СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АЛМАЗОВ Российский патент 1995 года по МПК C01B31/06 

Изобретение относится к способам получения искусственных алмазов и может быть использовано на предприятиях, производящих искусственные алмазы и алмазный инструмент.

Известен способ осаждения алмазной пленки на охлаждаемые подложки из плазмы углеродсодержащего газа. Плазму получают с помощью СВЧ-разряда в отделении реактора, куда впускают через отдельные вводы реагент (СО, СО₂), газ для получения плазмы (смесь аргона и водорода). Полученную плазму впускают в другое отделение реактора, где находится подложка, сквозь отверстие в перегородке, сделанной из меди и охлаждаемой водой. Температура подложки 400-1700^оС. Этот способ позволяет получать алмазные пленки небольшой толщины (до 1 мкм) с очень низкой скоростью их роста.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ синтеза пленки алмаза на подложке, находящейся в реакционной камере с помощью плазмы метана (СН₄), направляемой на подложку из сопла, образованного коаксиально расположенным центральным и кольцевым электродом для получения плазмы. Центральный электрод в форме стержня, заостренного к низу, изготовлен из вольфрама и расположен вертикально в камере, верхняя его часть охлаждается с помощью тока воды в рубашке, охватывающей электрод. Кольцевой электрод изготовлен из меди. В пространство между электродами подается газ, смесь метана, водорода и аргона, к электродам прикладывается напряжение для получения тлеющего разряда, ток плазмы направлен из сопла вниз на подложку. При этом на подложке синтезируется алмазная пленка. Данный способ позволяет получать пленки толщиной до 1 мкм с низкой скоростью их роста.

Задачей изобретения является получение алмазов из углеродсодержащих газов.

Техническим результатом является ускорение процесса получения алмазов.

Поставленная задача решается тем, что в способе получения алмазов, включающем образованием плазмы углеродсодержащего газа и синтез алмаза в реакционной камере, плазму образуют в дуговом плазмотроне, соединенном с реакционной камерой, а полученные алмазы сбирают в ванне с охлаждающей жидкостью, расположенной на выходе из реакционной камеры.

При прохождении метана через плазмотрон происходит диссоциация метана на водород и чистый углерод. Атомы углерода вступают в связь друг с другом, образуя частицы алмаза. Это происходит при истечении плазмы в реакционную камеру, соединенную с плазмотроном. При взаимодействии плазмы с атмосферой наличие алмазных частиц не наблюдается. В этом случае происходит осаждение углерода в виде сажи. Время образования алмазных частиц исчисляется тысячными долями секунд, которое, в свою очередь, зависит от скорости истечения плазменной струи и протяженности высокотемпературной зоны в реакционной камере. Образовавшиеся в этой зоне частицы алмаза необходимо резко охладить, что осуществляется попаданием их в ванну с охлаждающей жидкостью, находящейся на выходе из реакционной камеры.

На чертеже представлена схема установки получения алмазов.

Предлагаемый способ получения алмазов реализован следующим образом.

П р и м е р. Отработку способа осуществляли на установке УПУ-8. Применялся плазмотрон 1 специальной конструкции, позволяющий подавать отдельно плазмообразующие и углеродсодержащие газы. В качестве плазмообразующих газов использовали смесь аргона с водородом, углеродсодержащим газом являлся метан. Плазмотрон запускался на чистом аргоне, затем добавляли водород и метан. Полученная плазма попадает в реакционную камеру 2, соединенную с плазмотроном на выходе из которой находится ванна 3 с охлаждающей жидкостью 4, попадая в которую частицы резко охлаждаются. Режимы работы плазмотрона: I 400 А; U 50 В; расход аргона Q 40 л/мин; расход водорода Q 10 л/мин; расход метана Q 10 л/мин.

Полученные частицы 5 в течение нескольких часов (2-3 ч) выдерживают в смеси азотной, соляной и фтористоводородной кислот в соотношении 3:1:1 соответственно. Находящиеся в порошке примеси в виде частиц меди, вольфрама и сажи растворяются в смеси кислот. Оставшиеся частицы промывают и сушат. Частицы алмаза имеют округлую или овальную форму, реже грушеобразную. Диаметр частиц колеблется от нескольких мкм до 500 мкм. Цвет сероватый с металлическим блеском. Плотность полученных частиц колеблется от 3 кг/см² до 3,4 кг/см², микротвердость от 94000 до 95000 МПа.

При реализации способа образование алмазных частиц происходило в течение 0,002 0,005 с. Скорость плазменной струи составляла около 100 м/с.

Использование: на предприятиях, производящих искусственные алмазы и алмазный инструмент. Сущность изобретения: разложение углеродсодержащего газа и синтез алмазов осуществляется в реакционной камере, для чего плазму углеродсодержащего газа получают в дуговом плазмотроне, соединенном с реакционной камерой, а полученные алмазы собирают в ванне с охлаждающей жидкостью, расположенной на выходе из реакционной камеры. Ускоряется процесс получения алмазов из углеродсодержащих газов. 1 ил.

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АЛМАЗОВ, включающий образование плазмы углеродсодержащего газа и синтез алмаза в реакционной камере, отличающийся тем, что плазму образуют в дуговом плазмотроне, соединенном с реакционной камерой, а полученные алмазы собирают в ванне с охлаждающей жидкостью, расположенной на выходе из реакционной камеры.