-1900K的温度，可满足钻石制造对温度的需求，
燃气轮机的燃烧室内能产生3Mpa-4Mpa的压力，与所需的4.5-6.0Gpa压力相差甚远；
需要一个制造钻石的装置，该装置是利用耐高温、耐高压并且导热系数高的材料制造而成的容器构件，该容器构件安装在涡轮盘上，在容器构件中预置钻石种子、碳质原料和金属固体；在燃气轮机工作时，随着环境温度的升高，金属固体熔化成液态，在离心力等的作用下包容钻石种子，同时金属液体的离心力施加在钻石种子表面，增大压力至可满足钻石生长条件的压力以上。
本发明的优点是：
本发明经虚拟仿真计算验证，在燃气轮机工作过程中，制造钻石结构容器内的压力和温度可达到钻石生长对高温及高压的需求，能够制造大体积的人造钻石。由于钻石价值受品质、体积影响较大，采用本发明所述装置按钻石体积成长速率20％/小时，每台燃气轮机装入50个本发明所述装置，则5小时可获得50个体积增加1倍的钻石，保守估算，装用本发明所述装置的燃气轮机每小时可获利40万元，利润空间巨大。同时实现了人造钻石的工业化，为相关技术的发展提供了高品质的人造钻石基础。
附图说明
图1燃机轮机结构简图。
图2燃机轮机涡轮简图。
图3用于制造钻石的容器简图。
图4制造钻石结构容器。
图5制造钻石前。
图6钻石制造过程中。
图7打开扇形窗堵盖。
图8取出成品钻石。
具体实施方式
结合附图1-8对本发明进一步详细说明。
本发明采用传统的熔媒法及外延增长法结合，即用燃气轮机产生的超高压和高温施加在钻石种子表面，通过石墨碳质原料和金属材料(合金)反应，在钻石种子外延生成新的钻石结构；金属材料由Ni，Mn，Co，Fe，Cr元素组成，或者是上述金属材料的二元，三元或多元合金，上述金属材料或合金合成钻石的基本材料；还可以在其中添加少量的或者微量的Cu，Nb，Mg元素，进而改变钻石成核与生长条件。
一种利用燃气轮机制造钻石的装置，燃气轮机的结构，经过压气机的增压，在燃烧室的主燃区能产生3Mpa-4Mpa的压力及2500K以上的温度；即使在涡轮前，也能保持1500-1900K的温度，可满足钻石制造对温度的需求，
燃气轮机的燃烧室内能产生3Mpa-4Mpa的压力，与所需的4.5-6.0Gpa压力相差甚远；
需要一个制造钻石的装置，该装置是利用耐高温、耐高压并且导热系数高的材料制造而成的容器构件，该容器构件安装在涡轮盘上，在容器构件中预置钻石种子、碳质原料和金属固体；在燃气轮机工作时，随着环境温度的升高，金属固体熔化成液态，在离心力等的作用下包容钻石种子，同时金属液体的离心力施加在钻石种子表面，增大压力至可满足钻石生长条件的压力以上。
一种利用燃气轮机制造钻石的装置，燃气轮机涡轮部件由涡轮静子机匣1、涡轮静子导向叶片2、涡轮转子叶片3组成；涡轮转子叶片3与涡轮盘4对应布置，所述涡轮静子机匣1上设有防击穿扇形窗堵盖5；
在涡轮盘4内设置有制造钻石的容器构件6；
为了方便去除制造出的钻石，重新填装钻石制造原料以供反复制造钻石，在涡轮静子机匣1上开一个扇形窗，并设有可反复拆装的防击穿扇形窗堵盖5；
容器构件6包括叶片6.1、摇臂6.2、容器固定/引导叶片的销钉6.3、引入/排放热空气孔道的支撑架6.4、轮盘6.5、固定钻石种子的动芯6.6、离心动芯6.7；
所述轮盘6.5为设有内腔，容置有离心动芯6.7；在离心动芯6.7内容置有碳质原料和金属原料6.9；在碳质原料和金属原料6.9上部中心包容有钻石种子6.8；在钻石种子6.8及碳质原料和金属原料6.9上设有动芯6.6；
所述轮盘6.5上部通过销钉6.3与叶片6.1卡接连接；
所述轮盘6.5上部设有支撑架6.4，支撑架6.4上设有摇臂6.2；摇臂6.2一端与动芯6.6顶接，另一端与叶片6.1轴接。
所述支撑架6.4上设有引入/排放热空气的通道。
实施例
一、向容器的离心动芯6.7中装入钻石种子6.8和碳质原料和多种成分金属原料6.9；
二、燃气轮机工作。容器叶片6.1受离心力作用向离心方向移动，达到容器固定6.3、引导叶片用销钉限位位置，同时带动容器摇臂转动6.2。
容器摇臂6.2对带固定钻石种子的容器动芯6.6施加向心方向力。
容器离心动芯6.7受离心力作用向离心方向移动，与带固定钻石种子的容器动芯6.6相互作用，增大容器内压力。
随着支撑架6.4引入源源不断的热空气，环境温度升高，使容器内预置的碳质原料和多种成分金属原料6.9融化成熔融状态，包裹钻石种子。其中熔融状态的液体靠容器离心动芯6.7和容器带固定钻石种子的动芯6.6配合锥面实现密封。此后钻石开始生长。
三、打开防击穿扇形窗堵盖，取出成品钻石。
四、重新填装相关原料及钻石种子，进行下一次钻石制造。
Claims (3)
1.一种利用燃气轮机制造钻石的装置，燃气轮机的结构，经过压气机的增压，在燃烧室的主燃区能产生3Mpa-4Mpa的压力及2500K以上的温度；即使在涡轮前，也能保持1500-1900K的温度，可满足钻石制造对温度的需求，
其特征在于：
燃气轮机的燃烧室内能产生3Mpa-4Mpa的压力，与所需的4.5-6.0Gpa压力相差甚远；
需要一个制造钻石的装置，该装置是利用耐高温、耐高压并且导热系数高的材料制造而成的容器构件，该容器构件安装在涡轮盘上，在容器构件中预置钻石种子、碳质原料和金属固体；在燃气轮机工作时，随着环境温度的升高，金属固体熔化成液态，在离心力等的作用下包容钻石种子，同时金属液体的离心力施加在钻石种子表面，增大压力至可满足钻石生长条件的压力以上。
2.一种利用燃气轮机制造钻石的装置，其特征在于：
燃气轮机涡轮部件由涡轮静子机匣、涡轮静子导向叶片、涡轮转子叶片组成；涡轮转子叶片与涡轮盘对应布置，所述涡轮静子机匣上设有防击穿扇形窗堵盖；
在涡轮盘内设置有制造钻石的容器构件；
为了方便去除制造出的钻石，重新填装钻石制造原料以供反复制造钻石，在涡轮静子机匣上开一个扇形窗，并设有可反复拆装的防击穿扇形窗堵盖；
容器构件包括叶片、摇臂、销钉、支撑架、轮盘、动芯、离心动芯；
所述轮盘为设有内腔，容置有离心动芯；在离心动芯内容置有碳质原料和金属原料；在碳质原料和金属原料上部中心包容有钻石种子；在钻石种子及碳质原料和金属原料上设有动；
所述轮盘上部通过销钉与叶片卡接连接；
所述轮盘上部设有支撑架，支撑架上设有摇臂；摇臂一端与动芯顶接，另一端与叶片轴接。
3.根据权利要求2所述的一种利用燃气轮机制造钻石的装置，其特征在于：所述支撑架上设有引入/排放热空气的通道。
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