DE2032083B2 - Process for the synthesis of diamond - Google Patents
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Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Verfahren zur künstlichen Gewinnung von Diamant.The present invention relates to methods of artificially mining diamond.
Es ist ein Verfahren zur Synthese von Diamant bekannt bei dem ein kohlenstoffhaltiges Material in Anwesenheit von Metallen der Einwirkung einer Temperatur von mindestens etwa 18000C und eines Druckes, weicher der gewählten Temperatur im Bereich der Diamantstabilität entspricht, während einer für die Kristallisation des Diamanten ausreichenden Zeit ausgesetzt wird So wird gemäß dem Verfahren von O. I. Lei puns k j (1939) zusammen mit Graphit ein Medium (Lösungsmittel), insbesondere Eisen, bei einem 3$ Druck über 45 kbar und einer Temperatur über 1500° K (1227° C) verwendet. Späterhin wurde ein Verfahren bekannt, bei welchem als Medium Metalle oder Legierungen zur Anwandung gelangen, die aus der folgenden Reihe von Elementen gewählt werden: Ni. Co, Fe. Mn. Cr, Ta, Ru, Rh, Pd, Os. Ir, Pt. und wobei die Synthese bei Drücken über 50 kbar und einer Temperatur über 12000C (US-PS 29 47 609, 29 47 610.29 47 611) erfolgtA method for synthesizing diamond is known in which a carbonaceous material in the presence of metals is exposed to a temperature of at least approximately 1800 ° C. and a pressure which corresponds to the selected temperature in the diamond stability range, while a pressure which is sufficient for the crystallization of the diamond Time is exposed For example, according to the method of OI Lei puns kj (1939), a medium (solvent), in particular iron, is used together with graphite at a pressure of over 45 kbar and a temperature of over 1500 ° K (1227 ° C). A process later became known in which metals or alloys are used as the medium, which are selected from the following series of elements: Ni. Co, Fe. Mn. Cr, Ta, Ru, Rh, Pd, Os. Ir, Pt. and wherein the synthesis is carried out at pressures above 50 kbar and at a temperature above 1200 0 C (US-PS 29 47 609 29 47 47 611 610.29)
Der Hauptnachteil der genannten Verfahren ist. daß die gewonnenen Diamanten eine erhebliche Menge von metallischen Fremdbestandteilen enthalten. Beispielsweise können bei der Synthese von Diamant aus Graphit in Anwesenheit von Nickel, die Verunreinigungen in den Diamanten 4% erreichen. soThe main disadvantage of the above methods is. that the diamonds mined a substantial amount of contain metallic foreign components. For example, can be used in the synthesis of diamond Graphite in the presence of nickel, the impurities in diamonds reach 4%. so
In der GB-PS 11 27 670 wird zwar ein Verfahren zur Herstellung von synthetischen Diamanten beschrieben, doch ist dort der Hauptkatalysator oder das Hauptmedium Niob. Als Katalysator soll eine Legierung von Niob und Kupfer oder Niob-Silber oder Niob und Gold $5 eingesetzt werden. Dies allein bedeutet, daß der wirksamere Bestandteil — also Niob — mit weniger oder nicht wirksamen Bestandteilen, die billiger sind, verschnitten wird.In GB-PS 11 27 670 although a method is used for Manufacture of synthetic diamonds is described, but is the main catalyst or medium there Niobium. An alloy of niobium and copper or niobium-silver or niobium and gold is said to be used as a catalyst can be used. This alone means that the more effective component - i.e. niobium - with less or ineffective ingredients that are cheaper, is blended.
Aus dieser GB-PS konnte jedoch der Fachmann nicht entnehmen, daß Kupfer alleine wirksam ist, da das teuerere Niob für die beschriebene Synthese zwingend war, während Kupfer, Silber oder Gold nur weitere Bestandteile des Katalysators waren. Bezüglich des Einsatzes von Kupferverbindungen allein, wird in dieser Patentschrift ausgeführt, daß keine Diamanten erhalten werden, wenn man Kupfer allein als Katalysator verwendet.However, the expert could not from this GB-PS infer that copper alone is effective, since the more expensive niobium is essential for the synthesis described was, while copper, silver or gold were only additional components of the catalyst. Regarding the Using copper compounds alone, it is stated in this patent that no diamonds are obtained when using copper alone as a catalyst.
Der Grund für die Möglichkeit der Verwendung ν on Kupfer bzw. Kupferverbindungen liegt in dem verwendeten höheren Druck - also nicht unter 80 kbar, während der Versuch in der bekannten Lösung bei nur 73 kbar durchgeführt worden istThe reason for the possibility of using ν on copper or copper compounds lies in the one used higher pressure - i.e. not below 80 kbar, while the experiment in the known solution at only 73 kbar has been carried out
Vielleicht ist auch eine zusätzliche Begründung darin zu sehen, daß die erfindungsgemäß eingesetzten Ausgangsprodukte, also Kupfer und Graphit sehr reinPerhaps there is also an additional justification in it to see that the starting products used according to the invention, ie copper and graphite, are very pure
waren.was.
Aus dem Obengenannten ist klar, daß durch die Verwendung von Kupfer bzw. Kupferverbindungen als Katalysator die chemische Reinigung des Syntheseproduktes vom Metall im Vergleich zum bekannten Verfahren wesentlich einfacher wird, da ™ erfindungsgemäßen Verfahren keine Karbid bildenden Metalle wie beispielsweise Niob eingesetzt werden.From the above it is clear that the use of copper or copper compounds as Catalyst the chemical cleaning of the synthesis product from the metal compared to the known The method is much easier because ™ according to the invention Process no carbide-forming metals such as niobium are used.
Ein weiteres gänzlich anderes Verfahren zur Synthese von Diamant mit Hilfe von Schlagwellen wird in der US-PS 34 01 019 beschrieben. Dort wird Kupfer nicht als Katalysator, sondern wie auch die anderen dort erwähnten Metalle als Kühlmedium eingesetzt Hierbei ist auch zu beachten, daß die entsprechend dem obigen Verfahren erhaltenen »Diamanten« ein Gemisch hexagonaler und kubischer Modifikation darstellen, und teilweise vollständig hexagonal sind. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren, das unter vollständig anderen Bedingungen bei statischem Druck verläuft erhält man reine, gut gekörnte Diamantkristalle kubischer Modifikation.Another completely different method for synthesizing diamond with the help of impact waves is used in the US-PS 34 01 019 described. There copper is not used as a catalyst, but just like the others there mentioned metals used as a cooling medium. It should also be noted that the corresponding to the above "Diamonds" obtained in the process represent a mixture of hexagonal and cubic modifications, and are partially completely hexagonal. According to the method according to the invention, which under completely under other conditions with static pressure one obtains pure, well-grained diamond crystals cubic modification.
Zweck der vorliegenden Erfindung ist die Beseitigung der obenerwähnten Nachteile. Demgemäß wurde die Aufgabe gestellt, ein Verfahren zur Synthese von Diamant unter Verwendung solcher Metalle zu schaffen, welche einen minimalen Gehalt an Verunreinigungen sowie die Durchsichtigkeit der Diamantkristalle sicherstellen würden.The purpose of the present invention is to eliminate the drawbacks mentioned above. Accordingly, the The task set to create a process for the synthesis of diamond using such metals, which ensure a minimum level of impurities and the transparency of the diamond crystals would.
Zur Lösung der angegebenen Aufgabe ist ein Verfahren zur Synthese von Diamant bei dem ein kohlenstoffhaltiges Material der Einwirkung einer Temperatur von mindestens etwa 180°Cund eines Drucks, welcher der gewählten Temperatur im Bereich der Diamantstabilität entspricht während einer für die Bildung von Diamant ausreichenden Zeit ausgesetzt wird, vorgeschlagen worden, das gemäß der Erfindung darin besteht daß neben dem kohlenstoffhaltigen Material in unmittelbarem Kontakt mit diesem der erwähnten Einwirkung Kupfer und/oder dessen Verbindungen ausgesetzt werden, wobei die Verbindungen bei dieser Einwirkung ungebundenes Kupfer ausscheiden können.To achieve the stated object is a method for synthesizing diamond in the one carbonaceous material exposed to a temperature of at least about 180 ° C and one Pressure, which corresponds to the selected temperature in the area of diamond stability during one for the Exposure to formation of diamond for sufficient time has been proposed according to the invention consists in that in addition to the carbonaceous material in direct contact with this the mentioned influence copper and / or its compounds are exposed, the compounds at this effect can excrete unbound copper.
Dies gewährleistet eine hohe Reinheit des erhaltenen Diamanten, was durch die spezifische Eigenschaft des Kupfers als Medium (Lösungsmittel) erklärlich istThis ensures a high purity of the diamond obtained, which is due to the specific property of the Copper as a medium (solvent) can be explained
Gemäß einer der Ausführungsvarianten der Erfindung wird zusammen mit dem kohlenstoffhaltigen Material ausschließlich Kupfer verwendet.According to one of the embodiment variants of the invention, together with the carbon-containing Material used exclusively copper.
Eine andere Variante der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet daß zusammen mit dem kohlenstoffhaltigen Material ein oder mehrere Kupferoxide verwendet werden.Another variant of the invention is characterized in that together with the carbonaceous Material one or more copper oxides can be used.
Noch eine Variante der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet daß zusammen mit dem kohlenstoffhaltigen Material Kupfercarbonat verwendet wird.Another variant of the invention is characterized in that, together with the carbon-containing Material copper carbonate is used.
Im folgenden wird die Erfindung in der Beschreibung an Ausführungsbeispielen eingehend erläutert.In the following, the invention is explained in detail in the description of exemplary embodiments.
Zur Realisierung der vorliegenden Erfindung können als kohlenstoffhaltiges Material Graphit und andere kohlenstoffhaltige Materialien verwendet werden, dieFor realizing the present invention, graphite and others can be used as the carbonaceous material carbonaceous materials are used that
bei hoher Temperatur und hohem Druck ungebundenen Kohlenstoff ausscheiden, der imstande ist, sich in Diamant umzuwandeln.at high temperature and high pressure, unbound carbon precipitate, which is able to convert into Convert diamond.
Die besten Ergebnisse wurden erzielt, wenn als kohlenstoffhaltiges Material Graphit mit spektraler S Reinheit zur Anwendung gelangte.The best results were obtained when graphite was used as the carbonaceous material with a spectral S Purity came into use.
Als Medium wurde Kupfer und/oder dessen Verbindungen verwendetCopper and / or its compounds were used as the medium used
Als Reaktionsmasse kann ein homogenes Gemisch aus Pulvern von Graphit der spektralen Reinheit, von Kupfer sowie dessen Verbindungen angewendet werden. Außerdem können Scheiben aus Graphit oder Scheiben z. B. aus Kupferoxid in einem Graphiterhitzer schichtweise eingebracht werden. Kupfer und dessen Verbindungen können sich an den Stirnseiten des Reaktionsgefäßes befinden. Die Hauptsache ist, daß Graphit oder das kohlenstoffhaltige Material in unmittelbarem Kontakt mit Kupfer oder dessen Verbindungen steht Das Verhältnis zwischen kohlenstoffhaltigem Material und Kupfer (oder dessen Verbindungen) ist nicht kritisch.A homogeneous mixture of powders of graphite of spectral purity, of Copper and its compounds are used. In addition, discs made of graphite or Disks z. B. made of copper oxide in a graphite heater in layers. Copper and its Connections can be located on the front sides of the reaction vessel. The main thing is that Graphite or the carbonaceous material in direct contact with copper or its Compounds is the relationship between carbonaceous material and copper (or its Connections) is not critical.
Die erwähnte Reaktionsmasse kann in eine beliebige herkömmliche Hochdruck- und Hochtemperatureinrichtung eingebracht werden, welche die Erzeugung des für die Durchführung der Synthese von Diamant erforderlichen Drucks und der erforderlichen Temperatur sicherstellen kann. Insbesondere kann eine Einrichtung mit zylindrischem Reaktionsraum verwendet werden, an dessen Endflächen Scheiben aus Hartmetall oder Stahl liegen, während die Mantelfläche aus einem !Material mit Wärme- und Elektroisoliereigenschaften, beispielsweise aus Pyrophillit, besteht.The aforesaid reaction mass can be placed in any conventional high pressure and high temperature equipment be introduced, which is the production of the for the implementation of the synthesis of diamond the required pressure and the required temperature can ensure. In particular, a facility with a cylindrical reaction chamber are used, on the end faces of which discs made of hard metal or steel, while the outer surface is made of a material with heat and electrical insulation properties, for example of pyrophillite.
Die Erwärmung der Reajctionsmasse unter Druck kann nach einem der bekannten Verfahren vorgenommen werden, insbesondere unter Verwendung eines Graphiterhitzers, der direkt elektrolytisch beheizt wird.The reaction mass can be heated under pressure by one of the known processes in particular using a graphite heater that is directly electrolytically heated.
Der Druck in einer Hochdruckeinrichtung wurde gemäß dem bekannten Verfahren nach der Veränderung des elektrischen Widerstandes unter Druck bei solchen Metallen wie Wismut (Bin ni-27 kbar Bim v-89 kbar), Thallium (ΊΊ11 iu-37 kbar), Barium (Bai 11-59 kbar) bestimmt Die Genauigkeit der Druckmessung in der Hochdruckeinrichtung bei einer Temperatur von 200C betrug ±6 kbar. Die Temperatur in der Hochdruckeinrichtung wurde nach den Schmelzpunkten solcher Metalle wie Mangan, Nickel. Titan, Platin bestimmt. Die Genauigkeit der Temperaturmessung in der Hochdruckeinrichtung bei einem in der Vorrichtung herrschenden Druck von 80 kbar betrug ± 1000C.The pressure in a high-pressure device was determined according to the known method after changing the electrical resistance under pressure in such metals as bismuth (Bin ni-27 kbar, Bim v-89 kbar), thallium (ΊΊ11 iu-37 kbar), barium (Bai 11- 59 kbar) determined The accuracy of the pressure measurement in the high pressure device at a temperature of 20 ° C. was ± 6 kbar. The temperature in the high pressure device was according to the melting points of such metals as manganese, nickel. Titanium, platinum for sure. The accuracy of the temperature measurement in the high-pressure device at a pressure of 80 kbar in the device was ± 100 ° C.
Die praktische Durchführung der vorliegenden Erfindung wird durch die folgenden Beispiele erläutert.The practice of the present invention is illustrated by the following examples.
Ein homogenes Gemisch aus Graphit spektraler Reinheit und CuO mit dem Volumenverhältnis 1 :1 wurde in einen Erhitzer aus spektralreinem Graphit eingebracht und beiderseits durch Graphitscheibe < verschlossen, alsdann der Einwirkung eines Drucks bis 89 kbar und einer Temperatur bis 20000C ausgesetzt und unter diesen Bedingungen während 3 min gehalten. Unter den angegebenen Bedingungen wurden 100 Versuche durchgeführt Bei jedem Versuch wurden synthetisierte Diamanten festgestellt Diese waren meist hell und durchsichtig, da Kupfer nicht in das Gitter des Diamantkristalls eindringtA homogeneous mixture of graphite of spectral purity and CuO with a volume ratio of 1: 1 was placed in a heater made of spectrally pure graphite and closed on both sides by a graphite disk <, then exposed to a pressure of up to 89 kbar and a temperature of up to 2000 ° C. and under these conditions held for 3 min. 100 tests were carried out under the specified conditions. In each test, synthesized diamonds were found. These were mostly light-colored and transparent, since copper does not penetrate into the lattice of the diamond crystal
Das homogene Gemisch aus naturreinem Graphit und einem Gemisch von Cu-Verbindungen (CuO + CuK)) im Volumenverhältnis 2:1 wurde in einen Erhitzer aus spektralreinem Graphit eingebracht und beiderseits durch Graphitscheiben verschlossen, alsdann der Einwirkung eines Druckes bis 85 kbar und einer Temperatur bis 19000C ausgesetzt und unter diesen Bedingungen während 2 min gehalten.The homogeneous mixture of naturally pure graphite and a mixture of Cu compounds (CuO + CuK) in a volume ratio of 2: 1 was introduced into a heater made of spectrally pure graphite and closed on both sides by graphite disks, then subjected to a pressure of up to 85 kbar and a temperature of up to 1900 0 C exposed and held under these conditions for 2 min.
Insgesamt wurden 90 Versuche durchgeführt Bei jedem Versuch wurden Diamanten festgestelltA total of 90 tests were carried out at diamonds were found in each trial
Scheiben aus Graphit spektraler Reinheit sowie Scheiben aus CuO wurden schichtenweise in einen Graphiterhitzer eingebracht, der Einwirkung eines Druckes bis 80 kbar und einer Temperatur bis 19000C ausgesetzt und unter diesen Bedingungen während 10 min gehalten. Unter den besagten Bedingungen wurden 60 Versuche ausgeführt. Bei jedem Versuch wurden Diamanten festgestellt.Disks made of graphite of spectral purity and disks made of CuO were placed in layers in a graphite heater, exposed to a pressure of up to 80 kbar and a temperature of up to 1900 ° C. and held under these conditions for 10 minutes. Sixty tests were carried out under the said conditions. Diamonds were found in each experiment.
Es wurde unter denselben Bedingungen wie im Beispiel 1 gearbeitet Als !Lösungsmittel wurde aber ausschließlich reires Kupfer angewendet Dieser Versuch wurde menrmals mit geringen Druck- und Temperaturänderungen wiederholt. Bei jedem Versuch wurden Diamanten festgestellt.The same conditions as in Example 1 were used. However, the solvent used was Only pure copper was used. This experiment was repeated several times with slight changes in pressure and temperature. With every attempt diamonds were found.
Es wurde unter denselben Bedingungen wie im Beispiel 1 gearbeitet. Als Medium wurde aber 2CuCO3-Cu(OH)2 verwendet. Insgesamt wurden 30 Versuche angestellt Bei allen Versuchen wurden Diamanten festgestellt.The same conditions as in Example 1 were used. As a medium, however 2CuCO3-Cu (OH) 2 used. A total of 30 Tests made. Diamonds were found in all tests.
Ein homogenes Gemisch aus Graphit und Kupfer im Volumenverhältnis 2:1 virurde in einen Erhitzer eingebracht, der Einwirkung eines Drucks bis 80 kbar und einer Temperatur bis 18000C ausgesetzt und unter diesen Bedingungen während 15 min gehalten.A homogeneous mixture of graphite and copper in the volume ratio 2: 1 virurde introduced into a heater, subjected to the action of a pressure to 80 kbar and a temperature up to 1800 0 C and maintained under these conditions for min 15 °.
Unter diesen Bedingungen wurden 13 Versuche durchgeführt. Bei jedem Versuch wurden Diamanten festgestellt.13 tests were carried out under these conditions. On every attempt there were diamonds established.
Die gemäß der vorliegenden Erfindung gewonnenen Diamanten enthielten etwa 0,1 Vo Fremdbestandteile.The diamonds obtained according to the present invention contained about 0.1 vol . Foreign matter.
Claims (1)
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU1421452 | 1970-04-24 | ||
| SU1421452 | 1970-04-24 |
Publications (3)
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|---|---|
| DE2032083A1 DE2032083A1 (en) | 1971-11-04 |
| DE2032083B2 true DE2032083B2 (en) | 1975-08-28 |
| DE2032083C3 DE2032083C3 (en) | 1976-04-08 |
Family
ID=
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2746395A1 (en) * | 1976-10-18 | 1978-04-20 | Hiroshi Ishizuka | METHOD FOR MANUFACTURING SYNTHETIC DIAMONDS |
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| DE2746395A1 (en) * | 1976-10-18 | 1978-04-20 | Hiroshi Ishizuka | METHOD FOR MANUFACTURING SYNTHETIC DIAMONDS |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CH541516A (en) | 1973-09-15 |
| BE755262A (en) | 1971-02-25 |
| AT352080B (en) | 1979-08-27 |
| IE34694B1 (en) | 1975-07-23 |
| DE2032083A1 (en) | 1971-11-04 |
| SE369890B (en) | 1974-09-23 |
| CA945044A (en) | 1974-04-09 |
| IE34694L (en) | 1971-10-24 |
| ATA747370A (en) | 1979-02-15 |
| GB1300316A (en) | 1972-12-20 |
| FR2060723A5 (en) | 1971-06-18 |
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Legal Events
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| E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 | ||
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