PL106278B1 - Sposob syntezy diamentow ze zjonizowanych gazowych zwiazkow wegla - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób syntezy diamentów ze zjonizowanych gazowych zwiazków wegla. v Znane sa sposoby' termodynamicznej syntezy zwiazków wegla oraz syntezy z termicznie zjoni- zowanego zwiazku wegla z innymi pierwiastkami w fazie gazowej. Termodynamiczna metoda pole¬ ga na wygrzewaniu grafitu do temperatury powy¬ zej 2000°C pod cisnieniem powyzej 50 000 atmos¬ fer. Otrzymywany tak materia! jest niejednorodny, gdyz obok diamentu ^otrzymuje sie spinele do zlu¬ dzenia podobne do diamentów, ale o innych wlas¬ ciwosciach optycznych. Wydajnosc jest znikoma, czyli, koszt otrzymywanych diamentów jest wielo¬ krotnie wyzszy od produktu kopalnego. Synteza ze zwiazków gazowych wegla np. z jodem lub z wodorem, w postaci CJ4 albo CH4 nie wymaga bardzo skomplikowanej aparatury, jest wzglednie niekosztowna, ale wydajnosc jest bardzo niewiel¬ ka. Istotna jej cecha jest doprowadzenie gazowego zwiazku wegla do stanu termoriysocjacji.

Atomy wegla zostaja wbudowane do sieci kry¬ stalicznej bardzo drobnego krysztalku diamentu, wprowadzonego jako zarodka. Poniewaz jedno-, czesnie powstaje grafit, musi on byc natychmiast spalony w nadmiarze tlenu. Pierwsze stadium, po¬ legajace na odkladaniu atomów wegla na powierz¬ chni diamentu trwa do 4 godzin. Drugie stadium polegajace na spalaniu grafitu, trwa równiez do 4 godzin. Uzyskanie bardzo malego przyrostu cie- zaru diamentu trwa okolo 8 godzin. Ma on wszel¬ kie cechy diamentu naturalnego, co zostalo po¬ twierdzone przez badanie twardosci i wspólczyn¬ nika zalamania swiatla oraz metodami dyfrakcji promieni X.

Istota wynalazku polega na umieszczeniu zarod¬ ka diamentu w szczelnym naczyniu kwarcowym, do którego doprowadza sie gazowy zwiazek weg¬ la, korzystnie dwutlenek wegla C02 a nastepnie wytwarza sie jony wegla metoda fotojonizacji po¬ przez oswietlenie promieniami nadfioletowymi, korzystnie z lampy rteciowej, naczynia, kwarco¬ wego z zarodkami diamentu, umieszczonego w og¬ nisku komory piecowej o ksztalcie dwu wspólosio¬ wo polaczonych paraboloid obrotowych. r Na rysunku przedstawiono schematycznie urza¬ dzenie do syntezy diamentów ze zjonizowanych gazowych zwiazków wegla.

Zródlo 2 promieniowania w postaci lampy rte¬ ciowej jest umieszczono w ognisku Fi komory pie-- cowej l^.o ksztalcie dwiu wspólosiowo polaczo¬ nych paraboloid obrotowych lub elipsoidy obro¬ towej. Zródlo promieniowania 2 umieszczone w ognisku Yx spelnia podwójna role a mianowicie ogrzewa tygiel do temperatury najbardziej odpo¬ wiedniej do przebiegu reakcji oraz sluzy do foto- dysocjacji gazu zawartego w kwarcowym naczy¬ niu 3, do którego wprowadzony zostal zarodek diamentu 4. W ognisku F2 gdzie skupiaja sie pro¬ mienie wysylane z ogniska Yx umieszcza sie kwar- 106 2783 cowe naczynie z drobnym proszkiem diamento¬ wym.

Naczynie 5 jest polaczone ze zbiornikiem gazu zawierajacego wegiel przykladowo C02. Pod wply¬ wem naswietlania promieniami nadfioletowymi z lampy rteciowej zachodzi dysocjacja gazu wpro¬ wadzonego do naczynia, zgodnie ze wzorem C02 .-* C + 20. Jony C ulegaja z jednej strony implatacji w sieci przestrzennej krysztalków dia¬ mentu, lub tez tworza krysztalki grafitu. Krysztal¬ ki grafitu ulegaja natychmiastowemu spaleniu w nadmiarze tlenu, zgoidnie ze wzorem C + 20 = = C02 wytwarzajac produkt wyjsciowy dysocjo¬ wany przez staly impulsowy doplyw jonizujacych fotonów, czyli znika tylko pewna ilosc atomów wegla a pozostala wchodzi ponownie w zwiazek podlegajacy fotojonizacji, dysocjacji itp. Proces odbywa sie w sposób ciagly.

Komore pieca stanowi paraboidalna lub elipso¬ idalna wykonana z metalu kwaso- i zaroodporne¬ go. Wewnetrzna powierzchnia komory pokryta jest aluminiowa powloka, która nie posiada selek¬ tywnych pasm pochlaniania. Konstrukcja komory umozliwia stosowanie róznych gazowych zwiazków wegla, takich jak CO lub C02, o skladzie kontro¬ lowanym.

W wyniku odbicia promieni wychodzacych z ogniska Fa od powierzchni paraboidalnych lub eli¬ psoidalnych nastepuje ogniskowanie promieni w "ognisku F2, a co za tym idzie ogrzewanie tygla z podlozem diamentowym, znajdujacego sie w naj¬ blizszym otoczeniu ogniska F2. Tygiel jednoczesnie stygnie w wyniku emisji promieniowania z jego powierizchni. Jezeli doplyw ciepla ze zródla pro¬ mieniowania jest wiekszy od ilosci ciepla emito¬ wanego z ogniska F2, to temperatura tygla rosnie.

Jezeli proces jest odwrotny, tygiel sitygnie. W przy¬ padku równosci, ustala sie stan równowagi. Za¬ dana temperature równowagi uzyskuje sie poprzez studzenie obudowy podloza tygla i doplyw mocy do lampy ksenonowej. Temperature podloza okre¬ sla sie metoda pomiaru natezenia promieniowania wysylanego przez podloze, za pomoca np. fotode¬ tektora, fotopowielacza czy pyrometru.

Sygnal elektryczny z detektora promieniowania 6 278 4 * • przesylany jest za pomoca odpowiednich ukladów elektronicznych do zasilacza lampy ksenonowej lub obwodu chlodzenia podloza. Promieniowanie swiadczace o temperatuirze podloza przesylane jest na zewnatrz obudowy za pomoca swiatlo¬ wodu z monokrysztalu leukoszafiru lub innego ma¬ terialu, np. — tantalanu litu.

Komore piecowa w postaci dwóch zwierciadel paraboidalnych mozna stosowac w obudowie zam- knietej zawierajacej gaz podlegajacy rozkladowi, gdzie osadza sie wegiel in status nascendi, na pod¬ lozach — zarodkach diamentowych. W miare prze¬ biegu procesu osadzania, gaz doprowadza sie do ukladu. Komore piecowa mozna równiez stosowac w postaci zwierciadel niepolaczonych. Wówczas stosuje sie rure kwarcowa.

Przyklad. W ognisku Fi paraboidalnej ko¬ mory piecowej znajduje sie lampa ksenonowa o mocy 15 kW. Tygiel kwarcowy, w którym* na plyt- 0 ce z leukoszafiru umieszczono kilkanascie zarod¬ ków diamentowych znajduje sie w najblizszym otoczeniu ogniska F2. Bezposrednio nad tyglem doprowadzamy jest gazowy dwutlenek wegla.

Gaz w wyniku ogrzewania, fotodysocjacji i ka- talityoznego dzialania podloza rozklada sie, co po¬ woduje osadzanie sie atomów wegla na zarodku diamentowym i narastanie zarodzi diamentu. Po uplywie 4 godzin trwania procesu narastania kry¬ sztalu, uzyskano przyrost ciezaru diamentu okolo %, a po 8 godzinach — przyrost ciezaru okolo 6%.

Claims (1)

1. Zastrzezenie patentowe Sposób syntezy diamentów ze zjonizowanych ga¬ zowych zwiazków wegla, znamienny tym, ze umie¬ szcza sie zarodek diamentu w szczelnym naczy¬ niu kwarcowym, do którego doprowadza sie gazo- 40 wy zwiazek wegla, korzystnie dwutlenek wegla C02 a nastepnie wytwarza sie jony wegla metoda fotojonizacji poprzez oswietlenie ze zródla promie¬ niowaniem nadfioletowym umieszczonym w ognis¬ ku komory piecowej o ksztalcie dwu wspólosiowo 45 polaczonych: paraboloid obrotowych. r106 278 \