DE2100147C3 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von polykristallinen Diamanten - Google Patents

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 bo 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 Granhit-niarnant-Gleiehgewichtskurve 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 durch 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 a'-Jweisende 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 wÄrmeisoIierende 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 Kristallisätionswärme der Diamanten unmittelbar aus der Reaktionszone, wozu die Reaktionszone mit Material mit großem Wärmedurchgang in der Grö3enordnung 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 Reaktionsgemisch, 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 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 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 01 019 sind Verfahren zur Synthese von

Diamanten mit Hilfe von Schlagwellen bekannt, wobei dar Kühlmedium für die Abführung der überschüssigen Wärme notwendig ist, die beim Durchgang der Schlagwelien 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 Ausgangsprodu!ct 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 m;t 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 hexagona-ο lern Bornitrid oder Borkarbonitrid herzustellen.

Als kohlenstoffhaltiges Material kommt insbesondere spektralreiner Graphit in Frage.

Die Erfindung soll nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen und Zeichnungen näher erläutert π 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 la 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. to 1200° C 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 Kühlstrecken 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 Zustandsdiagrarnms von Kohlenstoff Hegen.

Zum Erhalt von polykristallinen Diamanten mit einer

der MikroStruktur von Naturkarbonado nahen Mikro struktur 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

ίο von polykristallinen Diamanten aufrechtzuerhalten, ist es notwendig, die Kristallisationswärme aus der

Reaktionska.rnmer abzuleiten.

Es soll nun festgestellt werden, wie weit die bei der Kristallisation von Diamanten entwickelte Wärme die ^r>5 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 dt

I V

folgt, wobei

dP dT

= die Neigung der Graphit-Diamant-Gleichgewichtskurve,

T — die Temperatur in der Reaktionskainmer

\V = Molvolumendifl'erenzvon Graphit und Diamanten heim Druck P und Temperatur 7 des Experimentes bedeuten. Es wurde festgestellt, daß bei

T = 1500 C ist.
q = 1980 kcal/Mol.

Da die Wärmekapazität des spektralreinen Graphits mit dem spezifischen Gewicht 1,6 g/cm³ bei der Temperatur von 1773°K (1500⁰C) gleich 5,88 -^

ist, beträgt die Erhöhung der Temperatur in der Reaktionskammer

* 340

1980 J£L
Mol

5,88

kcal
grd Mol

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 Kristaiiisationswärme 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 Metallkatalysator 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 Ζέπο trum 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 loka! vorliegen.

Das Vorhandensein eines Flüssigkeitsfilms des Metalikäialysaiors 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 Nichtdiamanteneinschiüssen 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 Metallkataly-

jo sator 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 Metallkatalysators 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.

Zu diesem Zweck werden der Reaktionskammer die Form und die Abmessungen des zukünftigen Erzeugnisses 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

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mit hoher Wärmeleitfähigkeit des Werkstoffes, aus dem sie hergesteü! ist, es ermöglicht, die sich beim Graphit-Diamanl-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 (20% Cr, 80% Ni) genommen, die in Form eines Drahtes hergestellt wird.

In allen Fällen wurde die Kristalhsationswärme mit einer Geschwindigkeit von nicht weniger als 25 kcal/min abgeleitet Die Abmessungen der Reaktionskammer können beliebig groß sein.

Beispiel 1

Es wird eine Reaktionskammer 1 (Fig. 1) benutzt, wobei der Durchmesser der Kammer 7 mm (S = 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 Kühlstrecken 2 der Einrichtung A zur Schaffung von Hochdruck und -temperaturen.

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, emer 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 24 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 Mikrostrukturen der Naturgebilde einmal vom Typ Bailas, zum anderen vom Typ Karbonado ansehen.

Beispiel 2

Alles verläuft genau so wie im Beispiel 1, nur daß die Temperatur in der Kammermitte gleich 1500⁰C 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 Mittelding zwischen den Mikrostrukturen der Naturgebilde einmal vom Typ Bailas, zum anderen Karbonado ist

Beispiel 3

Alles verläuft genau so wie im Beispiel 1, nur daß die Reaktionskammer mit einem Durchmesser von 4 mm (die Querschnittsfläche 5 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 iu Kugel mit einem Durchmesser von 2 mm und einer MikroStruktur, die der eines Naturdiamantengebildes vom Typ Karbonado ähnlich ist, hergestellt Die Abmessungen der Nichtdiamanteneinschlüsse machen ca. l/^maus.

Beispiel 4 Es wird von einer Reaktionskammer Gebrauch

3d 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 0,38 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

)o 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

t5 Zylinders dargestellt, 3,45 mm hoch und mit einem Durchmesser von 43 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 Schleifgestcinen sowie von Gesteinen mittlerer und hoher Härte

so 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 Schleifenschei ben, 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.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims (3)

Patentansprüche:

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 ι ο 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 gekenn- ω zeichnet, 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 )5 Graphit umgeben ist