СПОСОБ ОБРАБОТКИ АЛМАЗА Российский патент 1998 года по МПК B28D5/00 

Изобретение относится к обработке алмаза, а именно, к способу нанесения несмываемой линии на алмазе с целью сохранения качества алмазного сырья в процессе его обработки.

Известен способ нанесения несмываемой линии на алмазе лазером (Епифанов В. И. , Песина А.Я., Зыков Л.В. Технология обработки алмазов в бриллианты, 1981).

Недостатком известного способа является его дороговизна, а также невысокая производительность, так как в один прием может обрабатываться только один алмаз и для каждого кристалла необходимо заново проводить юстировку лазерного луча. Кроме того, напряженные кристаллы часто раскалываются при обработке лазером.

Известен также способ, выбранный за прототип, нанесения несмываемой линии на алмазе путем контактирования алмаза с твердым металлом или сплавом, способным при нагреве (600 - 1600^oC) растворять алмаз. Контактирование осуществляют в вакууме, в атмосфере инертного газа или атмосфере газа, не реагирующего с алмазом, но реагирующего при той же температуре с растворенным в металле или сплаве углеродом алмаза (патент США N 4333904 или патент Англии N 2061904). Указанный способ характеризуется рядом преимуществ в сравнении с лазерным способом: способ технологичен - позволяет одновременно наносить несмываемые линии на различные по форме и размеру кристаллы, для нанесения линии используется простое оборудование - печь для нагрева и камера для кристаллов, в которой создается определенная атмосфера газа.

Недостатком этого способа является то, что при нагреве алмаза до температуры обработки в кристалле создаются значительные напряжения за счет резкой смены температур, что приводит к снижению качества алмаза за счет усиления трещиноватости и появлению новых трещин в алмазе.

Задачей предлагаемого изобретения является сохранение качества алмаза в процессе его обработки.

Поставленная задача решается тем, что нагрев алмаза от 400^oC до температуры обработки и последующее охлаждение до 400^oC ведут со скоростью 10-20^oC/мин.

Способ обработки алмаза осуществляется следующим образом. На алмаз наносят линию из тонкодисперсного металла или сплава. Затем алмаз с металлом или сплавом нагревают до 40^oC, а далее температуру повышают со скоростью 10-20^oC/мин до температуры обработки. Обработку алмаза проводят в смеси газов, взаимодействующих с растворенным в металле углеродом, но не реагирующим непосредственно с самим алмазом. Охлаждение алмаза проводят до 400^oC со скоростью 10-20^oC/мин. Такой режим нагрева и охлаждения позволяет снимать внутренние напряжения в алмазе, возникающие при резкой смене температур, что препятствует увеличению трещиноватости, а также образованию новых трещин в алмазе.

Среди добываемых алмазов огромное количество кристаллов имеют трещины, включения, являются напряженными. Напряженные кристаллы легко растрескиваются при механической обработке или обработке лазером. Термическая обработка таких кристаллов может привести к их упрочнению (Орлов Ю.Л., "Минералогия алмаза", 1973). Однако, резкое изменение температур ведет к расширению существующих трещин и возникновение новых в алмазе, особенно вблизи включений, чего можно избежать контролированием скорости нагрева и охлаждения.

Таким образом, плавный подъем с 400^oC до температуры обработки и снижение температуры до 400^oC со скоростью 10 - 20^oC/мин снимает напряжения, возникающие в алмазе в процессе нагрева и охлаждения, что позволяет обрабатывать алмаз без снижения его качества.

Пример 1. На верхнюю площадку ограненного технического алмаза наносят рисунок толщиной 0,1 мкм трафаретным способом напыления кобальта в вакууме. Алмаз с нанесенным металлическим рисунком нагревают до 400^oC. Затем температуру повышают со скоростью 20^oC/мин до 900^oC и выдерживают в гелиеводородной смеси (1: 1), увлажненной водяным паром при 25^oC. Охлаждение проводят со скоростью 20^oC/мин до 400^oC. После опыта на алмазе остается выгравленный рисунок без усиления трещиноватости кристалла алмаза.

Пример 2. Процесс осуществляют как в примере 1, только температуру повышают с 400 до 900^oC, а после травления понижают с 950 до 400^oC со скоростью 25^oC/мин. После опыта наблюдается некоторое расширение трещин в алмазе.

Пример 3. На октаэдрическую грань сдвойникованного алмаза с включениями наносят линию раствором, содержащим 6% хлористого никеля. Кристалл нагревают до 400^oC и затем температуру повышают со скоростью 10^oC/мин до 950^oC. Обработку ведут в азотводородной среде (2:1), увлажненной водяным паром при 20^oC. Охлаждение проводят со скоростью 10^oC/мин до 400^oC. При этом на алмазе остается вытравленная линия, а включения, находящиеся в алмазе, не меняют своих размеров и новые трещины вокруг них не возникают.

Пример 4. На кристалл алмаза наносят линию смесью, содержащей 5% H₂PtCl₆. Кристалл нагревают до 400^oC и затем температуру повышают со скоростью 5^oC/мин до 1450^oC. Обработку ведут во влажном водороде. Охлаждение проводят со скоростью 5^oC/мин до 400^oC. При этом на алмазе остается вытравленная линия, однако вследствие высокой длительности процесса края ее несколько размыты.

Указанные особенности изобретения представляют его отличия от прототипа и обуславливают новизну предложения. Эти отличия являются существенными, поскольку именно они обеспечивают создание положительного эффекта, отраженного в цели предложения, и отсутствуют известные технические решения с таким же эффектом.

Литература
1. Епифанов В.И., Песина А.Я., Зыков Л.В. Технология обработки алмазов в бриллианты. -М.: Высшая школа, 1987, 335 с.

2. Григорьев А. П. , Лифшиц С.Х, Шамаев П.П. Патент США N 4339304, кл. 51-206, 1985.

3. Орлов Ю.Л. Минералогия алмаза. -М.: Наука, 1973, 223 с.

Изобретение относится к обработке алмазов, а именно к нанесению несмываемой линии на алмаз. Техническим результатом изобретения является сохранение качества алмаза в процессе его обработки. На алмаз наносят линию, содержащую ионы или атомы металла, растворяющего углерод алмаза при 600-1600^oC. Затем алмаз травят в среде газа, реагирующего с растворенным в металле углеродом, но не реагирующим с алмазом. Сохранение качества алмаза достигают нагревом его с 400^oC до температуры обработки и охлаждением до 400^oC со скоростью 10-20^oС/мин. 3 з.п.ф-лы.

1. Способ обработки алмаза нанесением несмываемой линии на алмаз, включающий нанесение на поверхность кристалла линии, содержащей ионы или атомы металла, растворяющего углерод алмаза при 600 - 1600^oC, и последующее травление алмаза при указанной температуре в среде газа, реагирующего с растворенным в металле углеродом, но не реагирующего непосредственно с самим алмазом, отличающийся тем, что сохранение качества алмаза достигают нагревом его с 400^oC до температуры обработки и охлаждением до 400^oC со скоростью 10 - 20^oC/мин. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что линию из тонкодисперсного металла наносят на алмаз напылением металла в вакууме. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что линию из тонкодисперсного металла наносят на алмаз в виде суспензии. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что линию из тонкодисперсного металла наносят на алмаз в виде раствора соли соответствующего металла.