СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МОНОКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО АЛМАЗА Российский патент 1998 года по МПК C01B31/06 

Изобретение относится к технологии кристаллов на полиморфной основе и может быть использовано для промышленного производства кристаллов большой плотности в ювелирной промышленности, а также других областях техники.

Известны способы создания кристаллов из расплавов и растворов, из твердой и газообразной фазы углеродных соединений. Все методы в общих чертах имитируют соответствующие природные геологические условия. Разница заключается в составе минералообразующей среды и времени минералообразования, см. Солодова Ю. П. , Андреенко Э. Д. Гранадчикова Б.Г. Определитель ювелирных и поделочных камней. -М.: Недра, 1985, с.115.

Важнейшей и определяющей спецификой создания искусственных камней на основе углерода является температура и давление.

Согласно диаграмме равновесной устойчивости углерода, см. Шаскольская М. П. Кристаллы.-М: Наука, 1985, с.202. рис.112, и учитывая практические результаты получения кристаллов, температура при переходе углерода из структуры графит в структуру алмаз составляет 1200-2800^oC при давлении 55-100 тыс. атм.

До настоящего времени в области производства кристаллов работы ведутся достаточно интенсивно. Например, авт.св. Института высоких энергий N 329760, и N 329761, 1970. О связующем и импульсном нагреве; патенты NN 289579, и 294309, 1966. О модификации катализаторов; патент N 317585, 1965. О наращивании кристалла при помощи бомбардировки частицами углерода; авт.св. N 1710304, 1989, N 1775357, 1990, N 1791376, 1990 и др.

Наиболее близкий аналог к заявленному способу - это технология Шведской энергетической компании ASE A, которая провела синтез алмаза из графита при давлении 80 тыс. атм, при 2500^oC с выдержкой во времени две минуты, см. Корнилов Н.И., Солодова Ю.П. Ювелирные камни. - М., Недра, 1982, с. 226.

Искусственные способы, в том числе способ, выбранный за прототип, обладают существенным недостатком. Продукт получается размером около одного миллиметра. Наиболее трудная проблема при производстве, как считает современная наука, заключается в необходимости подержания температуры и давления в области стабильности или в области сверхвысоких давлений, т.е. 2,5 и более млн. атм., см. Бизнес - Уик, N 6, 1995, с.58.

На сегодняшний день такой результат достигнут, однако затраты столь значительны что говорить о рентабельном производстве не приходится.

Сущность изобретения заключается в следующем. Для того, чтобы провести кристаллизацию углерода из структуры графит в структуру алмаз необходимо осуществить технологическую операцию реструктуризации ориентации атомов углерода и связей, что достигается путем облучения мишени, например, быстрыми электронами с энергией не менее 10⁶ эВ, см. Намбу Е. Кварки. -М: Мир, 1984, с.37.

В структуре графита, где связи между атомами прочны внутри слоя, организованного в виде гексагональной сетки, а между отдельными слоями слабы, при облучении рвутся химические связи гексагональной сетки структуры графит, а образовавшиеся атомы вступают в новые "перекрестные" связи. Таким образом, связь между слоями ужесточается. После баротермического воздействия структура усаживается. Необходимый баротермический режим и доза облучения во временном промежутке могут быть обеспечены.

Технология позволяет производить искусственные кристаллы на основе углерода размерами два и более миллиметра в диаметре плотностью 3,5-3,6 г/см³, наилучшим образом использовать существующую аппаратуру и ресурсы при более низких давлениях и температурах, что само по себе снижает себестоимость производства алмазовразного назначения.

Предполагаемые затраты на проведение облучения составляют около 3-5% от стоимости проведения кристаллизации.

Важнейшей особенностью способа является возможность производить монокристаллы в форме октаэдра диаметром более двух миллиметров из мелких прессованных алмазов и алмазных структур в виде ромбододекаэдров, кубов и их комбинации плоскогранных и кривогранных форм.

Способ технически выполним на стандартном оборудовании, например, при помощи ЭЛТ-1,5 на 1,5 МэВ -электронный усилитель, а также синхро- и циклотроны.

Изобретение может быть использовано для получения алмазов в ювелирной промышленности. Графит, мелкие прессованные алмазы, алмазные структуры (ромбододекаэдры, кубы) и их комбинации облучают быстрыми частицами с энергией не менее 10⁶ эВ. Проводят баротермическую операцию. Монокристаллы алмаза имеют диаметр более 2 мм, плотность 3,5-3,6 г/см³.

Способ получения монокристаллического алмаза путем воздействия на углеродосодержащий материал заданных значений температуры и давления в замкнутом объеме, отличающийся тем, что перед баротермической операцией улеродосодержащий материал облучают быстрыми частицами с энергией не менее 10⁶ эВ.