Спосіб синтезу алмазу

Изобретение относится к области получения алмаза при высоких давлениях и температурах и может быть использовано, в частности, для получения сырья для шлиф- и микропорошков алмаза. Наиболее близким к заявляемому способу является способ синтеза алмаза из смеси углерода и металларастворителя при высоком давлении и температуре, лежащих в области термодинамической стабильности алмаза [1]. В этом способе используют металл-растворитель зернистостью не менее 1мм. Недостатком этого способа также является низкий выход синтезированного продукта, так как выбор металла-растворителя только по размеру частиц приводит к тому, что в момент плавления значения давления уменьшаются на значительную величину. Дальнейшее уменьшение давления в процессе превращения углерода (графита) в алмаз переводит реакционную систему в область, где алмаз термодинамически неустойчив, и к прекращению образования и роста алмаза. В основу изобретения положена задача создания способа синтеза алмаза, обеспечивающего высокий выход синтезированного продукта за счет использования металла-растворителя специфической формы и геометрических параметров. Согласно изобретению поставленная задача решается тем, что в способе синтеза алмаза, заключающемся в воздействии высокого давления и температуры, соответствующих области термодинамической стабильности алмаза, на реакционную смесь металла-растворителя с графитом, используют металл-растворитель пластинчатой формы, размеры частиц которого имеют толщину d=30¸600мкм, длину а=500¸4000 мкм и ширину с=(0,2+1)а. В результате исследований, проведенных авторами, было установлено, что форма частиц и их геометрические размеры имеют достаточно большое значение при синтезе алмаза. При одном и том же объеме металла-растворителя выход продукта синтеза может быть различным. От формы и размеров частиц зависит площадь их поверхности, а это, в свою очередь, сказывается на количестве центров кристаллизации. При большом количестве центров кристаллизации растущие кристаллы мешают друг другу эффективно поглощать углерод, что приводит к нарушению форм роста и уменьшению выхода алмаза. При малом количестве центров кристаллизации неэффективно используется объем частиц металла-растворителя для роста кристаллов алмаза. Результатом этих исследований является диапазон значений для трех геометрических параметров (толщина, длина и ширина), а также форма частиц металла-растворителя. Для проведения экспериментов использовался пресс усилием 25 МН марки ДО-043, аппарат высокого давления типа наковальни с лункой, диаметр лунки - 57мм. Давление и температура для каждого конкретного состава металла-растворителя подбирались таким образом, чтобы выход был максимальным при использовании частиц металла-растворителя с размерами по прототипу, и составляли для сплава Ni-Mn 5,4ГПА ±0,1ГПа и 1320±20°С, Fe-Ni 5,6ГПа±0,1ГПа и 1380±20°С, Fe-Ni-Co 5,7ГПа±0,1ГПа и 1390 ±20°С. Исходная реакционная смесь состояла из частиц графита размером 40-800мкм и частиц металларастворителя пластинчатой формы с различными размерами по толщине, длине и ширине. Перед размещением в реакционном объеме аппарата высокого давления смесь графита и металла-растворителя предварительно прессовали при давлении 0,2ГПа в пресс-форме с диаметром, равным диаметру реакционного сосуда. Давление в реакционном сосуде создавали путем сжатия аппарата в прессе до усилия, соответствующего давлению синтеза по нагрузочной характеристике. Температуру создавали путем резистивного нагрева смеси при пропускании электрического тока и контролировали по ранее определенной зависимости температура-мощность тока нагрева. Конкретный пример осуществления способа синтеза алмаза. Реакционную смесь из 21г графита и 21г металла-растворителя Ni50-Mn50 пластинчатой формы толщиной 320мкм, длиной 2300мкм и шириной 1500мкм предварительно спрессовали при давлении 0,2ГПа в прессформе. Полученный брикет поместили в реакционный сосуд аппарата высокого давления и температуры. Синтез вели при давлении 5,4ГПа и температуре 1330°С. В результате синтеза было получено 29,1 карат алмаза. Полученные алмазы были расклассифицированы по прочности. Оказалось, что выход алмаза превысил выход в опытах по прототипу на 11,1 карат, а выход монокристаллов высокопрочной марки АС 50 составлял не менее 40%, что превышает выход аналогичных марок по прототипу на 10-15%. По писанной выше технологии был осуществлен ряд опытов, результаты которых изложены в таблице. Как следует из результатов опытов, изложенных в таблице, заявляемый способ синтеза алмаза позволяет получить больший выход синтезируемого продукта по отношению к прототипу только в пределах заявляемых значений толщины, длины и ширины пластинок металла-растворителя. Выход за пределы заявляемых значений (примеры 12, 13, 14) свидетельствуют о снижении выхода алмаза, что подтверждают выводы, изложенные ранее. Во всех опытах полученные алмазы подвергались классификации и проверке на прочность, как указано в примере. Результаты этих сравнительных дополнительных исследований свидетельствуют о более высоких показателях этой характеристики по сравнению с прототипом. Выход высокопрочных алмазов марки АС 50 превышает на 10-20% выход этой же марки по прототипу. Таким образом заявляемая совокупность существенных признаков позволила значительно повысить выход синтезируемых алмазов наряду с повышением их качества.