DE2100147B2 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von polykristallinen Diamanten - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von polykristallinen DiamantenInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von polykristallinen
Diamanten. Die Erfindung kann am wirksamsten bei der Herstellung von Schneidelementen sowohl für die
Bohrtechnik als auch für die bei der Bearbeitung von Überhartmetallen (»Probedit« und andere) mit hoher
Oberflächenreinheit verwendeten Werkzeuge eingesetzt werden.
Die bekannten Herstellungsverfahren für polykristalline Diamanten bestehen darin, daß man die Reaktionskammer einer Kühlstrecken aufweisenden Vorrichtung
zur Schaffung von Hochdruck und -temperaturen mit einem kohlenstoffhaltigen Werkstoff ausfüllt. Dann
unterzieht man diese in Gegenwart eines Metallkatalysators der gleichzeitigen Einwirkung von Temperaturen
von mindestens ca. 12000C und Druck von mindestens ca. 80 kbar im Laufe einer für die Kristallisation von
Diamanten ausreichenden Zeit.
Bei den bekannten Verfahren ist die Reaktionskammer von einem Wärmeisolierstoff umgeben, der es nicht
erlaubt, die bei der Umwandlung eines kohlenstoffhaltigen Werkstoffes in einen Diamanten entwickelte
Kristallisationswärme aus der Reaktionskammer abzuleiten.
Die Ausbildung eines polykristallinen Diamanten wird daher von einem Temperaturanstieg begleitet, bei
dem sich die Temperatur einer (bei vorliegendem Druck) auf der Graphit-Diamant-Gleichgewichtskurve
eines Zustandsdiagramms von Kohlenstoff liegenden Temperatur nähert. Infolgedessen erreicht die Größe
von einzelnen den Polykristall bildenden Kristallen einen Wert von 2 mm, d. h., die zu synthetisierenden
polykristallinen Diamanten sind grobkörnig.
In Zusammenhang damit erweisen sich die Festigkeitswerte derartiger polykristalliner Diamanten als
nicht hoch, weil die sich bildenden Kristalle untereinander nicht durchwachsen, sondern mit Hilfe einer duich
ίο den Metallkatalysator gebildeten metallischen Bindung
miteinander verbunden sind.
Bei diesen bekannten Verfahren wird der Metallkatalysator in Form von Scheiben eingesetzt, die mit
ebenfalls scheibenförmigen Schichten eines kohlenstoffhaltigen Werkstoffes abwechseln. Als kohlenstoffhaltiger
Werkstoff kommt spektralreiner Graphit in Frage.
Die Scheiben des Metallkörpers werden mit demselben Durchmesser wie die von Graphit oder mit einem
dem Durchmesser von Graphitscheiben nahen Durchmesser genommen.
Hierbei benutzt die ganze Scheibenoberfläche die Synthesetemperatur. Den Entstehungsprozeß eines
Polykristallgebildes kann man sich als einen gleichzeitig von vielen Zentren ausgehenden vorstellen. Infolgedessen
bilden sich zwischen den das Polykristallgebilde zusammensetzenden Diamantkristallen eine große
Ausdehnung aufweisende Metalleinschlüsse (in Form von Adern) aus. Dies verschlechtert die Festigkeitswerte
des Diamantpolykristallgebildes, weil gerade längs dieser Einschlüsse das Spalten oder Dekrepitieren
erfolgt, was ein aus derartigen Polykristallgebilden
hergestelltes Werkzeug ungeeignet für den Gebrauch macht.
In der österreichischen Patentschrift 2 30 852 wird eine Vorrichtung zur Erzeugung hohen Drucks und
Temperatur beschrieben, in der verschiedene Einrichtungen zur Zuführung und Abführung der Kühlmischung
vorgesehen sind, wobei die Reaktionskammer (77) durch wärmeisolierende Schichten aus Pyrophyllit
oder Aluminiumoxyd umgeben ist (106,92,94).
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist nicht eine neue Apparatur zur Erzeugung von hohem Druck mit
einem Kühlsystem. Bei dem Erfindungsgegenstand geht es vielmehr um die gerichtete Abführung der Kristallisationswärme
der Diamanten unmittelbar aus der Reaktionszone, wozu die Reaktionszone mit Material
mit großem Wärmedurchgang in der Größenordnung des Wärmedurchgangs von Graphit umgeben ist, die
ihrerseits in Wärmekontakt mit den Kühlsystemen der Hochdruckvorrichtung stehen, deren Konstruktion, wie
gesagt, nicht Gegenstand der Erfindung ist. Außerdem werden zur Erzeugung von kleinkörnigen Diamanten
mit einem minimalen Einschluß an Metall-Katalysator oder -Lösungsmittel in dem kohlenstoffhaltigen Reak-
V) tionsgemisch, diese so angeordnet, daß die Querschnittsfläche
unterhalb 0,04 der Querschnittsfläche des kohlenstoffhaltigen Reaktionsmaterials liegt.
Die Anordnung der Arbeitsoberfläche des Metall-Katalysators, vorzugsweise im Zentrum der Reaktionszone
bo der Kammer, gewährleistet die maximale Pressung der
Dämpfe des Metalls (Katalysators), was die Möglichkeit gibt, Diamantteilchen von kleinkörniger Struktur und
mit einem minimalen Einschluß an Verunreinigungen zu erhalten, was wiederum für die hohe mechanische
br> Qualität des synthetischen polykristallinen Materials
verantwortlich ist.
Aus der AT-PS 2 30 852, der GB-PS 11 15 648 und der
US-PS 34 01019 sind Verfahren zur Synthese von
21 OO 147
Diamanten mit Hilfe von Schlagwellen bekannt, wobei das Kühlmedium für die Abführung der überschüssigen
Wärme notwendig ist, die beim Durchgang der Schlagwellen frei wird, um die Diamanten vor dem
Verbrennen zu schützen. Dieser Stand der Technik hat mit dem erfindungsgemäßen Vorschlag nicht das
geringste zu tun.
Bei der Komprimierung von Stoffen in Stoßwellen folgt diese der Hugoniot-Adiabate, was zwangsläufig zu
einem kurzzeitigen Ansteigen der Temperaturen auf mehrere tausend Grad führt. Nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren kommt es bei der Diamantsynthese unter Bildung von polykristallinem Material bei
gegebener Temperatur und gegebenem Druck nur zu einem Ansteigen der Temperatur durch die beim
Übergang von Graphit zu Diamant frei werdende Wärme in der Größenordnung von einigen Hunderten
von Graden. Es gilt somit, auch noch diese geringe Temperatursteigerung zu vermeiden.
Wie zahlreiche Versuche ergeben haben, ist nämlich gerade die isotherme Führung des Verfahrens, d. h. bei
konstanter Temperatur, die unbedingte Voraussetzung für das erfindungsgemäße Verfahren, was durch die
gerichtete Ableitung der Kristallisationswärme bewerkstelligt wurde.
Schließlich muß nochmals auf die eingangs erwähnte österreichische Patentschrift zurückgekommen werden.
Dort erfolgt die Abkühlung durch Eintauchen der gesamten Vorrichtung in Wasser. Diese Art der
Wärmeabführung hat mit der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Abführung der Kristallisationswärme aus
dem zentralen Bereich der Reaktionskammer überhaupt nichts zu tun.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Herstellungsverfahren für polykristalline Diamanten
mit solch einem Temperaturbereich und solch einem Verhältnis von Metallkatalysator zu kohlenstoffhaltigem
Ausgangsprodukt zu entwickeln, die die Herstellung von Mustern mit feinkörnigem Aufbau und
minimaler Menge von lokalisierten Nichtdiamanteneinschlüssen gewährleisten.
Der Gegenstand der Erfindung ist aus den vorangehenden Patentansprüchen ersichtlich.
Vorzugsweise wird die Kristallisationswärme aus der Reaktionskammer mit einer Geschwindigkeit von nicht
weniger als 25 kal/min abgeleitet.
Eine derartige Temperatureinhaltung bei der Durchführung der Synthese und derartige Wahl des
Verhältnisses vom Metallkatalysator zu kohlenstoffhaltigem Material gewährleisten die Herstellung von
Mustern mit feinkörnigem Aufbau und minimaler Menge von lokalisierten Nichtdiamanteneinschlüssen,
deren MikroStruktur identisch oder verwandt mit der MikroStruktur der Naturdiamanten vom Typ Karbonadoist
Die günstige Lösung der gestellten Aufgabe liegt in dem Falle vor, wenn der Metallkatalysator in Form
eines Stabes genommen und im kohlenstoffhaltigen Werkstoff mit einem Ende in der Mitte der Reaktionskammer angeordnet ist, die über das andere Ende dieses
Stabes einen Wärmekontakt mit den Kühlstrecken der Einrichtung hat.
Zur Ableitung der Kristallisationswärme aus der Reaktionskammer führt man in dem kohlenstoffhaltigen
Werkstoff einen Stab aus einem Werkstoff mit oberhalb der Wärmeleitung von Graphit liegender Wärmeleitfähigkeit
ein und bringt ihn in der Reaktionskammer derart unter, daß sie mittels dieses Stabes einen
Wärmekontakt mit den Kühlstrecken der Einrichtung unterhält.
Nicht weniger erfolgreich wird die Lösung der gestellten Aufgabe in dem Fall erreicht, wenn das
kohlenstoffhaltige Material von einer die Reaktionskammer bildenden Hülle aus elektrischem Isoliermaterial
mit einer oberhalb der Wärmeleitung von Graphit liegenden Wärmeleitfähigkeit umgeben wird.
Es ist zweckmäßig, die genannte Hülle aus hexagonalern Bornitrid oder Borkarbonitrid herzustellen.
Als kohlenstoffhaltiges Material kommt insbesondere spektralreiner Graphit in Frage.
Die Erfindung soll nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen und Zeichnungen näher erläutert
υ werden, in denen
F i g. 1 erfindungsgemäß schematisch die gegenseitige Anordnung von Metallkatalysator und kohlenstoffhaltigem
Material in der Reaktionskammer und
Fig.2 dasselbe zeigt, wobei das kohlenstoffhaltige
Material mit einer die Reaktionskammer bildende Hülle umgeben ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von polykristallinen Diamanten besteht darin, daß man
die Reaktionskammer 1 (Fig. 1) einer Kühlstrecken 2
aufweisenden Einrichtung A (teilweise angedeutet) zur Erzeugung von Hochdruck und -temperaturen mit
einem kohlenstoffhaltigen Material 3 auffüllt und in Gegenwart eines Metallkatalysators 4 einer gleichzeitigen
Einwirkung einer Temperatur von mindestens ca. jo 12000C und einem Druck von mindestens ca. 80 kbar im
Laufe einer für die Kristallisation von Diamanten ausreichenden Zeit unterzieht. Erfindungsgemäß bringt
man die Reaktionskammer 1 in einen Wärmekontakt mit den genannten Kühistrecken 2 zur Ableitung einer
sich in der Kammer 1 bei der Kristallisation von Diamanten entwickelnden Wärme.
Aus allgemeinen Erwägungen ist es ersichtlich, daß zum Erhalt der Diamantkristalle die Temperatur und
der Druck bei der Synthese möglichst weit von den Drücken und Temperaturen abweichen sollen, die auf
der Graphit-Diamant-Gleichgewichtskurve des Zustandsdiagramms von Kohlenstoff liegen.
Zum Erhalt von polykristallinen Diamanten mit einer
der MikroStruktur von Naturkarbonado nahen Mikrostruktur sind die Drücke über 80 kbar und die der
Minimaltemperatur der Synthese mit dem vorliegenden Metallkatalysator nahen Temperaturen anzuwenden.
Um jedoch die vorgegebene Temperatur der
Synthese im Laufe des ganzen Entstehungsprozesses von polykristallinen Diamanten aufrechtzuerhalten, ist
es notwendig, die Kristallisationswärme aus der Reaktionskammer abzuleiten.
Es soll nun festgestellt werden, wie weit die bei der Kristallisation von Diamanten entwickelte Wärme die
Temperatur in der Reaktionskammer steigern kann. Zu diesem Zweck wenden wir uns der Clapeyron-Clausius-Gleichung
zu, die lautet, daß die Kristallisationswärme (die Wärme des Graphit-Diamant-Übergangs) q der
Formel
dP
~df~
T ■ A V
folgt, wobei
d P
el 7
= die Neigung der Graphit-Diamant-Gleiehgcwichtskurve.
21 OO 147
T = die Temperatur in der Rcaklionskummcr
\V — Mol volumendifferenz von Graphit und Diamanten beim Druck P und Temperatur T
des Experimentes bedeuten. Es wurde festgestellt, daß bei
T = 1500 C ist.
q = 1980 kcal/Mol.
q = 1980 kcal/Mol.
Da die Wärmekapazität des spektralreinen Graphits mit dem spezifischen Gewicht 1,6 g/cm3 bei der
If eil
Temperatur von 1773°K (15000C) gleich 5,88 -j j^-jjist,
beträgt die Erhöhung der Temperatur in der Reaktionskammer
1980
kcal
"ΜοΓ
"ΜοΓ
5.ÖÖ ~Tw'~7
grd Mol
340
Diese Berechnung besagt, wie wichtig es ist, die Kristallisationswärme aus der Reaktionskammer abzuleiten,
um einer derart bedeutenden Temperatursteigerung in der letzteren vorzubeugen.
Die Geschwindigkeit, mit der die Kristallisationswärme aus der Reaktionskammer abzuführen ist, hängt von
der Geschwindigkeit der Umwandlung eines kohlenstoffhaltigen Materials in einen Diamanten (die
ihrerseits vom Druck abhängig ist) ab, die um so höher ist, je größer der Druck ist.
Es wurde festgestellt, daß bei der Temperatur von ca. 1500° C und dem Druck von 89 kbar die Kristallisationsgeschwindigkeit derart ist, daß sich in 15 see ein
polykristalliner Diamant mit einem Gewicht von 37 mg herausbildet. Einem Fachmann fällt es nicht schwer zu
errechnen, daß die Geschwindigkeit der Kristallisationswärmeableitung einen Wert von 25 kal/min betragen
soll. Bei größeren Drücken ist die Kristallisationswärme mit einer größeren Geschwindigkeit abzuleiten.
Dank der Kristallisationswärmeableitung aus der Reaktionskammer gelingt es, ein einen feinkörnigen
Aufbau aufweisendes Polykristallgebilde zu synthetisieren.
Die bei einem Druck von 144 kbar hergestellten Muster haben eine kleinere Korngröße als Naturgebilde
von Karbonados. Auf welche Weise die Herstellung eines Wärmekontakts zwischen der Reaktionskammer
und den Kühlstrecken 2 der Einrichtung A zur Ableitung einer sich in der ersteren bei der Kristallisation von
Diamanten entwickelnden Wärme erfolgt, wird nachfolgend berichtet.
Erfindungsgemäß nimmt man den Melallkatalysator 4 mit einer Querschnittsfläche unterhalb von 0,04 der
Querschnittsfläche der Reaktionskammer 1 in einer quer zur Richtung der maximalen Abführung der
Kristallisationswärme liegenden Ebene. Man ordnet ihn in einem kohlenstoffhaltigen Material 3, vorzugsweise in
der Mitte der Reaktionskammer, d. h. im Gebiet der Höchsttemperatur, an, denn die Kühlstrecken 2 der
Einrichtung A liegen symmetrisch zu der mit ihnen einen Wärmekontakt unterhaltenden Kammer.
Falls der Metallkatalysator 4 in Form eines Stabes genommen wird, wird er im kohlenstoffhaltigen
Material mit einem Ende in der Mitte der Reaktionskammer 1 angeordnet, die über diesem anderen Ende
einen Wärmekontakt mit der Kühlstrecke 2 unterhält.
Dank des Umstandes, daß der Stab-Katalysator eine
geringe Querschnittsfläche (im Vergleich zu der der Kammer) aufweist, kann man sich die Synthese eines
Diamantpolykristallgebildes als einen aus einem Zentrum fortschreitenden Vorgang denken.
Hierbei entfällt ein gegenseitiges Durchschneiden der sich bewegenden Filme des Katalysators, wodurch der
Metallkatalysatorfilm »einfach zusammenhängend« bleibt. Damit gelingt es, ein festes Diamantengebilde
ίο herzustellen, das keine großen Metalleinlagerungen
enthält, während die vorhandenen Nichtdiamanteneinschlüsse lokal vorliegen.
Das Vorhandensein eines Flüssigkeitsfilms des Metallkatalysators gewährleistet ein gegenseitiges Durchwachsen
von einzelnen das Muster bildenden Kristallen und deren Verzwillingung.
Die MikroStruktur der erhaltenen Gebilde kommt nach der Korngröße, der Menge und der Lokalisierung
der Lage von Nichtdiamanteneinschlüssen der Mikrostruktur von Naturdiamanten vom Typ Karbonado
nahe.
Die erfindungsgemäß synthetisierten Diamantpolykristallgebilde sind durch eine hohe Härte, Festigkeit,
Isotropie der Eigenschaften gekennzeichnet und stehen in vielen Fällen nach ihren mechanischen Eigenschaften
den Naturdiamanten keineswegs nach, mehr noch, sie übertreffen manchmal die letzteren.
In Zusammenhang damit, daß an der Synthese lediglich ein geringer Teil des Kopfes vom Metallkatalysator
teilnimmt, braucht der Stab keinesfalls unbedingt gänzlich aus dem Metallkatalysator hergestellt zu
werden. Es ist vorteilhaft, aus diesem Metall nur den Kopfteil des Stabes zu fertigen. Dabei ist eine Variante
möglich, wo ein unmittelbarer Kontakt des Metallkata-
j3 lysators mit dem Stab fehlen kann, mit dessen Hilfe die
Kristallisationswärme aus der Reaktionskammer abgeleitet wird und welcher aus einem Werkstoff mit einer
Wärmeleitung hergestellt werden muß, die oberhalb der von Graphit liegt. Diesen Stab führt man in das
kohlenstoffhaltige Material ein und bringt ihn in der Reaktionskammer derart unter, daß die letztere über
diesen Stab einen Wärmekontakt mit den Kühlstrecken 2 der Einrichtung A unterhält.
Die Zeit der Synthese von Diamantenpolykristallgebilden ist um so geringer, je höher der Druck der
Synthese ist, und macht in Abhängigkeit vom Druck einen Wert von Sekundenbruchteilen bis zu einer
Minute aus. Das macht das erfindungsgemäße Verfahren genügend technologiegerecht.
Die Größe des hergestellten Diamantenpolykristallgebildes wird durch die Abmessungen der Reaktionskammer und die Zeit der Aufrechterhaltung der
Maximalparametern bestimmt.
Man kann Diamantkristallgebilde synthetisieren, die die Form von Arbeits-Schneidteilen von Werkzeugen aufweisen, und zwar von Meißeln, Glätten, Glasschneidern, Zieheisen, Bohrkronen usw.
Man kann Diamantkristallgebilde synthetisieren, die die Form von Arbeits-Schneidteilen von Werkzeugen aufweisen, und zwar von Meißeln, Glätten, Glasschneidern, Zieheisen, Bohrkronen usw.
Zu diesem Zweck werden der Reaktionskammer die Form und die Abmessungen des zukünftigen Erzeugnis-
ho ses verliehen. Gemäß der Erfindung kann die Reaktionskammer durch eine Hülle 5 (Fig. 2) aus elektrischem
Isoliermaterial einer Wärmeleitung nicht unter der von Graphit gebildet werden, die das kohlenstoffhaltige
Material umgibt.
Die Hülle 5 kann aus hexagonalem Bornitrid oder Borkarbonitrid hergestellt werden.
Die Hülle 5 hat einen Wärmekontakt mit den Kühlstrecken 2 der Einrichtung A, was in Verbindung
mit hoher Wärmeleitfähigkeit des Werkstoffes, aus dem sie hergestellt ist, es ermöglicht, die sich beim
Graphit-Diamant-Übergang entwickelnde Kristallisationswärme mit ausreichender Geschwindigkeit abzuführen.
Nachstehend werden einige Beispiele der Erfindung angeführt
Als kohlenstoffhaltiges Material wurde ein spektralreiner industrieller Graphit eingesetzt Als Metallkatalysator wurde eine Legierung auf Chrom-Nickel-Basis ι ο
(20% Cr, 80% Ni) genommen, die in Form eines Drahtes hergestellt wird.
In allen Fällen wurde die Kristallisationswärme mit einer Geschwindigkeit von nicht weniger als
25 kcal/min abgeleitet Die Abmessungen der Reaktionskammer können beliebig groß sein.
Es wird eine Reaktionskammer 1 (Fig. 1) benutzt, wobei der Durchmesser der Kammer 7 mm
fS = 38,4 mm2) beträgt und deren Höhe 7 mm ist. Die
Kammerwände 6 sind aus Pyrophyllit gebildet, der als ein den Druck übermittelndes Medium auftritt. Die
Kammer hat einen unmittelbaren Wärmekontakt mit den KUhlstrecken 2 der Einrichtung A zur Schaffung
von Hochdruck und -temperatures
Die Kammer füllt man mit spektralreinem Graphit aus, in den man den Metallkatalysator 4 in Form eines
Drahtes mit einem Durchmesser von 0,7 mm, einer Querschnittsfläche 5 von 0,38 mm2 und einer Länge von
3,5 mm einführt, und man ordnet den letzteren in der
Mitte der Kammer mit einem Ende an, während sein anderes Ende einen unmittelbaren Kontakt mit den
Kühlstrecken 2 der Einrichtung A hat. Dann unterzieht man die Reaktionskammer einer Druckwirkung von
89kbar, worauf elektrische Leistung (der elektrische
Strom fließt durch den kohlenstoffhaltigen Werkstoff-Graphit) so lange zugeführt wird, bis die Temperatur in
der Kammermitte einen Wert von 14000C erreicht Es
beginnt die Synthese eines Polykristallgebildes, die 45 Sekunden dauert Dann setzt man die elektrische
Leistung und den Druck (bis auf Normaldruck) herab.
Das hergestellte Muster wird durch eine mechanische Entfernung von Pyrophyllit und nicht in Reaktion
getretenem Graphit herausgehoben.
Der polykristalline Diamant weist die Form einer Kugel mit einem Durchmesser von 2,5 mm auf. Seine
feinkörnige MikroStruktur mit lokalisierten Einschlüssen von Metallkatalysator und Graphit in der Größe
von 5 μπι kann man als ein Mittelding zwischen den r>o
Mikrostrukturen der Naturgebilde einmal vom Typ Bailas, zum anderen vom Typ Karbonado ansehen.
Alles verläuft genau so wie im Beispiel 1, nur daß die Temperatur in der Kammermitte gleich 1500° C ist. Es
wurde ein polykristalliner Diamant in Form eines Zylinders hergestellt, 3,0 mm hoch, mit einem Durchmesser von 2,15 mm, mit einer MikroStruktur, die ein
Mitteidini; zwischen den Mikrostrukturen der Naturge- t>o
bilde einmal vom Typ Bailas, zum anderen Karbonado ist.
Alles verläuft genau so wie im Beispiel 1, nur daß die br>
Reaktionskammer mit einem Durchmesser von 4 mm
(die Querschnittsfläche S ist gleich 12,96 mm2), einer
Höhe von 5 mm genommen wurde; der Metallkatalysator 4 hat die Form eines Drahtes mit einem
Durchmesser von 0,3 mm (die Querschnittsfläche S ist gleich 0,07 mm2) und einer Höhe von 2,5 mm.
Der Druck beträgt 144 kbar, die Temperatur in der Kammermitte 14000C, die Zeit der Synthese Sekundenbruchteile.
Es wurde ein polykristalliner Diamant in Form einer Kugel mit einem Durchmesser von 2 mm und einer
MikroStruktur, die der eines Naturdiamantengebildes vorn Typ Karbonado ähnlich ist hergestellt. Die
Abmessungen der Nichtdiamanteneinschlüsse machen ca. l/μΐη aus.
Es wird von einer Reaktionskammer Gebrauch gemacht, die durch die Hülle 5 (F i g. 2) aus Borkarbonitrid gebildet ist, die einen Durchmesser von 5 mm (die
Querschnittsfläche ist gleich 19,62 mm2), eine Höhe von
4,5 mm und eine Stärke von 1 mm aufweist; man füllt sie mit spektralreinem Graphit aus, indem man den
Metallkatalysator 4 in Form eines Drahtes mit einem Durchmesser von 0,7 mm (die Querschnittsfläche ist
gleich 038 mm2) mit einer Höhe von 2 mm einführt. Die
Synthese kommt bei einem Druck von 89 kbar und einer Temperatur in der Kammermitte von 14000C (die
Erhitzung wird mit Hilfe eines Erhitzers 7 verwirklicht) zustande.
Die Zeit der Aufrechterhaltung dieser Parameter beträgt 1 min.
Es wurde ein polykristalliner Diamant in Form eines Zylinders dargestellt, 3,45 mm hoch und mit einem
Durchmesser von 4,3 mm, mit einer MikroStruktur, die ein Mittelding zwischen den Mikrostrukturen der
Naturdiamantengebilde vom Typ Ballas und Karbonado darstellt
Das Anwendungsgebiet der polykristallinen Diamanten mit einer MikroStruktur vom Typ Naturkarbonado
oder mit einer ihr verwandten MikroStruktur ist sehr umfangreich. Sie können beispielsweise als Schneidelemente eines Bohrgerätes (Meißel, Krone) eingesetzt
werden.
Die Prüfungen des entwickelten Bohrgerätes haben seine große Arbeitsfähigkeit und die Möglichkeit seiner
wirksamen Verwendung beim Bohren von Schleifgesteinen sowie von Gesteinen mittlerer und hoher Härte
bestätigt. Beim Bohren von Hartgestein (VIII bis X Gruppen) haben die Kronen mit synthetischen Diamanten ihre Verwendungsfähigkeit neben den serienweise
gefertigten Kronen aus einem Naturdiamanten bestanden.
Wie die in Labor- und Betriebsverhältnissen durchgeführten Prüfungen gezeigt haben, können die Werkzeuge auf der Grundlage von gemäß der vorliegenden
Erfindung hergestellten polykristallinen Diamanten, wie ein Abrichtdiamant zur Abziehung von Schleifenscheiben, Glätter, Meißel (beispielsweise beim Schleifen von
glasfaserverstärkten Plasten) in vielen Fällen erfolgreich die Werkzeuge aus Naturdiamanten ersetzen.
Eine weitere Anwendung von synthetischem Karbonado ergibt sich dadurch, daß die daraus fertiggestellten
Meißel wirksam die Hartlegierungen vom Typ Carballoy mit hoher Oberflächenreinheit bearbeiten können.
Claims (3)
1. Verfahren zur Herstellung von polykristallinen Diamanten aus kohlenstoffhaltigem Material in
Gegenwart eines Metallkatalysators unter gleichzeitiger Einwirkung von Temperaturen von mindestens
ca. 12000C und Drücken von mindestens ca. 80 kbar
im Verlauf einer für die Kristallisation der Diamanten ausreichenden Zeitspanne und Kühlung
des Reaktionsgemisches, dadurch gekennzeichnet,
daß man die Kristallisationswärme aus dem zentralen Bereich der Reaktionskammer
abführt
2. Vorrichtung zur Herstellung von polykristallinen Diamanten, bestehend aus einer Reaktionskammer,
die das kohlenstoffhaltige Material und einen Metallkatalysator enthält, sowie eine Vorrichtung
zur Abführung der Wärme, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionskammer
(1) zur Abführung der in derselben während der Kristallisation der Diamanten entstehenden Wärme
mit Kühlstrecken (2) in Wärmekontakt steht und der Metallkatalysator (4) eine Querschnittsfläche von
unter 0,04 der Querschnittsfläche der Reaktionskammer in einer quer zur Richtung der maximalen
Abführung der Kristallisationswärme liegenden Ebene aufweist und mit der Kühlstrecke (2) im
Wärmekontakt steht.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallkatalysator (4) in der Mitte
der Reaktionskammer angeordnet ist und das kohlenstoffhaltige Material (3) mit einer die
Reaktionskammer bildenden Hülle (5) aus Elektroisoliermaterial mit einer Leitfähigkeit oberhalb von
Graphit umgeben ist.
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