JP2024507024A - Manufacturing method of carbide material - Google Patents
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Abstract
本発明は、単結晶ダイヤモンド又は多結晶ダイヤモンド、ダイヤモンド粉末及び立方晶窒化ホウ素の製造に使用することができる。高圧セル（ＨＰＣ）が使用される。このハウジングは、円筒形ヒーターが配置されており、このハウジング内には、電流伝導ワッシャーが上下からロックされ、その内部には、絶縁ワッシャーを端部に備えた絶縁スリーブが配置されている。炭素源と金属触媒とが、スリーブ内に配置されている。ＨＰＣを高圧装置に入れ、必要な圧力をつくり、加熱を行う。加熱の間、金属触媒の温度は、ヒーターの電気抵抗を連続的に測定することによってモニターされ、その事実及びその電気抵抗の急激な増加の時間を確立し、これは、金属触媒の溶融及びグラファイトのダイヤモンドへの相転移に対応する。必要な温度に達すると、電力増加が停止され、ＨＰＣは指定時間保持される。次に、ヒーターへの電力供給が遮断され、圧力が解放され、ＨＰＣが装置から取り外される。本発明は、リアルタイムモードにおける再現性及び信頼性のある制御を提供する。【選択図】 図１The present invention can be used in the production of single-crystal or polycrystalline diamond, diamond powder and cubic boron nitride. A high pressure cell (HPC) is used. A cylindrical heater is arranged in this housing, in which current-conducting washers are locked from above and below, and in the interior of which an insulating sleeve with an insulating washer at the end is arranged. A carbon source and a metal catalyst are disposed within the sleeve. HPC is placed in a high-pressure device to create the necessary pressure and heat it. During heating, the temperature of the metal catalyst is monitored by continuously measuring the electrical resistance of the heater, establishing the fact and the time of rapid increase in its electrical resistance, which is due to the melting of the metal catalyst and the graphite corresponds to the phase transition to diamond. Once the required temperature is reached, the power increase is stopped and the HPC is held for the specified time. Power to the heater is then cut off, pressure is released, and the HPC is removed from the device. The present invention provides reproducible and reliable control in real-time mode. [Selection diagram] Figure 1
Description
本発明は、高圧高温法（High Pressure/High Temperature／ＨＰＨＴ）によって超硬質材料、特にダイヤモンドを製造する分野に関する。 The present invention relates to the field of producing ultrahard materials, in particular diamond, by High Pressure/High Temperature (HPHT).
ＨＰＨＴ法は、従来、ダイヤモンド単結晶、ダイヤモンド多結晶、ダイヤモンド粉末及び立方晶窒化ホウ素を合成するために使用されている。この目的のために、ＨＰＨＴプレスは、例えば、キュービック（又は、立方体）プレス、ベルトプレス、トロイダルプレス、「スプリットスフェア」のような非プレス装置、その他が使用される。 The HPHT method is conventionally used to synthesize diamond single crystals, diamond polycrystals, diamond powders and cubic boron nitride. For this purpose, HPHT presses are used, for example cubic presses, belt presses, toroidal presses, non-press devices such as "split spheres", etc.
特に、ダイヤモンドを製造するための周知の方法の１つは、特許ＵＳ４３４０５７６、ＵＳ４６１７１８１に開示されているように、高圧セル中の金属溶媒触媒の存在下で、例えばグラファイトの形態の炭素を高圧及び高温で処理することを含む。溶媒触媒は、通常、鉄、コバルト、ニッケル又はマンガン、これらの金属の混合物、又は任意の他の適切な元素の添加を含むこれらの金属の混合物から作製される。前記処理は、圧力及び温度で行われ、その値は、炭素状態図上のダイヤモンド安定領域（または、分野／field）の範囲内にある。 In particular, one of the well-known methods for producing diamond is to produce carbon, e.g. including processing. Solvent catalysts are typically made from iron, cobalt, nickel or manganese, mixtures of these metals, or mixtures of these metals with the addition of any other suitable elements. The treatment is carried out at pressures and temperatures that are within the diamond stability field on the carbon phase diagram.
前記方法では、必要とされる温度からの逸脱は、所望の生成物が得られないという結果をもたらし得るので、プロセスの温度を正確に測定することが非常に重要である。特に、実際の温度が必要とされる温度よりも低い場合、金属触媒の融点に到達することができず、その結果、後続のグラファイトからダイヤモンドへの相転移が起こらない。一方、実際の温度が必要な温度を超えると、プロセスがダイヤモンド安定領域を超え、出力としてグラファイトが得られることになる。種（又は、シード）上に結晶を成長させる場合、必要な温度の超過は、炭素源と成長する結晶との間の温度差の増加をもたらし、その結果、物質移動の増加、成長速度の増加、結晶欠陥などをもたらし得る。逆に、実際の温度を必要とされる温度よりも低く下げることは、炭素源と成長する結晶との間の温度差を減少させ得るが、これは、速度の低下、又は結晶成長の完全な停止にさえ導かれ得る。 In said method, it is very important to accurately measure the temperature of the process, since deviations from the required temperature can result in not obtaining the desired product. In particular, if the actual temperature is lower than the required temperature, the melting point of the metal catalyst cannot be reached, so that the subsequent graphite to diamond phase transition does not occur. On the other hand, if the actual temperature exceeds the required temperature, the process will exceed the diamond stability region and graphite will be obtained as output. When growing crystals on seeds (or seeds), exceeding the required temperature results in an increased temperature difference between the carbon source and the growing crystal, resulting in increased mass transfer and increased growth rate. , crystal defects, etc. Conversely, lowering the actual temperature below that required may reduce the temperature difference between the carbon source and the growing crystal, but this may result in a reduction in rate or complete failure of crystal growth. It can even lead to suspension.
温度を測定する１つの方法は、ＳＵ６３６５１５、ＳＵ１１３７７７９、ＳＵ１３０２５０５に記載されているように、熱電対を高圧セルに組み込むことである。しかし、熱電対を高圧セルに一体化すると、セルの設計が大幅に複雑になり、ダイヤモンド製造のコストが大幅に上昇する可能性がある。 One way to measure temperature is to incorporate thermocouples into high pressure cells, as described in SU636515, SU1137779, SU1302505. However, integrating thermocouples into high-pressure cells can significantly complicate the cell design and significantly increase the cost of diamond manufacturing.
上記の温度測定の複雑さのため、ダイヤモンドの生産中の温度を決定するとき、特許ＲＵ２１９２５１１に記載されているように、通常、電気加熱パワーをガイドとして使用する。この場合、温度は、高圧セル内に配置された電気ヒーターに供給される電気加熱電力に応じて計算される。このアプローチにはいくつかの欠点がある。特に、電気加熱パワーに基づいて算出した温度は、実際の温度と異なる場合がある。これは、例えば、超硬質材料を製造する装置の環境条件が変化する（または、異なる）可能性があるために生じる計算誤差によるものと考えられる。さらに、高圧セルは複雑な構造であるため、温度計算の誤差が生じる可能性があり、これは、特に多くの構成要素から成り、超硬質材料の生産中にセルが予め圧縮されると、各セルに形成される熱場が他のセルに生成される熱場とある程度異なることになる。計算された温度と実際の温度の差は、生産の制御不能な結果につながる可能性がある。特に、このような場合には、得られたダイヤモンドが要求される特性を欠いたり、このような温度の差が原理的にダイヤモンドが得られない場合の状況につながったりすることがある。 Due to the above-mentioned complexity of temperature measurement, when determining the temperature during the production of diamonds, electrical heating power is usually used as a guide, as described in patent RU2192511. In this case, the temperature is calculated depending on the electrical heating power supplied to the electric heater located in the high-pressure cell. This approach has several drawbacks. In particular, the temperature calculated based on the electric heating power may differ from the actual temperature. This is believed to be due to calculation errors caused, for example, by potentially changing (or different) environmental conditions in the equipment for producing ultra-hard materials. In addition, the complex structure of high-pressure cells can lead to errors in temperature calculations, especially since they consist of many components and each The thermal field created in a cell will be different to some extent from the thermal field created in other cells. The difference between the calculated temperature and the actual temperature can lead to uncontrollable results in production. In particular, in such cases, the diamond obtained may lack the required properties, or such a temperature difference may lead to a situation in which diamond cannot be obtained in principle.
ＨＰＨＴ法を使用する場合、金属触媒の融点に達した後、高圧セル内の温度は、特許第ＲＵ２３２０４０４号に示されているように、通常、数十度以下、通常、３０～７０度以下だけ上昇させる必要がある。この場合、計算され、かつ実温度が区別される場合、グラファイトからダイヤモンドへの相転移が生じる前の高圧セル内の実温度が金属触媒の融点に達する時点を決定することは困難であり得る。 When using the HPHT method, after reaching the melting point of the metal catalyst, the temperature in the high-pressure cell is usually below several tens of degrees, usually only below 30-70 degrees, as shown in patent no. RU2320404. need to rise. In this case, if the calculated and actual temperatures are differentiated, it can be difficult to determine the point at which the actual temperature in the high pressure cell reaches the melting point of the metal catalyst before the phase transition from graphite to diamond occurs.
クレームされた発明の最も近い先行技術は、ＳＵ１７８８７００に記載された超硬質材料を製造するプロセスにおける金属触媒の温度を監視するための方法である。 The closest prior art to the claimed invention is a method for monitoring the temperature of a metal catalyst in a process for producing ultrahard materials, described in SU1788700.
既知の方法は、管状ヒーター、追加の熱源、炭素源、金属触媒及びダイヤモンドシードが配置されるハウジングを含む高圧セル（ＨＰＣ）の加熱中に超硬質材料を製造するプロセスにおける金属触媒の温度を監視することを含み、前記監視は、金属触媒のより高温の部分の温度及びそのより低温の部分の温度を測定する熱電対を使用して行われ、追加の熱源の電力についてのコンパイルされたアルゴリズムに従って、炭素源と成長する単結晶の表面との間の一定の温度差を維持する。 A known method monitors the temperature of a metal catalyst in the process of producing ultrahard materials during heating of a high pressure cell (HPC), which includes a housing in which a tubular heater, an additional heat source, a carbon source, a metal catalyst and diamond seeds are placed. said monitoring is carried out using thermocouples measuring the temperature of the hotter part of the metal catalyst and the temperature of its cooler part, according to a compiled algorithm for the power of the additional heat source. , maintaining a constant temperature difference between the carbon source and the surface of the growing single crystal.
このように、本発明が解決しようとする課題は、超硬質材料の製造方法の改良方法を提供することであり、この方法は、超硬質材料製造プロセスを確実に制御する可能性、特に、金属触媒の溶融及びグラファイトからダイヤモンドへの相転移のモーメント（又は、時点）をリアルタイムで高い精度で決定する可能性を提供する。 Thus, the problem to be solved by the present invention is to provide an improved method for manufacturing ultrahard materials, which improves the possibility of reliably controlling the manufacturing process of ultrahard materials, especially for metals. It offers the possibility of determining the moment (or time) of the melting of the catalyst and the phase transition from graphite to diamond in real time and with high precision.
本発明によれば、超硬質材料、特にダイヤモンドを製造するための方法が提案され、それに従って高圧セル（ＨＰＣ）が提供される。ＨＰＣには、ヒーターが配置されたハウジングが含まれている。その端部に絶縁スリーブが配置された絶縁ワッシャーがヒーター内に配置されている。炭素源及び金属触媒は、スリーブの内側に位置する。ヒーターは通電ワッシャー（current carrying washer）により上下からロックされる。ＨＰＣを高圧装置に入れ、その中に必要な圧力をつくる。その後、ヒーターに電流を流して加熱を行う。必要な温度に達すると、電力増加プロセスが停止され、ＨＰＣは、特定の時間、規定された温度に維持される。次いで、ヒーターへの電流供給が終了し、圧力が解放されてＨＰＣが除去される。金属触媒の融解と炭素源のダイヤモンドへの相転移を示す抵抗値の急激な変化を検出するために、加熱中にヒーターの電気抵抗を連続的に測定する。 According to the invention, a method for producing ultrahard materials, in particular diamond, is proposed, according to which a high pressure cell (HPC) is provided. The HPC includes a housing in which a heater is located. An insulating washer with an insulating sleeve arranged at its end is arranged in the heater. The carbon source and metal catalyst are located inside the sleeve. The heater is locked from above and below by current carrying washers. Place the HPC in a high-pressure device and create the necessary pressure within it. Then, a current is passed through the heater to heat it. Once the required temperature is reached, the power increase process is stopped and the HPC is maintained at the specified temperature for a specific time. The current supply to the heater is then terminated and the pressure is released to remove the HPC. The electrical resistance of the heater is continuously measured during heating to detect rapid changes in resistance that indicate melting of the metal catalyst and phase transition of the carbon source to diamond.
この方法は、セル内の温度を直接測定する可能性を提供するために、ＨＰＣの高価なアップグレードが必要とされないので、超硬材料を製造するプロセスの単純化を提供する。さらに、本発明は、ＨＰＣ内に位置する金属触媒の融解モーメント、及びその後のグラファイトのダイヤモンドへの相転移をリアルタイムで決定することを可能にし、それによって、ＨＰＣ内の実温度決定の精度を高め、ＨＰＣ内の温度を決定するときに、ヒーターに供給される電流に基づく近似計算のみに頼る必要をなくす。本発明の別の技術的結果は、ダイヤモンド結晶合成条件の反復性を確実にすることからなり、これは、金属触媒溶融のモーメント及びグラファイトのダイヤモンドへの相転移の正確な決定によって達成される。 This method provides a simplification of the process of manufacturing superhard materials, as no expensive upgrade of the HPC is required to provide the possibility of directly measuring the temperature within the cell. Furthermore, the present invention allows the melting moment of the metal catalyst located within the HPC and the subsequent phase transition of graphite to diamond to be determined in real time, thereby increasing the accuracy of the actual temperature determination within the HPC. , eliminates the need to rely solely on approximate calculations based on the current supplied to the heater when determining the temperature within the HPC. Another technical result of the invention consists in ensuring repeatability of the diamond crystal synthesis conditions, which is achieved by accurate determination of the moment of metal catalyst melting and the phase transition of graphite to diamond.
図面（図１）は例示的なダイアグラムを示し、実線は抵抗対時間の変化を示し、点線はヒーターに供給される電力対時間の変化を示す。 The drawing (FIG. 1) shows an exemplary diagram, where the solid line shows resistance versus time and the dotted line shows power supplied to the heater versus time.
以下、本発明の実施例をダイヤモンド製造に関連して説明するが、本発明が他の超硬材料の製造にも適用可能であることは当業者にとって自明である。 Although embodiments of the invention will be described below in connection with diamond production, it will be obvious to those skilled in the art that the invention is also applicable to the production of other superhard materials.
本考案によれば、ダイヤモンドを製造するＨＰＨＴプロセスは、セラミックス又は他の適当な素材本体を含む高圧セル（ＨＰС）を製造することを含む。セル本体は、管状又は他の適切な形状を有し、通常、グラファイト又はグラファイトと他の材料との混合物から作製されるヒーターを含む。ヒーターはまた、任意の他の適切な材料から作製することができる。反応ゾーンを形成する絶縁（又は、断熱／insulating）ワッシャーを有する絶縁スリーブがヒーターの内側に配置される。炭素源は、通常、グラファイトの形態、又は別のダイヤモンド又は非ダイヤモンド形態の炭素であり、金属触媒は、反応ゾーンの内側に配置される。金属触媒は、鉄、コバルト、ニッケル又はマンガンから、又は任意の他の適切な元素の添加を含むこれらの金属の混合物から作製することができる。 According to the present invention, the HPHT process for producing diamond involves producing a high pressure cell (HPС) containing a body of ceramic or other suitable material. The cell body has a tubular or other suitable shape and includes a heater, typically made of graphite or a mixture of graphite and other materials. The heater can also be made from any other suitable material. An insulating sleeve with an insulating washer forming a reaction zone is placed inside the heater. The carbon source is usually carbon in the form of graphite or another diamond or non-diamond form, and the metal catalyst is placed inside the reaction zone. The metal catalyst can be made from iron, cobalt, nickel or manganese, or mixtures of these metals with the addition of any other suitable elements.
次いで、ＨＰＣを、超硬質材料を調製するのに適した任意の装置であり得る高圧装置に入れる。ＨＰＣでは通常４．５ＧＰａを超える高圧が生じる。一般に、圧力は、４．５～１０ＧＰａの範囲であり得る。次に、ヒーターに電流を流すことによって反応ゾーンを加熱する。 The HPC is then placed in a high pressure apparatus, which can be any apparatus suitable for preparing ultrahard materials. High pressures typically exceeding 4.5 GPa are generated in HPC. Generally, the pressure may range from 4.5 to 10 GPa. The reaction zone is then heated by passing electrical current through the heater.
反応ゾーンの加熱は徐々に行われ、電力が滑らかに増加する。加熱中はヒーターの電気抵抗を連続的に測定する。いくつかの実施形態では、加熱中にヒーター近傍の電気回路内の電流及び電圧を連続的に測定し、その測定値からヒーターの電気抵抗を計算する。好ましい実施形態では、電気回路内の電流及び電圧は、ヒーターにできるだけ近く、又はヒーター自体で直接測定され、より正確なヒーターの抵抗値を得ることに留意されたい。その方法に従って、ヒーターの抵抗の図が作成される。なお、印加電力が増加すると、抵抗は、原則として滑らかに減少する。典型的には、電力は、ダイヤモンドの生産中に実質的に直線的に増加し、この抵抗は、それに対応して、電力に依存して直線的に低下する。 Heating of the reaction zone takes place gradually, with a smooth increase in power. During heating, the electrical resistance of the heater is continuously measured. In some embodiments, the electrical current and voltage in the electrical circuit near the heater are continuously measured during heating and the electrical resistance of the heater is calculated from the measurements. Note that in a preferred embodiment, the current and voltage in the electrical circuit are measured as close as possible to the heater or directly at the heater itself to obtain a more accurate heater resistance value. According to the method, a diagram of the resistance of the heater is created. Note that as the applied power increases, the resistance decreases smoothly in principle. Typically, power increases substantially linearly during diamond production, and this resistance correspondingly decreases linearly in dependence on power.
図示の図面では、実線は抵抗対時間を示し、点線はヒーターに供給される電力対時間を示している。本発明の著者らは、金属触媒が融解した時点で、及びその後の、ＨＰＣ内部のダイヤモンドへの炭素源（例えば、グラファイト）の相転移のプロセスの間に、金属触媒及び炭素源に隣接するＨＰＣ部分の変形が起こることを見出した。特に、いくつかの実装形態では、絶縁スリーブの変形が生じ、これは、ヒーターの変形をもたらす。この変形は、ヒーターの電気抵抗に目立った変化をもたらす。特に、金属触媒の融解及び炭素源のダイヤモンドへの相転移が起こる期間中に、抵抗値の急激な増加が観察され、その後、図に示すような抵抗減少が観察され得る。このように、温度の上昇中のヒーターの電気回路の抵抗を監視することにより、金属触媒の融解のモーメントとそれに続く炭素源のダイヤモンドへの相転移をリアルタイムで正確に求めることが可能となる。 In the figures shown, the solid lines show resistance versus time and the dotted lines show power supplied to the heater versus time. The authors of the present invention discovered that once the metal catalyst melts and during the subsequent process of phase transition of the carbon source (e.g. graphite) to diamond inside the HPC, the HPC adjacent to the metal catalyst and the carbon source It was found that partial deformation occurs. In particular, in some implementations, deformation of the insulating sleeve occurs, which results in deformation of the heater. This deformation results in a noticeable change in the electrical resistance of the heater. In particular, during the period when the melting of the metal catalyst and the phase transition of the carbon source to diamond occurs, a rapid increase in resistance can be observed, followed by a decrease in resistance as shown in the figure. Thus, by monitoring the resistance of the electrical circuit of the heater during the temperature increase, it is possible to accurately determine in real time the moment of melting of the metal catalyst and the subsequent phase transition of the carbon source to diamond.
この方法によれば、ダイヤモンド相転移への炭素源のプロセスが完了したことを検出した後、ＨＰＣの加熱は、製造の特定のタイプの必要性に応じて、製造プロセスの必要性に応じて通常１１００～２３００℃の範囲である必要な温度までしばらく継続される。しかしながら、温度範囲の下限は、通常、金属触媒の融解温度に依存し、したがって、上限及び下限の両方を変化させることができ、一方、上限は、ＨＰＣにおいて生成される圧力に依存し、すなわち、圧力の増加と共に、上限温度を増加させることができることは、当業者に明らかである。次いで、加熱電力を増加させるプロセスが停止される。注意すべきことであるが、図面に示す例によれば、炭素源のダイヤモンド相転移プロセスの完了後、ある時間、ヒーターに供給される電力は増加し続けるが、他の実施形態では、生産技術に依存して、炭素源のダイヤモンド相転移プロセスが完成する前、又はそれと同時に、電力増加のプロセスを中止することができる。 According to this method, after detecting that the process of the carbon source to diamond phase transition is completed, the heating of the HPC is usually carried out according to the needs of the manufacturing process, depending on the needs of the specific type of manufacturing. This is continued for some time up to the required temperature, which is in the range of 1100-2300°C. However, the lower limit of the temperature range usually depends on the melting temperature of the metal catalyst and therefore both the upper and lower limits can vary, while the upper limit depends on the pressure generated in HPC, i.e. It is clear to those skilled in the art that with increasing pressure, the upper temperature limit can be increased. Then the process of increasing heating power is stopped. It should be noted that according to the example shown in the drawings, the power supplied to the heater continues to increase for a certain time after the completion of the diamond phase transformation process of the carbon source, but in other embodiments, the production technology Depending on the carbon source, the process of power increase can be stopped before the diamond phase transformation process of the carbon source is completed or at the same time.
その後、ＨＰＣは、プロセスによって必要とされる時間、所与の温度に維持される。通常、特定のプロセスに応じて、この時間は、１５分～５００時間であり得るが、しかしながら、特定の時間は、必ずしも上記の値に限定されず、必要であれば、場合によっては、特定の限界を超え得ることが、当業者には明らかである。次いで、ヒーターへの電流の供給が終了され、圧力が解放され、ＨＰＣが除去される。 The HPC is then maintained at a given temperature for the time required by the process. Typically, depending on the specific process, this time can be from 15 minutes to 500 hours, however, the specific time is not necessarily limited to the above values and, if necessary, in some cases It will be clear to those skilled in the art that the limits may be exceeded. The supply of current to the heater is then terminated, the pressure is released, and the HPC is removed.
以下、本発明に係る超硬質材料の製造方法の各種具体例について説明する。 Hereinafter, various specific examples of the method for manufacturing an ultra-hard material according to the present invention will be described.
実施例１
高圧セル（ＨＰＣ）はセラミックシェル、円筒形に作られたグラファイトヒーターを含み、ヒーターは電流を通すワッシャーによって上下からロックされる。その端部に絶縁ワッシャーを有する絶縁スリーブがヒーターの内側に配置され、グラファイトと金属触媒との混合物がスリーブの内側に配置される。ＨＰＣはトロイダルプレスに配置される。４．５ＧＰａを超える圧力が、プレスによってセル内に生成される。
Example 1
The high pressure cell (HPC) contains a ceramic shell, a graphite heater made in a cylindrical shape, and the heater is locked from above and below by electrically conductive washers. An insulating sleeve with an insulating washer at its end is placed inside the heater, and a mixture of graphite and metal catalyst is placed inside the sleeve. The HPC is placed in a toroidal press. Pressures in excess of 4.5 GPa are generated within the cell by the press.
セルの通電部分に電流を流す。加熱パワーは毎分３０Ｗの割合で増加する。加熱と同時にヒーター回路の抵抗を測定する。加熱パワーが６．１０ｋＷに達すると、ヒーター回路抵抗の１０％の急激な増加が観測され、これは金属触媒の融解と炭素源のダイヤモンド相転移を示している。 A current is passed through the current-carrying part of the cell. The heating power increases at a rate of 30W per minute. Measure the resistance of the heater circuit at the same time as heating. When the heating power reaches 6.10 kW, a sudden increase of 10% in heater circuit resistance is observed, indicating melting of the metal catalyst and diamond phase transition of the carbon source.
電力値が６．５ｋＷに達すると、オペレーターは電力を増加させるプロセスを停止する。１０分間の曝露後、オペレーターは加熱をオフにする。圧力が解放された後、ＨＰＣはトロイダルプレスから取り外される。セルの内部には、微細結晶ダイヤモンド焼結塊が存在する。 When the power value reaches 6.5 kW, the operator stops the process of increasing the power. After 10 minutes of exposure, the operator turns off the heat. After the pressure is released, the HPC is removed from the toroidal press. Inside the cell is a sintered mass of microcrystalline diamond.
実施例２
高圧セル（ＨＰＣ）はセラミックシェル、円筒形に作られたグラファイトヒーターを含み、ヒーターは電流を通すワッシャーによって上下からロックされる。その端部に絶縁ワッシャーを有する絶縁ブッシングは、ヒーターの内側に配置される。内部にダイヤモンド結晶シードがプレスされた基板が、ブッシングの下部に配置され、金属触媒が、基板の上方に配置され、グラファイトの形態の炭素源が、触媒の上方に配置される。ＨＰＣはキュービックプレスに配置される。４．５ＧＰａを超える圧力が、プレスによってセル内に生成される。セルの通電部分に電流を流す。加熱パワーは毎分３０Ｗの割合で増加する。ヒーター回路の抵抗は加熱と同時に測定される。加熱パワーが６．５０ｋＷに達すると、ヒーター回路抵抗の１０％の急激な増加が観測され、これは金属触媒の融解と炭素源のダイヤモンド相転移を示している。電力値が６．７ｋＷに達すると、オペレーターは電力を増加させるプロセスを停止する。３００時間の曝露後、オペレーターは加熱をオフにする。圧力が解放された後、ＨＰＣはキュービックプレスから取り外される。セルの内部には、重さ５５カラットのダイヤモンドの単結晶がある存在する。
Example 2
The high pressure cell (HPC) contains a ceramic shell, a graphite heater made in a cylindrical shape, and the heater is locked from above and below by electrically conductive washers. An insulating bushing with an insulating washer at its end is placed inside the heater. A substrate with diamond crystal seeds pressed into it is placed at the bottom of the bushing, a metal catalyst is placed above the substrate, and a carbon source in the form of graphite is placed above the catalyst. The HPC is placed in a cubic press. Pressures in excess of 4.5 GPa are generated within the cell by the press. A current is passed through the current-carrying part of the cell. The heating power increases at a rate of 30W per minute. The resistance of the heater circuit is measured simultaneously with heating. When the heating power reaches 6.50 kW, a sudden increase of 10% in heater circuit resistance is observed, indicating melting of the metal catalyst and diamond phase transition of the carbon source. When the power value reaches 6.7 kW, the operator stops the process of increasing the power. After 300 hours of exposure, the operator turns off the heat. After the pressure is released, the HPC is removed from the cubic press. Inside the cell is a single crystal of diamond weighing 55 carats.
Claims (4)
高圧セル（ＨＰС）の加熱中に、ヒーターの電気抵抗を連続的に測定するステップであって、ＨＰСは、通電ワッシャーによって上下からロックされた前記ヒーターが配置されたハウジングを有し、その端部に絶縁ワッシャーを有する絶縁スリーブが前記ヒーターの内側に配置されており、少なくとも炭素源及び金属触媒が前記スリーブの内側に配置されている、該ステップと、
前記ヒーターの前記電気抵抗の急激な上昇を検出するステップと、
検出された前記ヒーターの前記電気抵抗の急激な上昇の時点を、前記金属触媒の融解に対応するものとして識別するステップ
を含むことを特徴とする方法。 A method for monitoring the temperature of a metal catalyst in a process for producing an ultrahard material, the method comprising:
Continuously measuring the electrical resistance of the heater during heating of a high-pressure cell (HPС), the HPС having a housing in which said heater is arranged, which is locked from above and below by current-carrying washers, and whose ends an insulating sleeve having an insulating washer is disposed inside the heater, and at least a carbon source and a metal catalyst are disposed inside the sleeve;
detecting a sudden increase in the electrical resistance of the heater;
A method characterized in that it comprises the step of: identifying a detected point in time of a sudden increase in the electrical resistance of the heater as corresponding to melting of the metal catalyst.
通電ワッシャーによって上下からロックされたヒーターが配置されたハウジングを有する高圧セル（ＨＰＣ）を提供するステップであって、その端部に絶縁ワッシャーを有する絶縁スリーブが前記ヒーターの内側に配置されており、少なくとも炭素源及び金属触媒が前記スリーブの内側に配置されているハウジングを備える、該ステップと、
前記高圧セルを高圧装置内に配置するステップと、
前記高圧セル内に必要な圧力を供給するステップと、
前記ヒーターに増大する電力を供給することによって前記高圧セルを加熱するステップと、
必要な温度になったときに前記電力の増大を停止するステップと、
前記高圧セルを所定の時間前記必要な温度に維持するステップと、
前記ヒーターへの給電を終了し、前記圧力を解放するステップと、
前記高圧セルを前記高圧装置から取り出するステップと、
を有する該製造方法であって、前記方法が、
前記加熱中の前記ヒーターの電気抵抗を連続的に測定するステップと、
前記ヒーターの前記電気抵抗の急激な増加を検出するステップと、
前記検出した前記ヒーターの前記電気抵抗の急激な増加の時点を金前記属触媒の融解に対応するものとして識別するステップ
を含むことを特徴とする、方法。 A method for producing an ultra-hard material, the method comprising:
Providing a high pressure cell (HPC) having a housing in which a heater is arranged, locked from above and below by current-carrying washers, an insulating sleeve having an insulating washer at the end thereof is arranged inside said heater; comprising a housing in which at least a carbon source and a metal catalyst are disposed inside the sleeve;
placing the high pressure cell in a high pressure device;
supplying the necessary pressure within the high pressure cell;
heating the high pressure cell by supplying increasing power to the heater;
ceasing the increase in power when a required temperature is reached;
maintaining the high pressure cell at the required temperature for a predetermined period of time;
terminating power supply to the heater and releasing the pressure;
removing the high pressure cell from the high pressure device;
The manufacturing method comprises:
Continuously measuring the electrical resistance of the heater during the heating;
detecting a sudden increase in the electrical resistance of the heater;
A method, characterized in that it comprises the step of: identifying the detected point in time of the rapid increase in the electrical resistance of the heater as corresponding to melting of the metal metal catalyst.
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