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DE1176623B - Verfahren zur Herstellung von Diamantkristallen - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von Diamantkristallen

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Publication number
DE1176623B
DE1176623B DENDAT1176623D DE1176623DA DE1176623B DE 1176623 B DE1176623 B DE 1176623B DE NDAT1176623 D DENDAT1176623 D DE NDAT1176623D DE 1176623D A DE1176623D A DE 1176623DA DE 1176623 B DE1176623 B DE 1176623B
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DE
Germany
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temperature
diamond
pressure
area
alloy
Prior art date
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Pending
Application number
DENDAT1176623D
Other languages
English (en)
Inventor
Royal Oak Mich. Harold Paul Bovenkerk (V. .St. A.)
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
General Electric Co
Original Assignee
General Electric Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Publication date
Publication of DE1176623B publication Critical patent/DE1176623B/de
Pending legal-status Critical Current

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Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND
DEUTSCHES
PATENTAMT
AUSLEGESCHRIFT
Internat. Kl.: COIb
-31/06 .-
Deutsche KI.: 12 i-31/06
Nummer: 1176 623
Aktenzeichen: G 31015 IVa/12 i
Anmeldetag: 26. November 1960
Auslegetag: 27. August 1964
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Diamantkristallen, bei dem nichtdiamantförmiger Kohlenstoff zusammen mit einem Metall oder einer Legierung im Zustandsdiagramm von Kohlenstoff oberhalb der Graphit-Diamant-Gleichgewichtslinie liegenden Drücken und Temperaturen unterworfen wird.
Bekanntlich muß man bei der Herstellung von Diamanten kohlenstoffhaltiges Material in Gegenwart eines Metalls, beispielsweise Chrom, Mangan, Eisen, Kobalt, Nickel, Ruthenium, Rhodium, Palladium, Osmium, Iridium, Platin oder Tantal, Druck- und Temperaturbedingungen aussetzen, die im diamantstabilen Gebiet des Zustandsdiagramms von Kohlenstoff liegen. Es können auch Metallegierungen verwendet werden, die den Vorteil haben, daß zur Gewinnung von Diamanten etwas niedrigere Drücke erforderlich sind. Man weiß heute, daß es für die verwendbaren Metalle und Legierungen im Zustandsdiagramm von Kohlenstoff einen Diamantbildungsbereich gibt, der von der Graphit-Diamant-Gleichgewichtslinie und der diese Linie schneidenden Schmelzpunktkurve des Metall- bzw. Legierung-Kohlenstoff- Eutektikums begrenzt ist. Innerhalb des für jedes Metall oder jede Legierung festliegenden Diamantbildungsbereiches gibt es einen sogenannten kubischen Bereich, in dem im wesentlichen vorwiegend kubische Diamantkristalle gebildet werden. Der kubische Bereich umfaßt im wesentlichen den niedrigsten Temperaturbereich des für jedes Metall oder jede Legierung im Zustanddiagramm von Kohlenstoff festgelegten Diamantbildungsbereichs. Normalerweise sind kubische Diamantkristalle unerwünscht, da sie keine besondere hohe Festkeit besitzen.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, bei dem das Wachstum der Diamantkristalle so gesteuert wird, daß größere, einwandfreie Diamanten entstehen.
Es hat sich herausgestellt, daß es zur Herstellung größerer Diamantkristalle nicht ausreicht, wenn man innerhalb des für jedes Metall und jede Legierung festgelegten Diamantbildungsbereiches liegende Druck- und Temperaturbedingungen anwendet. Man muß vielmehr darüber hinaus eine sehr genaue Temperaturregelung vornehmen, um Diamanten nicht nur besserer Qualität, sondern auch größerer Abmessung herzustellen. Man hat herausgefunden, daß eine Änderung der Bedingungen im Reaktionsgefäß, die im Vergleich zum Druck- und Temperaturbereich, in dem günstige Ergebnisse erzielt werden, klein ist, einen viel größeren Einfluß auf die Diamantreaktion hat, als (bisher angenommen wurde.
Verfahren zur Herstellung von Diamantkristallen.
Anmelder:
Genera] Electric Company, Schnenectady, N. Y.
(V. St. A.)
Vertreter:
Dipl.-Ing. M. Licht,
München 2. Sendlinger Str. 55,
und Dr. R. Schmidt, Oppenau (Renchtal),
Patentanwälte
Als Erfinder benannt:
Harold Paul Bovenkerk, Royal Oak, Mich.
(V. St. A.)
Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 27. November 1959
(855 787)
Diese Änderungen der Bedingungen beziehen sich nicht nur auf die Temperatur, sondern auch auf den Druck. Beide ändern sich während der Reaktion, da sich die inneren Bedingungen ändern. Nach dem Erreichen der gewünschten Temperaturen und während dieser dehnen sich manche Teile der Vorrichtung aus, während wiederum andere unter entsprechender Verringerung oder Erhöhung ihres Volumens schmelzen. Beispielsweise wird das Volumen von Pyrophillit wegen einer Phasenänderung kleiner, und das Volumen eines Metalls wird beim Schmelzen größer. Auch wird durch den Druck das Reaktionsgefäß und der Inhalt des Reaktionsgefäßes zusammengedrückt, da die Poren gefüllt werden und die verwendeten Teile eine bestimmte Kompressibilität haben. Diese Druckänderungen ergeben wiederum Änderungen in den Wirkungen der verwendeten Temperatur, da ja die Reaktion immer von einer Wechselbeziehung der Drücke und Temperaturen abhängt. Wird weiterhin die Reaktionsmasse durch elektrische Widerstandsheizung unmittelbar beheizt, indem durch die im Reaktionsgefäß befindliche Reaktionsmasse elektrischer Strom hindurchgeschickt wird, so treten folgende Erscheinungen auf:
Werden der Druck und die Temperatur erhöht und der durch eine entsprechende Katalysatorkurve bestimmte Diamantbildungsbereich erreicht, dann erfolgt die Umwandlung von nichtdiamantförmigem
409 658/389
Kohlenstoff zu Diamant. Der spezifische elektrische Widerstand der Füllung ändert sich dadurch jedoch sehr stark, wenn mehr und mehr elektrisch leitender Kohlenstoff in elektrisch nichtleitenden Diamant übergeht. Die Endtemperatur oder die Widerstandsheizung hängt also unter anderem vom Kohlenstoffvolumen, von der Gestalt und Menge der gebildeten Diamanten, von der Wachstumsgeschwindigkeit und von der Lage der im Reaktionsgefäß gebildeten Kristalle, von durch die Temperatur bedingten Widerstandsänderungen und anderen Variablen ab.
Wie sich herausgestellt hat, ist eine genaue Temperaturregelung genauso wichtig, wie die Druckregelung, und die Qualität und Größe der Diamanten können tatsächlich durch Regelung der Temperatur beeinflußt werden.
Beim Verfahren nach der Erfindung zum Erzeugen von Diamantkristallen, bei dem nichtdiamantförmiger Kohlenstoff zusammen mit einem Metall oder einer Legierung im Zustandsdiagramm von Kohlenstoff oberhalb der Graphit-Diamant-Gleichgewichtslinie liegenden Drücken und Temperaturen unterworfen wird, um aus dem nichtdiamantförmigen Kohlenstoff Diamanten zu bilden, geht man daher so vor, daß der Druck auf einen mindestens 3000 Atmosphären über dem zur Diamantbildung erforderlichen Mindestdruck und die Temperatur auf einen Wert erhöht wird, der in einem, von der Gleichgewichtslinie ausgehend, 50° C in das diamantstabile Gebiet hineinragenden Bereich, jedoch mindestens 30° C über der zur Diamantbildung erforderlichen Mindesttemperatur liegt, die Temperatur auf diesem Wert längere Zeit konstant gehalten wird, anschließend die Temperatur und der Druck verringert und die gebildeten Diamantkristalle entfernt werden.
Zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung ist ein indirekt geheiztes Reaktionsgefäß erforderlich, das besonders gut zur Durchführung einer genauen Temperaturregelung innerhalb der Füllung und während der Reaktionszeit geeignet ist. Ein derartiges Reaktionsgefäß mit indirekter Heizung ist in der deutschen Patentschrift 1136 312 näher beschrieben.
Die Erfindung wird an Hand von Zeichnungen näher beschrieben, in denen zeigt
F i g. 1 eine Schar von Kurven, von denen jede für einen bestimmten Katalysator den Diamantbildungsbereich und die Gleichgewichtslinien angibt,
F i g. 2 als Beispiel die Kurve des Diamantbildungsbereiches und die bevorzugte diamantbildende Fläche innerhalb dieses Bereiches für einen Nickel-Chrom-Katalysator und
F i g. 3 eine schematische Darstellung desselben Bereiches und derselben Fläche für vier weitere Katalysatorsysteme.
Jede der in F i g. 1 dargestellten Kurven gibt für einen bestimmten Katalysator den zur Diamantbildung erforderlichen Druck- und Temperaturbereich an. Die Kurven F, N, R, P und T in F i g. 1 beziehen sich auf Eisen, Nickel, Rhodium, Palladium und Platin. Andere Katalysatoren und Kombinationen ergeben ähnliche Kurven. Es wurde bereits früher angegeben, welche Art von Katalysatoren im allgemeinen bei der Diamantreaktion verwendet werden. Gleichgewichtskurven für andere Katalysatorkombinationen sind auch in der deutschen Auslegeschrift 1147 927 angegeben. Alle diese Bereiche wurden nicht mit absoluter oder hoher Genauigkeit bestimmt, sondern sie wurden vielmehr mit Hilfe von zahlreichen Versuchen und Hunderten von einzelnen Experimenten gefunden, die es gestatten, den Bereich anzugeben, in dem Diamanien mit einem bestimmten Katalysator entweder gebildet oder nicht gebildet werden.
Es wird darauf hingewiesen, daß die rechtsliegenden Äste der Kurven eine theoretische Trennlinie der Diamantphase und der nichtdiamantförmigen Phasen
ίο des Kohlenstoffes oder eine Graphjt-Diamant-Gleichgewichtslinie darstellen. Die Lage dieser Linie wurde mit Hilfe der in der deutschen Auslegeschrift 1 147926 beschriebenen Druck- und Temperaturmeßverfahren bestimmt. Die Temperaturmessungen wurden beispielsweise mit handelsüblichen Platin-Platin-Rhodium (10 Gewichtsprozent Rhodium, bezogen auf das Gesamtgewicht von Platin und Rhodium), Chromel-Alumel, Rhodium-Platin und anderen Thermoelementen durchgeführt. Die Verbindungsstelle wurde im allgemeinen in die Mitte des Reaktionsgefäßes gelegt, und die Zuführungsdrähte wurden auf gegenüberliegenden Seiten durch sorgfältig in das Reaktionsgefäß eingearbeitete Bohrungen und dann durch Bohrungen in der Dichtung zum Meßgerät geführt.
Es hat sich herausgestellt, daß die auf diese und andere Thermoelemente wirkenden hohen Drücke keinen großen Einfluß auf die Meßwerte haben.
Man weiß heute, daß bei der Bildung von Diamanten der Katalysator etwas schmelzen oder eine feste Lösung bilden muß, bevor die Umwandlung zu Diamant stattfindet. Der unterste Teil der Kurven wird daher im allgemeinen durch den Schmelzpunkt festgelegt, den der entsprechende Katalysator in Gegenwart von Kohlenstoff bei dem gegebenen Druck hat. Der linke Teil der Kurven verläuft im allgemeinen gerade und weicht nicht zu sehr von einer senkrechten Linie ab, da die daraufliegenden Punkte durch die Schmelztemperatur bestimmt sind, welche der Katalysator in Gegenwart von Kohlenstoff bei den gegebenen Drücken hat und die ungefähr eine lineare Funktion ist.
Die Diamantbildung tritt also beispielsweise bei irgendeinem Punkt innerhalb irgendeiner Kurve von F i g. 1 ein, der im allgemeinen in der Nähe des unteren Endes der Kurve liegt, wobei durch eine kleine Änderung der Temperatur und des Druckes die Reaktionsbedingungen vom Diamantbildungsbereich in den Graphitbereich übergehen können und dadurch je nach der Änderung entweder keine Diamanten mehr gebildet werden oder bereits gebildete Diamanten teilweise zu Graphit umgewandelt werden.
In F i g. 2 ist als Beispiel ein an sich bekannter Diamantbildungsbereich für einen aus einer Legierung von 80 Gewichtsprozent Nickel und 20 Gewichtsprozent Chrom bestehenden Katalysator dargestellt. Erhöht man die Temperatur und den Druck auf einen Wert, der innerhalb der von den Kurven A und O und C und D gebildeten Fläche liegt, und hält man die Temperatur innerhalb bestimmter Grenzen von einigen Sekunden bis zu einer Stunde lang oder langer aufrecht, so entstehen kubische Diamantkristalle, die im allgemeinen eine schlechte Qualität haben und schwarz sind. Dieser Bereich wird in der Beschreibung als kubischer Bereich bezeichnet. Sowohl die obere Grenze der Fortsetzung der Linie DEC als auch der Linie OA ist unbekannt. Es sind also in F i g. 2 keine geschlossenen Kurvenzüge vorhanden, jedoch ist wohl der Ausdruck »Fläche innerhalb
einer bestimmten Kurve« in diesem Zusammenhang verständlich.
Wird die Temperatur weiter auf einen innerhalb der Kurve FEC liegenden Wert erhöht, dann erfolgt, wie sich bei vielen von wenigen Sekunden bis zu einer Stunde oder langer dauernden Versuchen herausgestellt hat, das Diamantwachstum sehr schnell, und auch die Diamantausbeute ist sehr groß, jedoch sind die einzelnen Kristalle im allgemeinen klein und von schlechter Qualität, obwohl die Qualität etwas verbessert werden kann, wenn man sich in dieser Fläche weiter nach rechts bewegt.
Es hat sich nun überraschenderweise herausgestellt, daß entlang der Linie DB sich ein Bereich befindet, in dem bei genauer Temperatur- und Zeitregelung außerordentlich große Kristalle von ausgezeichneter Qualität gebildet werden, in dem aber die Diamantbildung beträchtlich langsamer erfolgt. Für den angeführten Katalysator liegt dieser Bereich, der in F i g. 2 durch die schriffierte Fläche dargestellt ist, entlang der Linie DB gerade innerhalb des Diamantbildungsbereiches. Man ist daher bestrebt, die Druck- und Temperaturbedingungen oberhalb des kubischen Bereiches in der Nähe der Linie DB innerhalb der von den Kurven DEEF und DB liegenden Fläche zu halten. Die ischraffierte Fläche hat eine Breite von ungefähr 50° C.
Die oberhalb des kubischen Bereiches und gerade innerhalb der Kurve DB liegenden Fläche ist also gut bestimmt. Jedoch ist es in der Praxis außerordentlich schwierig, die Temperatur innerhalb dieser Fläche zu halten, da bei dem bisher üblichen Verfahren und bei der bisher üblichen Vorrichtung sich die Temperatur in der beschriebenen Weise ändert und die Fläche so beschränkt ist, daß eine kleine Temperaturänderung Bedingungen zu Folge haben kann, die vollkommen außerhalb dieser Fläche entweder rechts oder links von der Kurve DB liegen, ohne daß es absolut sicher ist, wo jetzt die Temperatur liegt.
In der F i g. 3 ist diese entsprechende Fläche für andere Katalysatorsysteme dargestellt. Diese Darstellung ist nur schematisch, und daher sind die einzelnen Druck- und Temperaturwerte für die entsprechenden Katalysatoren nicht so genau. Sie dient zur Erläuterung der vorliegenden Erfindung.
Die Linie GH ist die Diamant-Graphit-Gleichgewichtslinie, die von den Schmelzkurven des eutektischen Graphit-Katalysator-Gemisches geschnitten wird. In der Zeichnung sind vier Katalysatorsysteme angeführt, für welche die folgenden Temperatur- und Druckmindestwerte gelten. Es ist ersichtlich, daß die Werte bei niedrigeren Temperaturen genauer sind.
Katalysator Temperatur
0C		 Druck
at
Legierung aus
30% Ni-70% Fe
Ni		 1240 ± 10
1420 ± 10
1975 ± 30
1700 ± 30		 62 000
71000
98 000
85 000
Pt
Rh
Die von der Schmelzpunktkurve und der Diamant-Graphit-Gleichgewichtslinie umschlossene Fläche bildet den Bereich, in dem Diamanten gebildet werden können. Die unmittelbar oberhalb des durch den Schnittpunkt der Katalysatorschmelzpunktkurve mit der Gleichgewichtslinie festgelegten Temperatur- und Druckmindestwertes liegende Zone ist der kubische Bereich. Entlang der Schmelzpunktkurve und innerhalb 10 bis 20c C der Mindesttemperatur verläuft die Zone der schlechtesten Qualität.
Die Zone nach der Erfindung, bei der große Kristalle von guter Qualität gebildet werden, erstreckt sich über ungefähr 50° C innerhalb der Gleichgewichtslinie und beginnt für das entsprechende Katalysatorsystem bei einem Druck, der ungefähr 3000 Atm. über dem Mindestdruck liegt, und bei einer Temperatur, die ungefähr 30° C über der Mindesttemperatur liegt. Diese Fläche ist schraffiert gezeichnet. Es wird jedoch darauf hingewiesen, daß nur der untere Teil dieser Fläche schraffiert ist. Für jeden Katalysator erstreckt sich diese Fläche zwischen der Linie IK und der Gleichgewichtslinie GH seitlich nach oben. Zur besseren Darstellung wurden diese Flächen nicht vollständig schraffiert, da die bevorzugte Fläche für einen Katalysator sich mit denselben Flächen von höher schmelzendem Katalysator überdecken würde.
Es werden nun Verfahren zur Erreichung der erfindungsgemäßen Druck-Temperatur-Fläche angegeben. Aus F i g. 2 kann man ersehen, daß die Temperatur der Vorrichtung zunächst bei Atmosphärendruck auf einen Wert in der schraffierten Fläche und anschließend der Druck so erhöht werden kann, daß der Druck-Temperatur-Punkt innerhalb des unteren Teiles der schraffierten Fläche liegt. Dieses Verfahren ist nicht besonders günstig, da sich die Erhöhung der Temperatur vor der Erhöhung des Druckes auf die Arbeitsweise der Vorrichtung auswirkt. Der Druckanstieg erfolgt nicht entlang einer senkrechten Linie, sondern der Druck und auch die Temperatur schwanken stark.
Je nach der Größe des Reaktionsgefäßes, der Temperatureinstellzeit und der gesamten Betriebszeit werden mit den folgenden Verfahren bessere Ergebnisse
4» erzielt. Wird ein kleines Reaktionsgefäß verwendet, so ist die Zeit-Temperatur-Konstante sehr klein, d. h., bei Zuführung von elektrischer Energie steigt die Temperatur außerordentlich schnell auf einen hohen Wert an und ändert sich dannnurmehrallmählich.Bei einem kleinen Reaktionsgefäß wird zunächst der Druck auf beispielsweise den in F i g. 2 angegebenen Wert P1 erhöht. Anschließend wird elektrische Energie zugeführt und die Temperatur auf einen Wert T1 erhöht. Eine Druck- und Temperaturerhöhung in dieser Größenordnung hat einen Temperaturanstieg zur Folge, der sich nicht besonders auf den Wert des Druckes Pl auswirkt. Die Temperatur sollte jedoch auf dem Schwellwert T1 aus den folgenden Gründen gehalten werden. Versucht man nämlich, die Temperatur T 2 unmittelbar zu erreichen, so ist, selbst wenn die Temperaturanstiegszeit außerordentlich klein ist, die Wahrscheinlichkeit sehr groß, daß die Temperatur über diesen Punkt hinaus erhöht wird und schließden Wert Γ 3 erreicht, der außerhalb des Diamantbildungsbereiches liegt. Ein zwischen dem Diamantbildungsbereich und dem außerhalb davon liegenden Bereich hin- und herschwankender Temperaturverlauf hat einen beträchtlichen Einfluß auf die Reaktion. Da sich außerdem nach einem sehr schnellen Temperaturanstieg die Temperatur nur mehr allmählich ändert, kann die Zeit für eine Änderung der Temperatur vom Wert Π auf den Wert Γ 2 so lang sein, daß im Reaktionsgefäß dabei im Temperatur-
bereich zwischen der Temperatur T1 und der schraffierten Fläche Diamanten gebildet werden, d. h., die Diamantenbildung setzt in einem Bereich schlechter Qualität ein, was sich auf die Qualität der anschließend im schraffierten Bereich geltenden Diamanten auswirkt.
Wird daher die Temperatur zunächst nur auf den Wert Tl gebracht, so können sich die Temperatur und der Druck im Reaktionsgefäß vor der Diamantenbildung in dem außerhalb des Diamantbildungsbereichs liegenden Bereichs einspielen. Anschließend ist dann nur eine geringe Temperaturerhöhung erforderlich, um zu dem innerhalb der schraffierten Fläche liegenden Wert Tl zu gelangen. Nachdem die Temperatur T1 erreicht worden ist und sich eingespielt hat, wird dem Reaktionsgefäß mehr Energie zugeführt, wodurch innerhalb weniger Sekunden die im schraffierten Bereich liegende Temperatur TI erreicht wird, so daß sich wegen des schnellen Temperaturanstieges zwischen der Temperatur Tl und der Temperatur Tl eventuell nur wenige Diamantenkristalle vor dem Erreichen der schraffierten Fläche bilden können. Die Temperatur kann dann zur Erzielung von größeren Diamantkristallen innerhalb von der schraffierten Fläche während eines von wenigen Minuten bis zu mehreren Stunden reichenden Zeitraumes geregelt werden.
Bei den nun im allgemeinen verwendeten größeren Reaktionsgefäßen erfolgt wegen des größeren Volumens der zeitliche Temperaturanstieg viel langsamer (beispielsweise innerhalb einer Zeit von bis zu 15 Minuten). Das Anhalten der Temperatur bei einem Wert von Tl und das anschließende Erhöhen nach der vorliegenden Erfindung ist daher schwieriger. Bei größeren Reaktionsgefäßen verwendet man daher folgendes Verfahren. Man erhöht den Druck auf den Wert Pl. Anschließend wird so viel elektrische Energie zugeführt, daß die Temperatur so schnell wie möglich ansteigt, wobei die Temperaturen Tl und Γ 2 so schnell wie möglich durchlaufen werden und schließlich beispielsweise die Temperatur T 3 erreicht wird. Dabei entstehen im Bereich zwischen Tl und Tl aus Graphit Diamanten, die jedoch ohne Rücksicht auf ihre Größe und Qualität durch Erhöhung der Temperatur auf den Wert T 3 wieder in Graphit verwandelt werden, so daß im Punkt T3 weder Diamanten gebildet werden noch Diamanten im Reaktionsgefäß vorhanden sind. Anschließend wird die Temperatur auf den Wert Tl erniedrigt und so nahe wie möglich bei der Linie OB gehalten, da ja nur hier größere Diamantenkristalle gebildet werden.
Nach dem Verfahren gemäß der Erfindung können die Ergebnisse beträchtlich verbessert werden. Mit den bekannten Verfahren können Diamantkristalle von einer Größe von unter 0,5 mm hergestellt werden. Mit dem Verfahren nach der Erfindung können Diamantkristalle hergestellt werden, die um den Faktor 4 größer sind. Die Erfindung wird nun an Hand von Beispielen näher erläutert.
Beispiel 1
Ein indirekt beheiztes Reaktionsgefäß, das in der deutschen Patentschrift 1136 312 näher beschrieben ist und einen Durchmesser von ungefähr 19 mm und eine Länge von ungefähr 25 mm hatte, wurde mit einem Katalysator aus 80 Gewichtsprozent Nickel und 20 Gewichtsprozent Chrom und mit spektroskopisch reinem Graphit gefüllt. Die Schwellwerttemperatur betrug 1250° C, der maximale Druck 72 000 Atmosphären und die maximale Temperatur 1320° C. Zur Erreichung einer Temperatur von 1250 bis 1320° C war eine Zeit von 1 bis 3 Sekunden erforderlich. Die gesamte Reaktionszeit betrug ungefähr 2 Stunden. Das aus der Presse entfernte Reaktionsgefäß enthielt drei Diamantkristalle mit einem durchschnittlichen Durchmesser von 0,5 bis 2 mm.
Beispiel 2
Das im Beispiel 1 angeführte Reaktionsgefäß wurde auch hier verwendet, und es wurde auch dasselbe Verfahren durchgeführt. Als Katalysator wurde ein Nickel-Eisen-Katalysator aus 35 Gewichtsprozent Nickel und 65 Gewichtsprozent Eisen verwendet. Der Höchstdruck betrug 66 000 Atmosphären, die Schwellwerttemperatur ungefähr 1150° C, die Höchsttemperatur ungefähr 1250° C und die Reaktionszeit 3 Stunden. Nach Entfernung des Reaktionsgefäßes aus der Presse stellte sich heraus, daß es mehrere Diamantkristalle mit einer durchschnittlichen Größe von etwas weniger als 2 mm enthielt.
2„ Beispiel 3
Verfahren, Reaktionsgefäß und Katalysator nach Beispiel 2 wurden verwendet. Die Temperatur wurde sehr schnell erhöht, damit der Diamantbildungsbereich sehr schnell durchlaufen wurde. Man ließ die Temperatur ungefähr bei 1400° C zur Ruhe kommen. Anschließend wurde die Temperatur auf ungefähr 1250° C verringert und IV2 Stunden aufrechterhalten. Das Reaktionsgefäß wurde entfernt und enthielt mehrere Diamantkristalle mit einer Größe von ungefähr 1,5 mm in der längeren Richtung.
Die Röntgenstrahlenbeugungsbilder der nach der Erfindung hergestellten Diamanten stimmten mit denjenigen von richtigen Diamanten überein. Die hergestellten Diamanten ritzten Saphir, überstanden Säurereinigungsversuche und verbrannten in Sauerstoff, wobei nur unwesentliche Überreste zurückblieben. In der vorliegenden Erfindung wurde Graphit nur als Beispiel eines kohlenstoffhaltigen Materials angeführt. Es kann natürlich irgendein kohlenstoffhaltiges Material verwendet werden, das beim Erhitzen verkohlt und Graphit bildet, bevor die Diamantbildungsreaktion stattfindet. Aus einem Ausgangsmaterial wie Kohlenstoff, Holz, Pech, Diamantglanz usw. wurden Diamanten hergestellt.

Claims (3)

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Herstellung von Diamantkristallen, bei dem nichtdiamantförmiger Kohlen- stoff zusammen mit einem Metall oder einer Legierung im Zustandsdiagramm von Kohlenstoff oberhalb der Graphit-Diamant-Gleichgewichtslinie liegenden Drücken und Temperaturen unterworfen wird, um aus dem nichtdiamantförmigen Kohlenstoff Diamanten zu bilden, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck auf einen mindestens 3000 Atmosphären über den zur Diamantbildung erforderlichen Mindestdruck und die Temperatur auf einen Wert erhöht wird, der in einem, von der Gleichgewichtslinie ausgehend, 50° C in das diamantstabile Gebiet hineinragenden Bereich, jedoch mindestens 30° C über der zur Diamantbüdung erforderlichen Mindest-
temperatur liegt, die Temperatur auf diesem Wert längere Zeit konstant gehalten wird, anschließend die Temperatur und der Druck verringert und die gebildeten Diamantkristalle entfernt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kohlenstoff und das Metall oder die Legierung bei einer nicht im Diamantbildungsbereich des gegebenen Metalls oder der gegebenen Legierung liegenden Temperaturen einem Druck unterworfen werden, der dem im Diamantbildungsbereich erforderlichen Druck entspricht, und anschließend unter Aufrechterhaltung dieses Druckes die Temperatur auf einen Wert erhöht wird, der in der Nähe, aber außerhalb des Diamantbildungsbereiches des gegebenen Metalls oder der gegebenen Legierung liegt, diese Schwellwerttemperatur zur Stabilisierung aufrechterhalten und schließlich die Temperatur auf den ausgewählten Wert erhöht wird.
10
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kohlenstoff und das Metall oder die Legierung zunächst einem Druck unterworfen werden, der dem im Diamantbildungsbereich des gegebenen Metalls oder der gegebenen Legierung erforderlichen Druck entspricht, anschließend die Temperatur auf der Temperaturkurve vom nichtdiamantbildenden Bereich über den diamantbildenden Bereich auf einen im Graphitbereich liegenden Wert erhöht wird, die Druck- und Temperaturbedingungen zur Stabilisierung in diesem Graphitbereich aufrechterhalten werden und schließlich die Temperatur so lange verringert wird, bis der ausgewählte Wert erreicht wird.
In Betracht gezogene Druckschriften:
Nature Nr. 4471 vom 9. 7. 1955, S. 51 bis 55; Nr. 4693 vom 10.10.1959, S. 1094 bis 1098.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
DENDAT1176623D 1959-11-27 Verfahren zur Herstellung von Diamantkristallen Pending DE1176623B (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US855787A US3031269A (en) 1959-11-27 1959-11-27 Method of diamond growth and apparatus therefor

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE1176623B true DE1176623B (de) 1964-08-27

Family

ID=25322060

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DENDAT1176623D Pending DE1176623B (de) 1959-11-27 Verfahren zur Herstellung von Diamantkristallen

Country Status (8)

Country Link
US (1) US3031269A (de)
BE (2) BE597127A (de)
CH (2) CH401927A (de)
DE (1) DE1176623B (de)
FR (1) FR1274254A (de)
GB (2) GB971157A (de)
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