DE1193021B - Verfahren zur Herstellung synthetischer Diamanten - Google Patents

Description

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Deutsche Kl.: 12 i-31/06

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

1193 021
G 37606IV a/12 i
26. April 1963
20. Mai 1965

Bei den bisher bekannten Verfahren zur Herstellung synthetischer Diamanten wird gewöhnlich ein kohlenstoffhaltiges Material, beispielsweise Graphit, in Gegenwart eines oder zusammen mit einem Metall oder einer Legierung sehr hohen Drücken und Temperatüren im diamantstabilen Bereich des Zustandsdiagramms von Kohlenstoff ausgesetzt.

Die zur Bildung von synthetischen Diamanten erforderlichen hohen Temperaturen haben nun ein Schmelzen, chemische Reaktionen und/oder Zer-Setzungen der das Reaktionsgemisch umgebenden Stoffe zur Folge, wodurch Fremdstoffe in das Reaktionsgemisch gelangen können, welche die Reaktion nachteilig beeinflussen. Gleichzeitig haben hohe Temperaturen in den das Reaktionsgemisch umgebenden Stoffen Schmelzvorgänge, Zersetzung und Phasenänderung zur Folge, wodurch unerwünschte Temperatur- und Druckschwankungen auftreten. Darüber hinaus nehmen die erforderlichen Metalle und Legierungen ein beträchtliches Volumen des Reaktionsgefäßes für sich in Anspruch, wodurch die bei einer gegebenen Reaktion erzeugte Diamantmenge verringert wird. Weiterhin können die Metalle und die umgebenden Stoffe an unerwünschten chemischen Reaktionen teilnehmen, oder die Metalle und die umgebenden Stoffe können Bestandteile oder Verunreinigungen enthalten, welche die Diamantbildungsreaktion beeinflussen. Auf Grund des Einflusses der hohen Temperaturen und der erforderlichen Metalle oder Legierungen ist es kaum möglich, die Eigenschaften der zu bildenden Diamanten vorauszubestimmen.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zur Umwandlung eines kohlenstoffhaltigen Materials in Diamant zu schaffen.

Diese Aufgabe wird nun durch ein Verfahren zur Herstellung synthetischer Diamanten gelöst, das dadurch gekennzeichnet ist, daß Kohlenstoff geschmolzen, der geschmolzene Kohlenstoff im diamantstabilen Druck- und Temperaturgebiet über der Gleichgewichtslinie des Zustandsdiagramms von Kohlenstoff als Diamant rekristallisiert und der Diamant gewonnen wird.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren sind also zusätzlich keine Metalle oder Legierungen mehr erforderlich, wodurch die Ausbeute beträchtlich gesteigert werden kann. Darüber hinaus können die gewünschten Eigenschaften des zu bildenden Diamants besser vorausbestimmt werden.

Bei einem nicht zum bekannten Stand der Technik gehörenden Verfahren zur direkten Umwandlung von Graphit in Diamant wird Graphit einem Druck in der Größenordnung von 110 Kilobar unterworfen und Verfahren zur Herstellung synthetischer
Diamanten

Anmelder:

General Electric Company, Schenectady, N. Y.

(V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. M. Licht,

Dipl.-Wirtsch.-Ing. A. Hansmann,

Dipl.-Phys. S. Herrmann

und Dr. R. Schmidt, Patentanwälte,

München 2, Theresienstr. 33

Als Erfinder benannt:

Francis Pettit Bundy, New York, N. Y.

(V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 2. Mai 1962 (191972) --

dem Graphit elektrische Energie zugeführt, wodurch dieser unmittelbar in Diamant umgewandelt wird. Durch die Zuführung von elektrischer Energie wird zwar die Temperatur des Graphits erhöht, der Graphit jedoch nicht geschmolzen.

Die Erfindung wird nun näher an Hand von Zeichnungen erläutert, in denen zeigt

F i g. 1 eine Ansicht einer modifizierten Gürtelapparatur, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet wird,

F i g. 2 im Schnitt eine Ansicht des in F i g. 1 dargestellten und mit einer Probe beschickten Reaktionsgefäßes,

F i g. 3 einen Querschnitt des in F i g. 2 gezeigten Reaktionsgefäßes mit den Graphitelektroden, der Beschickung und den Reaktionsgefäßteilen,

F i g. 4 einen Schnitt einer modifizierten Ausführungsform des Reaktionsgefäßes nach F i g. 2,

F i g. 5 eine schematische Darstellung der bei der Apparatur nach F i g. 1 verwendeten Schaltung und

F i g. 6 eine graphische Darstellung des Zustandsdiagramms von Kohlenstoff.

Es hat sich unerwarteterweise herausgestellt, daß eine Umwandlung eines kohlenstoffhaltigen Materials,

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3 4

beispielsweise von Graphit, in Diamant erreicht werden gebildeten Teile der Stempel haben eine axiale Länge kann, indem man Graphit sehr hohen Drücken und von ungefähr 14,2 mm. Wegen der zwei verschiedenen einer elektrischen Entladung mit gleichlaufendem Winkel ist zwischen einem Stempel und dem Matrizenschnellem Temperaturanstieg aussetzt, um ein Schmel- körper jeweils ein keilförmiger, für die Dichtung vorzen des Graphits als Ganzes zu erreichen, und an- 5 gesehener Zwischenraum vorhanden,
schließend den geschmolzenen Graphit als Diamant Eine weitere erfindungsgemäße Abänderung berekristalüsiert. zieht sich auf die Abdichtung, die mit HiKe von jeweils

Als kohlenstoffhaltiges Material wird ein nicht in einer einzigen Dichtung 19 aus Pyrophyllit erreicht

Diamantform vorliegendes Material bezeichnet, das wird. Die Dichtungen 19 zwischen den Stempeln 15

Kohlenstoff enthält und vor der Umwandlung in io und 16 und dem Matrizenkörper 11 sind keilförmig,

Diamant unter den Reaktionsbedingungen reagiert, damit sie in den vorgegebenen Zwischenraum passen

sich zersetzt oder sonstwie nicht in Diamantform vor- und haben eine solche Dicke, daß zwischen den

liegenden elementaren Kohlenstoff ergibt. Elementarer Stirnflächen 18 der Stempel ein Abstand von 1,52 mm

Kohlenstoff ist die nicht in Form einer Verbindung verbleibt.

vorliegende Form von Kohlenstoff und umfaßt 15 Zwischen den Stempelstirnflächen 18 ist ein Reamorphen Kohlenstoff, Lampenruß, Kohle, Pech, aktionsgefäß 20 angeordnet. Das Reaktionsgefäß 20 Teer usw. Als Ausgangsmaterial wird vorzugsweise enthält einen zylindrischen oder spulenförmigen Graphit wegen seiner bekannten und erwünschten Probenhalter 21 aus Pyrophyllit mit einer Mittel-Eigenschaften, beispielsweise wegen seiner Kristall- öffnung 22. In F i g. 2 sind die Teile in ihrer richtigen struktur und der Verwandschaft seiner Kristallstruktur 20 gegenseitigen Lage näher dargestellt, die in der mit einem Diamantkristall, wegen seiner Dichte, öffnung 22 angeordnet werden. Das Reaktionsgefäß 20 wegen seinem Gehalt an Verunreinigungen und wegen enthält sowohl das Probenmaterial als auch die Heizseiner verhältnismäßig leichten Umwandelbarkeit in mittel in Form eines festen geraden Kreiszylinders, Diamant, verwendet. der drei konzentrisch nebeneinanderliegende Schei-

Der Ausdruck »Rekristallisation« wird gattungs- 25 ben 23, 24 und 25 umfaßt. Die Scheibe 23 besteht aus

mäßig verwendet, um die Änderungen in einer Koh- einem größeren (drei Viertel) Segmentteil 26 aus Pyro-

lenstoff-Diamant-Umwandlung zu bezeichnen, wo phyllit und einem kleineren fein Viertel) Segmentteil 27

Kohlenstoff wenigstens zum Teil geschmolzen wird, aus zur Elektrizitätsleitung vorgesehenem Graphit,

bevor er als Diamant rekristallisiert wird. Der Aus- Die Scheibe 25 besteht aus einem größeren (drei

druck »geschmolzen« bezeichnet einen Zustand, in dem 30 Viertel) Segmentteil 28 aus Pyrophyllit und aus einem

die Substanz als Ganzes geschmolzen ist und nicht nur kleineren (ein Viertel) Segmentteil 29 aus zur Elektri-

verstreut liegende kleine Bereiche. zitätsleitung vorgesehenem Graphit. Die Scheibe 24

Es hat sich nun herausgestellt, daß bei einem besteht aus zwei auseinanderliegenden Segmentteilen

solchen Schmelz- und Rekristallisationsverfahren 30 und 31 (nicht gezeigt) aus Pyrophyllit, zwischen

weder die speziellen Metallkatalysatoren erforderlich 35 denen eine stab- oder riegeiförmige Graphitprobe 32

noch die Gegenwart eines Metalls nötig ist, wie in der angeordnet ist. Die Graphitprobe 32 ist ungefähr

deutschen Auslegeschrift 1 147 926 beschrieben ist. 0,50 mm dick, 0,63 mm breit und 2,03 mm lang. Jede

Eine geeignete Apparatur zur Durchführung des der Scheiben 23, 24 und 25 besitzt einen Durchmesser Verfahrens der Erfindung ist eine modifizierte Aus- von 2,03 mm und eine Dicke von 0,50 mm. In F i g. 3 führungsform der in der USA.-Patentschrift 2 941 248 40 ist das Reaktionsgefäß nach F i g. 2 im Schrägschnitt beschriebenen Vorrichtung. Diese Modifikation ist in von oben dargestellt. Es ist ersichtlich, daß ein elek-F i g. 1 dargestellt. Die Apparatur 10 enthält einen trischer Stromkreis von der Graphitsegmentelektrode ringförmigen Matrizenkörper 11 mit einer öffnung 12, 27 ausgehend über die Probe 32 zur Graphitsegmentdie von der Mitte nach beiden Seiten konisch nach elektrode 29 vorhanden ist, der zur elektrischen Wideraußen verläuft. Der Matrizenkörper 11 ist zur Er- 45 Standsheizung der Probe 32 dient,
höhung der Festigkeit von Ringen aus hartem Stahl In F i g. 4 ist eine Modifikation des Reaktions-(nicht gezeigt) umschlossen. Ein Material, aus welchem gefäßes 20 gezeigt. Das Reaktionsgefäß 33 nach der Matrizenkörper 11 hergestellt werden kann, ist F i g. 4 enthält zwei Graphitscheiben 34 und 35 mit ein aus Wolframcarbid und Kobalt bestehendes Hart- einer Dicke von ungefähr 0,25 mm, die als Graphitmetall. Die modifizierte Ausführungsform des Ma- 50 elektroden für elektrische Widerstandsheizung dienen, trizenkörpers 11 besitzt konische Oberflächen 13, die Ein dazwischen angeordneter Pyrophyllitzylinder 36 einen Winkel von ungefähr 52,2° mit der Waage- besitzt eine gleichachsige Mittelöffnung 37, die zur rechten einschließen, und eine im allgemeinen recht- Aufnahme der Probe 38 dient. Die Probe 38 hat die winklige kreisförmige zylindrische Kammer 14 mit Form eines Graphitzylinders mit einem Durchmesser einem Durchmesser von 5,08 mm. 55 von 0,76 mm und einer Länge von 1,02 mm.

Konzentrisch zur öffnung 12 sind zwei gegenüber- Die gezeigte Apparatur 10 wird zwischen die Preßliegende konische Stempel 15 und 16 angeordnet, tische einer geeigneten Presse gebracht, durch welche deren Basisteil einen Außendurchmesser von ungefähr die Stempel 15 und 16 aufeinander zu bewegt werden, 250 mm aufweist. Die Stempel 15 und 16 bilden zu- so daß das Reaktionsgefäß zusammengepreßt und die sammen mit dem Matrizenkörper 11 eine Reaktions- 60 Probe 32 bzw. 38 hohen Drücken ausgesetzt wird, kammer. Auch die Stempel sind zur Erhöhung der Man eicht die Apparatur für hohe Drücke mit dem Festigkeit von aus hartem Stahl bestehenden Ringen üblichen Verfahren, bei welchem bestimmte Metalle (nicht gezeigt) umgeben. Ein für die Stempel 15 und 16 bekannten Drücken ausgesetzt werden, bei denen ein geeignetes Material ist ein aus Wolframcarbid und das elektrische Verhalten dieser Metalle beeinflussen-Kobalt bestehendes Hartmetall. Die modifizierten 65 der Phasenübergang stattfindet. Wird beispielsweise Stempel besitzen konische Seitenflächen 17, die einen Eisen zusammengepreßt, dann tritt bei einem Druck Winkel von 60° einschließen, und Stirnflächen mit von ungefähr 130 Kilobar eine bestimmte reversible einem Durchmesser von 3,81 mm. Die konisch aus- Änderung des elektrischen Widerstandes auf. Bei der

Eichung der Apparatur bedeutet also eine Widerstandsänderung im Eisen einen Druck von 130 Kilobar. In der folgenden Tabelle sind die Metalle angeführt, die zur Eichung der beschriebenen Gürtelapparatur verwendet wurden.

Tabelle 1

Metall

*Wismut I ..

Thallium ..

Caesium ..
*Barium I...
♦Wismut III

Eisen

Barium II..

Blei

Rubidium..

Übergang Druck in Kilobar

25

37

42

59

89

130

141

161

193

*) Da einige Metalle mit ansteigendem Druck mehrere Übergänge aufweisen, sind die verwendeten Übergänge mit römischen Ziffern bezeichnet.

geschlossen werden und dadurch der aufgeladene Kondensator 42 über die Probe 32 im Rekationsgefäß 20 entladen werden. In bezug auf den kalten, von Stoffen wie Pyrophyllit, Magnesiumoxyd (MgO) und Bornitrid (BN) umgebenen Graphit durchgeführte thermodynamische Berechnungen unter Zugrundelegung gewöhnlicher Werte der Wärmeleitfähigkeit und Wärmekapazität ergeben eine Abkühldauer auf die halbe Temperatur in der Mitte der Graphitprobe

ίο im Reaktionsgefäß nach F i g. 2 von ungefähr 0,015 Sekunden. Die beschriebene elektrische Schaltung führt die erforderliche Heizenergie in ungefähr 0,001 bis 0,004 Sekunden zu.
Am zweckmäßigsten beobachtet man das Verhalten einer elektrisch leitenden Probe durch Messung des elektrischen Widerstandes der Probe. Bekanntlich wird Graphit als elektrischer Leiter angesehen, während Diamant als elektrischer Isolator betrachtet wird. Im vorliegenden Falle ist die Graphitprobe 32

ao ein Verbindungsglied in der beschriebenen Schaltung und die Umwandlung von Graphit in Diamant wird daher durch ein Ansteigen des Widerstandes und/oder durch einen einem geöffneten Stromkreis entsprechenden Zustand angezeigt. Es wird daher ein Kelvinbrückenohmmeter 50 zwischen den oberen Stempel 15 und den unteren Stempel 16 geschaltet, um den Widerstand des Reaktionsgefäßes oder der Probe 32 zu messen.
Zur graphischen Darstellung der Spannung und des

Eine ausführlichere Beschreibung der zur Bestimmung der obigen Übergangswerte verwendeten Verfahren findet sich in den folgenden Veröffentlichungen:
Calibration Techniques in Ultra High Pressures, 30 durch die Probe 32 hindurchgehenden Stromes enthält

die Schaltung 41 daher einen Oszillographen 51, der durch die Leitung 52 (für das Spannungssignal E) mit dem unteren Stempel 16 und durch die Leitung 53 (für das Stromsignal Et) mit der Leitung 43 zwischen dem Schalter 44 und dem Widerstand 45 verbunden ist. Der Oszillograph 51 besitzt eine Erdungsleitung· 40. Die Erdung 46 der Schaltung 41 erfolgt zwischen der Probe 32 und dem Stromwiderstand 45, so daß die E- und die i?i-Signale zum Oszillographen eine gemein-

F. P. Bundy, Journal of Engineering for Industry, Mai, 1961; S. Baichan und H. G. D r i c k a m e r, Review of Scientific Instruments, Vol. 32, Nr. 3, S. 308 bis 313, März 1961. Durch Verwendung der elektrischen Widerstandsänderungen der angeführten Metalle kann eine Presse so geeicht werden, daß der ungefähre Druck im Reaktionsgefäß angegeben werden kann.

Die Graphitprobe 32 bzw. 38 wird mit Hilfe elektrischer Widerstandsheizung hohen Temperaturen 40 same Erde haben. Der Oszillograph 51 besitzt ein unterworfen. Die Aufheizung kann durch eine durch Aufzeichnungsintervall, welches der Entladezeit entdie Probe hindurchgehende schnelle Stromentladung spricht, wobei 0 bis 5 und 0 bis 10 Millisekunden für erfolgen. Durch Zuleitungen 39 und 40 sind die die Beispiele der Erfindung verwendet wurden. Das Stempel 15 und 16 an eine Stromquelle (nicht gezeigt) Oszillogramm wurde durch eine Polaroidkamera angeschlossen, so daß beispielsweise eine Stroment- 45 photographiert, die vor dem Bildschirm befestigt war. ladung vom Stempel 15 ausgehend über die Graphit- Zum Erzeugen eines Triggersignals für den Oszillo-

elektrode 27, die Probe 32 und die Graphitelektrode 29 zum Stempel 16 erfolgen kann.

Als Stromquelle kann eine Kondensatorentladeschaltung verwendet werden, wobei die Entladung 50 1 Mirkofarad in eine von der einen Seite der Drosselüber die Apparatur 10 durchgeführt und die Spannung, spule 48 zum Oszillographen 51 führende Leitung 55 der Strom und der Widerstand der Probe oszillo- eingeschaltet. Ein weiterer Kondensator 54' mit einer graphisch gemessen werden. Die in F i g. 5 gezeigte Kapazität von 1 Mikrofarad wird zwischen die Schaltung 41 enthält eine als Kondensator 42 dar- Erdung 40 und die andere Seite der Drosselspule 48 gestellte Elektrolytkondensatorreihe mit einer Kapa- 55 eingeschaltet. Das Ablenkkippsignal entspricht also zität von ungefähr 85 000 Mikrofarad. Der Konden- ungefähr dem Spannungsabfall an der Drosselspule 48. sator 42 kann auf 120 Volt aufgeladen werden. Dei Für den beabsichtigten Zweck sind natürlich auch eine Pol des Kondensators 42 ist durch eine Leitung 43 noch viele andere Anordnungen möglich. Beispielsüber einen Schalter 44 und einen induktivitätsfreien weise können mehrere Oszillographen verwendet Stromwiderstand 45 von 0,00193 Ohm mit dem oberen 60 werden oder, falls keine Messungen eiforderlich sind, Stempel 15 verbunden. Der Widerstand 45 ist über die kann der Oszillograph und die dazugehörige Schaltung Leitung 46 geerdet. Der andere Pol des Kondensators weggelassen werden.

42 ist durch die Leitung 47 über eine Drosselspule 48 Der Temperaturanstieg in der Probe wird durch

mit einer Induktivität von 25 Mikrohenry und einem Berechnung bestimmt, da es keine Instrumente gibt, Widerstand von 0,0058 Ohm mit dem Stempel 16 ver- 65 mit denen so hohe Temperaturen innerhalb so kurzer

graphen 51 können verschiedene Anordnungen verwendet werden. Bei einer zweckdienlichen Schaltung wird ein Kondensator 54 mit einer Kapazität von

bunden. Der Kondensator 42 wird von einer geeigneten Stromquelle 49 (nicht gezeigt) aufgeladen. Nach dem Aufladen des Kondensators 42 kann der Schalter 44

Zeitspannen mit ausreichender Genauigkeit gemessen werden können. Die Temperaturberechnungen basieren teilweise auf den innerhalb eines weiten Temperatur-

ι ι y^ uz ι

7 8

bereiches bekannten Werten der spezifischen Wärme des flüssigen Kohlenstoffes schmilzt und die Drücke

von Graphit. und Temperaturen unmittelbar zum diamantstabilen

Aus den aus dem Oszillogramm ersichtlichen Bereich D ändert, der geschmolzene Kohlenstoff als

Spannungs- und Stromwerten kann durch Multipli- Diamant lekristallisiert.

kation die zu jedem Zeitpunkt zugeführte Leistung 5 Wegen der unmittelbaren Umwandlung von Graphit berechnet werden. Man kann also eine Kurve zeichnen, zu Diamant ist das Schmelzen oberhalb des Tripelaus welcher die der Probe zugeführte Leistung in punktes Tl schwieriger festzustellen. Nach einem nicht Kilowatt in Abhängigkeit von der Zeit darge- zum bekannten Stand der Technik gehörenden Verstellt ist. fahren zur Umwandlung von Graphit in Diamant

Multipliziert man die in Kilowatt ausgedrückte zu- io wird eine Graphitprobe über der Graphit-Diamantgeführte Leistung mit der in Millisekunden ausge- Gleichgewichtslinie des Zustandsdiagramms von Koh-/drückten Zeit, dann erhält man die der Probe zugeführte lenstoff liegenden Drücken ausgesetzt. Die Graphit-Energie in Joule. probe wird auch einer Energiezufuhr ausgesetzt, bei-

Bei der Berechnung der in der Probe erreichten Tem- spielsweise durch Entladung eines Kondensators, die peratur muß man verschiedene Verluste durch Kor- 15 ausreicht, um den Graphit in Diamant umzuwandeln, rekturen berücksichtigen. Diese Korrekturen sind: Für die in der Probe bei der Umwandlung vorhandeil) die in den Endbereichen der Elektroden erzeugte nen Temperaturen wurden Werte in der Größen-Wärme, beispielsweise zwischen dem Eingang an Ordnung von 3000 bis 3200° C errechnet. Es werden einer der Elektroden 27 oder 29 und der Probe (da Drücke von wenigstens ungefähr 120 Kilobar verdie Stoffe und Querschnittsänderungen bekannt sind, 20 wendet. Die Umwandlung in Diamant läßt sich grakann dieser Wärmeverlust berechnet werden), (2) die phisch als Anstieg der Widerstandskurve nach Un-Wärmeleitungsverluste zu den Wänden des Reaktions- endlich darstellen, da Graphit ein Widerstandselement gefäßes (durch Durchführung von Versuchen in Re- im Kondensatorentladekreis ist und beim Umwandeln aktionsgefäßen mit aus anderen Stoffen bestehenden in Diamant nicht-leitend wird. Ein Vergleich der Wandungen, bei welchen die Abkühlzeit gemessen 25 Widerstandskurve beim Herstellen von Diamant und wird, kann der Wärmeverlust unter Zugrundelegung beim Schmelzen von Graphit ergibt, daß die Umwandder bekannten Graphitschmelztemperatur für eine lung in Diamant vonstatten geht, bevor irgendein gegebene Reaktionsgefäßanordnung festgestellt wer- Lösen oder Schmelzen im ganzen auftritt. Bei dem den) und (3) der elektrische Stromverlust durch die bei erwähnten Verfahren erhält man bei Verwendung höherer Temperatur besser leitenden Wände (der 30 eines Bor enthaltenden Graphits einen Diamanent, der durch Durchführung von Versuchen in Reaktions- elektrisch leitend ist, wodurch der Probe nach Umgefäßen mit aus verschiedenen Stoffen bestehenden Wandlung des Graphits weiter Energie zugeführt wird Wänden und durch Vergleich der Ergebnisse ermittelt und diese daher weiter aufgeheizt wird. Es wurden werden kann). Auf Grund dieser wichtigeren Korrek- daher mehrere Graphitproben über ungefähr dem turfaktoren können die Temperaturwerte bis zu ± 10 % 35 Tripelpunkt Tl liegenden Temperaturen ausgesetzt schwanken. und mehr als zum Schmelzen des Graphits erforder-

Unter Bezugnahme auf F i g. 4 wird nun näher auf liehe Energie zugeführt. Beim verwendeten Graphit

die bei der Reaktion auftretenden Drücke und Tem- handelt es sich um B344-Graphit mit einem Gehalt

peraturen eingegangen. In F i g. 6 ist ein an sich be- von ungefähr 0,2 bis 0,3 Gewichtsprozent Borcarbid,

kanntes Zustandsdiagramm von Kohlenstoff gezeigt, 4° Die in pulverförmiger Form liegenden Ausgangsstoffe

wobei auf der Ordinate der Druck in Kilobar und auf werden gemischt, verpreßt und bei ungefähr 1500 bis

der Abszisse die Temperatur in Grad Kelvin auf ge- 2000° C gebrannt. Die endgültige Dichte dieses

tragen ist. Als Druckmaßeinheit wird in der Beschiei- Graphits beträgt ungefähr 1,7 bis 1,8 g/cm³. Eine

bung die Einheit Bar verwendet. Ein Kilobar ist gleich solche Graphitprobe und ähnliche Graphitscheiben 34

10* Dyn/cm^a. Ein Kilobar entspricht 1020 kg/cm² oder 45 und 35 wurden im Reaktionsgefäß nach F i g. 4 ver-

987 Atmosphären. wendet und in die Gürtelapparatur 10 nach F i g. 1

Die Graphit-Diamant-Gleichgewichtslinie zwischen eingebracht. Der Teil 36 bestand aus Thoriumoxyd

dem graphitstabilen Gebiet G und dem diamantstabi- ThO₂. Die Apparatur 10 wurde dann zwischen den

len Gebiet D ist mit E bezeichnet. Preßtischen einer hydraulischen Presse mit einer

Wichtig in diesem Diagramm sind die Kohlenstoff- 50 Leistung von 3001 gebracht und das Reaktionsgefäß 33 Schmelzlinien Sl und 5*2. Die Linie Sl beginnt bei so zusammengepreßt, daß der Druck in der Graphitungefähr 4050⁰K und steigt zu einem Punkt Tl an, probe 38 auf einen Wert von ungefähr 140 Kilobar der als Tripelpunkt bekannt ist, bei welchem die feste, anstieg, der im allgemeinen über dem Eisenübergangsflüssige und dampfförmige Phase des Kohlenstoffs im eichpunkt liegt. Der Druck kann weiter schnell oder Gleichgewicht and. Der Punkt Tl legt zusammen mit 55 langsam ohne Änderungen des Endergebnisses erhöht den Linien SQ und Sl Gebiete G, L und V fest. Im werden und auch konstant bleiben. Bei diesem als Gebiet G liegt Kohlenstoff im festen, im Gebiet L im Beispiel angeführten Verfahren war der Druckanstieg fiüssigen und im Gebiet V im dampfförmigen Aggre- in ungefähr 3 Minuten beendet,
gatszustand vor. Das Gebiet V ist dabei in der Zeich- Nach Beendigung des Druckanstieges und nach ming übertrieben gezeichnet, damit es dargestellt 60 Aufladung der Schaltung 41 wurde der Schalter 44 gewerden kann. Vom Punkt Tl steigt die Linie Sl an- schlossen, um eine Ladung von 0,085 Farad bei unschließend zu einem weiteren Punkt Tl an, der auf gefähr 26 Volt durch die Probe zu entladen. Nach der Gleichgewichtslinie E liegt. Aus F i g. 6 ist ersieht- Entladung der Schaltung wurde aus der Spannungslich, daß Kohlenstoff mit Vorliebe in Form von und Stromkurve die Widerstandskurve berechnet, die Diamant vorliegt, wenn man über der Gleichge- 65 wie im üblichen Fall eine die Umwandlung in Diamant wichtslinie E im diamantstabilen Gebiet D liegende anzeigenden Widerstandsanstieg, jedoch anschließend Drücke und Temperaturen erreicht. Es hat sich daher dann eine ausgeprägte auf das Schmelzen des Graphits herausgestellt, daß, wenn man Graphit im Gebiet L zurückzuführende Widerstandsabnahme und schließ-

lieh wieder einen Anstieg zeigte, der auf die Rekristallisation des Graphits als Diamant zurückzuführen ist.

Nach Entfernung des Reaktionsgefäßes 33 aus der Apparatur 10 wurde die Probe 38 näher untersucht. Die Probe 38 hatte ihre zylindrische Form beibehalten und bestand aus einer großen Anzahl von sehr kleinen Diamantkristalliten. Es wurde festgestellt, daß die Probe eine um einen dunklen Kern angeordnete Schale aus gräulichweißen Diamantkristallen enthielt. Durch Röntgenstrahlenuntersuchungen wurde festgestellt, daß sowohl im Kern als auch in der Schale Diamant vorhanden war. Das Vorhandensein von Diamanten wurde durch weitere Untersuchungen bestätigt, bei welchen die Probe in einer erwärmten Mischung aus konzentrierter Schwefelsäure (H₂SO₄) und Kaliumnitrat (KNO₃) gereinigt und die Probe Kratzversuchen und Auftriebsversuchen unterworfen wurde.

Bei der Durchführung des Verfahrens wurde ein Druck von 145 Kilobar verwendet. Ein bei ungefähr 8 bis 10 Joule auftretender Anstieg im elektrischen Widerstand zeigt die Umwandlung in Diamant an. Ein weiteres Beispiel mit weniger Energiezufuhr bekräftigte diese Beziehung zwischen Widerstand und zugeführter Energie und ergab einen festen zylindrisehen Diamantpressling von schwarzer Farbe. Nach der Diamantumwandlung deutet ein Widerstandsabfall im Bereich von ungefähr 10 bis 16 Joule darauf hin, daß der Kern der Probe schmilzt. Der Widerstand von geschmolzenem Kohlenstoff ist geringer als der von in fester Form vorliegendem Kohlenstoff. Bei dieser Probe bildete sich auch Diamant in den Endscheiben 34 und 35, die auch aus Graphit B 344 bestanden, wodurch der weitere Stromdurchfluß nach dem mittleren und heißeren Teil der Probe verlagert wurde, der dann in geschmolzenen Kohlenstoff übergeführt wurde. Der umgebende Teil schmolz nicht, was teilweise darauf zurückzuführen ist, daß Wärme durch die Wände abgeleitet wird. Mit Verringerung der Energiezufuhr kühlt sich die Probe ab. Da der Druck im diamantstabilen Gebiet gehalten wird, 10.

rekristallisiert der geschmolzene Kohlenstoff als Diamant. Am Ende der Energiezufuhr (und obwohl der numerische Wert dann ungefähr 30 Joule ist), ist die ß-Energiezufuhr auf einen solchen Betrag abgefallen, daß die Kühlgeschwindigkeit die Heizgeschwindigkeit übersteigt. Die Temperaturbedingungen haben sich daher über die LinieS2 (Fig. 6) in das diamantstabile Gebiet bewegt, wo der geschmolzene Kohlenstoff als Diamant rekristallisiert. Wie beschrieben, enthält die Probe eine äußere Schale aus grauweißem Diamant und einen inneren Kern aus Graphit und schwarzem Diamant.

Ein zum obigen Beispiel durchgeführter Parallelversuch unter Anwendung einer geringeren Energiezufuhr und unter Verwendung von spektroskopischem Graphit für die Scheibe 34 und 35 ergab Diamant in der Probe 38, die ein fester schwarzer Preßling aus Diamant mit ähnlichen Eigenschaften in allen Teilen der Probe ist.

Weitere Beispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens sind aus der folgenden Tabelle ersichtlich. Bei Verwendung des Reaktionsgefäßes nach Fig. 4 wurde für die Probe 38 und für die Abschlußscheiben 34 und 35 die gleiche Graphitart verwendet. In den Beispielen 1 bis 3 wurde das Reaktionsgefäß nach F i g. 2 und in den restlichen Beispielen das Reaktionsgefäß nach F i g. 4 verwendet. SB bedeutet Shawinigan-Rußkohlenstoff, Sp spektroskopischen Graphit, Pyro Pyrophyllit, MgO Magnesiumoxyd und ThO₂ Thoriumoxyd. Die bei diesen Beispielen verwendeten Graphitsorten können wie folgt beschrieben werden:

Spektroskopischer Stab- oder Elektrodengraphit ist eine polykristalline reine Graphitart, die speziell für Elektroden in Funkenspektreneinrichtungen für chemische Analyse verwendet wird. Diese Graphitart enthält insbesondere keine Metalle wie Eisen, Nickel, Aluminium usw. und Halbleitermetalle wie Germanium, Antimon und Wismut.

Shawinigan-Ruß ist ein amorpher Lampenrußkohlenstoff, der von der Firma Shawinigan Chemicals Limited, Shawinigan, Quebec, Kanada, erhältlich ist.

Tabelle

Bei spiel	Graphit probe	Wand material	Druck in Kilobar	Ener Volt	giezufuhr Farad
1	Sp	MgO	130+	22	0,085
2	B 344	Pyro	130	22	0,085
3 4	B 344 SB	MgO Pyro	140+ 140	25 26	0,085 0,040
5 6 7 8	SB SB B 344 B 344	Pyro ThO2 ThO2 ThO2	140 150 150 150—	20 18 20 25	0,040 0,085 0,085 0,085
9	B 344	ThO2	145	26	0,085

Ergebnisse

Fester schwarzer Diamant in der Nähe der Enden. In der geschmolzenen Mitte Mischung von Diamant und Graphit.

Fester schwarzer Diamant in der Nähe der Enden. Das Material in der geschmolzenen Mitte bestand hauptsächlich aus Diamant.

Ähnlich wie Beispiel 2.

Weißer Diamant rund um die Wände, Mischung aus Diamant und Graphit in der geschmolzenen Mittelzone.

Wie Beispiel 4.
Wie Beispiel 4.
Wie Beispiel 4.

Weißer Diamant rund um die Wände, Mischung von Diamant und Graphit in der geschmolzenen Mittelzone, schwarzer Diamant bildete sich deutlich vor den Stempelstirnflächen.

Wie Beispiel 509 570/3M

.11

Tabelle II (Fortsetzung)

Beispiel

Graphitprobe

Wandmaterial

Druck

in
Kilobar

Energiezufuhr
Volt ! Farad

Ergebnisse

B 344

B 344

Pyro

ThO₈

180

180

22

0,085

24 ! 0,085

Die behandelte Probe bestand aus einer dicken zylindrischen Deckschicht oder Schale aus weißen Diamanten mit einem kleinen ellipsoidförmigen Mittelteil, der schwarz war und Graphit und aus geschmolzenem Kohlenstoff rekristallisierten Diamant enthielt.

Dieses Beispiel stellt eine Wiederholung des Beispiels 10 hinsichtlich des verwendeten Druckes dar, weist jedoch eine größere Energiezufuhr auf. Die anfallende Probe bestand aus einer dünnen zylindrischen Schale oder einem dünnen zylindrischen Überzug aus grauweißem Diamant mit einem sehr großen ellipsoidförmigen Mittelteil, der volumenmäßig beinahe zweimal so groß ist wie der Mittelteil nach Fig. 2. Der Mittelteil enthielt sowohl Graphit als aus der Schmelze rekristallisierten Diamant. Die Größe des Mittelteils deutet darauf hin, daß der Schmelzvorgang im Beispiel 12 weitreichender war als im Beispiel 10.

Beweismittel dafür, daß in den obigen Beispielen der Graphit schmilzt und rekristallisiert, sind die Formen und Knicke der Widerstandskurven und die Energiezufuhrmenge. Bei mit geringerer Energiezufuhr durchgeführten Parallelversuchen konnte kein Schmelzvorgang durch einen Knick in der Widerstandskurve festgestellt werden, vielmehr wurde der Stromkreis unterbrochen, bevor die zum Schmelzen erforderliche Energie der Probe zugeführt war. Auch ist das Endprodukt verschieden. Beispielsweise wurde das obige Beispiel 5 mit einer Energiezufuhr bei 18 Volt wiederholt. Dabei ergab sich ein aus grauweißem Diamant zusammengesetzter Mittelteil, der von einer Graphitschale oder einem Graphitbelag umgeben war. In diesem Falle wurde Diamant aus dem Graphit im heißeren Mittelteil der Probe erzeugt. Im vorhergehenden Falle jedoch schmolz der Kern wegen der höheren Temperatur, und es fand eine Rekristallisation statt, während der äußere Teil bei der normalen Umwandlungstemperatur in grauweißen Diamant umgewandelt wurde. In allen Beispielen enthielt der Mittelteil volumenmäßig 50% und mehr Diamant.

In den obigen Beispielen wurde die Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung an Hand einer bevorzugten Apparatur und einer bevorzugten Schaltung näher erläutert. Es sind auch andere Apparaturen bekannt und erhältlich, mit denen die gegebenen Bedingungen erzielt werden können. Das heißt also Apparaturen, mit welchen Drücke im Bereich des Eisenübergangs und insbesondere Drücke von über 120 Kilobar erzeugt werden können. Auch die verwendete Schaltung kann abgeändert werden. Die Schaltung muß der Anforderung genügen, daß sie die erforderliche Energie innerhalb so kurzer Zeit liefert, daß die Wände nicht schmelzen und keine schädlichen Reaktionen auftreten können. Es wird ein Entlade-Stromkreis verwendet, so daß die Probe die erforderliche Temperatur erreicht und sich abzukühlen beginnt, bevor die umgebenden Stoffe zu viel Wärme aufgenommen haben. Mit der beschriebenen Schaltung kann der Temperaturanstieg bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens innerhalb weiter Grenzen geändert werden. Die Änderung wird durch Verwendung verschiedener Kapazität und Spannungen im Entladestromkreis erreicht. Tabelle 2 umfaßt einen Spannungsbereich von 18 bis 26 Volt, innerhalb dessen eine zeitliche Verzögerung des Temperaturanstieges von ungefähr 2 Millisekunden erzielt wird.

Erfindungsgemäß wird also geschmolzener Kohlenstoff bei hohen Temperaturen hergestellt und der geschmolzene Kohlenstoff als Diamant rekristallisiert. Bei den üblichen Kristallzüchtungsverfahren werden die besten Kristalle aus einer Schmelze gezüchtet. Bisher konnten Diamanten wegen der außerordentlich hohen Druck- und Temperaturbedingungen und einer geeigneten Apparatur nicht auf diese Weise hergestellt werden. Erst die Erfindung ermöglicht diese Herstellungsart. Sowohl Graphit als auch Diamant können als Ausgangsmaterial verwendet werden. Die Zwischenumwandlung von Graphit in Diamant kann im wesentlichen vernachlässigt werden, da die dabei gebildeten Diamanten wieder geschmolzen werden und dadurch ein reineres Endprodukt erzielt wird. Wie aus F i g. 6 ersichtlich ist, können die Druck-Temperatur-Bedingungen unmittelbar durch die Graphittripelpunktfläche ansteigen, um den Graphit zunächst zu schmelzen und dann zu Diamant zu rekristallisieren.

Das hervorstechende Merkmal des Verfahrens nach der Erfindung ist die Steuerbarkeit. Sowohl die Temperatur als auch der Druck können einzeln gesteuert werden. Beispielsweise kann bei der Durchführung des Verfahrens ein gewünschter Druck für ein gegebenes Material erzeugt und dieser Druck für verschiedene Zwecke geändert werden. Danach kann die Schaltung 41 bei vorgegebenen Spannungs- und Kapazitätswerten entladen werden. Der auf die schnelle Aufheizung zurückzuführende geringe Druckanstieg wird auf weniger als 5 bis 10 Kilobar geschätzt, und es hat sich herausgestellt, daß dadurch die Steuerung des Druckes nicht merkbar beeinflußt wird. Druck und Temperatur sind also voneinander unabhängig. Nach der Bildung von Diamant werden die Drücke so gesteuert, daß die Druck- und Temperaturbedingungen immer im diamantstabilen Gebiet über der Graphit-Diamant-Gleichgewichtslinie liegen, damit der Diamant nicht wieder zu Graphit zurückgebildet wird. Im anderen Falle würde der Diamant nämlich wieder zu

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Graphit zurückgebildet. Diese wichtige Steuermöglich- der Probe vor dem Schmelzen des Kohlenstoffes keit wird nun an Hand von F i g. 6 näher erläutert. günstigere Bedingungen zu schaffen. Insbesondere Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Ver- kann auch der Rückweg aus einem Umwandlungsfahrens kann der Druck über die Graphit-Diamant- gebiet genau festgelegt und verfolgt werden. Beispiels-Gleichgewichtslinie E erhöht und die Schaltung 41 5 weise kann nach dem Schmelzen von Kohlenstoff, falls entladen werden. Der Temperaturanstieg übersteigt die Drücke nicht auf einem sehr hohen Wert gehalten den Schmelzpunkt von Graphit oder Diamant bei den werden, die Temperatur entlang einer Kurve abnehmen, gegebenen Drücken. Wird nun aber der Druck wegen welche in das Graphitgebiet unter dem Punkt T2 des Schmelzens oder mangelnder Steuerung verringert, hineinläuft, so daß Graphit als Endprodukt gebildet dann kann der Abkühlungsweg über die Linie Sl in io wird. Die Steuerung ermöglicht also eine gleichmäßige den Bereich G führen, so daß in diesem Falle nur oder stufenweise Erhöhung der Temperatur und des Graphit gewonnen wird. Wenn die Druck- und Druckes, so daß man, ausgehend von einem Anfangs-Temperaturbedingungen im diamantstabilen Gebiet punkt, beispielsweise vom Normalzustand oder von liegen, dann muß der Druck dort bei der gewünschten einem Zustand mit erhöhter Temperatur und erhöh-Temperatur gehalten werden, weil sonst, falls der 15 tem Druck, von verschiedenen Richtungen aus in das Druck unter die Linie is absinkt, der bereits gebildete flüssige Gebiet L links und rechts von der Linie Sl Diamant wegen der hohen Temperatur wieder zu gelangen kann. Beispielsweise kann beim Normal-Graphit zurückgebildet (graphitisiert) wird. Die Drücke zustand der Druck bis zum diamantstabilen Bereich D und Temperaturen müssen daher richtig korreliert erhöht werden. Anschließend kann die Temperatur so werden, so daß gegebene Zustände hergestellt und 20 erhöht werden, daß man unmittelbar in den Bereich L aufrechterhalten werden können. Weiterhin kann zur gelangt. Andererseits kann man sich vom Gebiet G Drucksteuerung der Druck um jeden gewünschten unmittelbar in das Gebiet L und anschließend erst in Betrag erhöht oder verringert werden. Die unabhän- das Gebiet D bewegen. Der Druck- und/oder Tempegige Steuerung von Druck und Temperatur ist ein raturanstieg kann abwechselnd stufenweise erfolgen, wichtiges Erfindungsmerkmal. 25 Mit anderen Worten ausgedrückt heißt dies, daß ver-Die Erfindung ist an Hand einer statischen Druck- schiedene Kombinationen von senkrechter und waageapparatur beschrieben, in welcher die Umwandlung rechter Zustandsbewegungen möglich sind, um schließvon Graphit in Diamant stattfindet. In einer solchen lieh vom Gebiet L in das Gebiet D zu gelangen. Dabei Apparatur kann zunächst der Druck und dann mit kann zusätzlich dafür gesorgt werden, daß der flüssige veränderlicher Verzögerung die Temperatur erzeugt 30 Zustand am oder innerhalb des Tripelpunktes T2 werden, gegebenenfalls erst nach längerer Zeit. Es erreicht wird, da der Tripelpunkt T2 eine kleine Fläche wird ein langsamer Druckanstieg bevorzugt, um gleich- umschließt. Anschließend kann bei abnehmender mäßige Zustände in den verschiedenen Stoffen zu Temperatur ein Druckanstieg zur Folge haben, daß erzielen. Der Ausdruck »langsam« ist so zu verstehen, die Zustandsbedingungen in das Gebiet D eintreten, daß der Druckanstieg zwar vorzugsweise in Minuten 35 Diese und andere Annäherungsversuche haben zusätzerfolgt, jedoch auch einen nur Sekunden dauernden liehe Probleme in der Variation der Druck-Temperatur-Druckanstieg einschließt. Stabilität der Drücke inner- Bedingungen zur Folge, da sich der Druck auf die sich halb einer vernünftigen Zeitgrenze ergibt eine günstige ändernden Temperaturen, die Änderung von festem Arbeitsweise und eine vollständigere Umwandlung. Graphit in flüssigen Graphit und umgekehrt auswirkt. Obwohl sowohl der Druck als auch die Temperatur 40 Es wird darauf hingewiesen, daß der Ort des Punkgesteuert werden, wird der Druck mehr der Steuerung tes T2 oder der Ort der vom Punkt Γ2 nach oben unterworfen, da er vom Anfangswert bis zum Endwert verlaufenden Linie S2 nicht genau festgelegt ist. Der gesteuert wird. Der gesteuerte Druck ist daher von Punkt T2 und die Linie S2 liegen jedoch innerhalb einem durch Stoßwellen erzeugten Druck zu unter- eines vernünftigen Bereiches, beispielsweise innerhalb scheiden, da er aufrechterhalten werden kann und 45 ungefähr ±10 Kilobar und ±300 ⁰K, fest,
nicht nur vorübergehend ist und die zeitliche Druck- Röntgenstrahlenbeugungsbilder der nach der Erfinänderung steuerbar ist. Bei hoher Temperatur ist die dung hergestellten Diamanten enthalten nur Diamant-Zeitspanne, während der der Druck aufrechterhalten linien oder Linien von anderen vorher bereits im werden kann, nur durch die in der Apparatur ver- Graphit vorhandenen Stoffen. Das bedeutet, daß die wendeten Werkstoffe vorgegeben. Wie der Druck 50 nach der Erfindung hergestellten Diamanten vorbestufenweise in einer oder mehreren Stufen, so kann stimmte, vom Ausgangsgraphit abhängige Eigenschafauch die Temperatur stufenweise erhöht werden, wenn ten haben. Dies wird unterstrichen durch die Tatsache, man bei Verwendung eines gewöhnlichen Widerstands- daß aus B 344-Graphit und Shawinigan-Kohlenstoffruß heizkreises verzögerte Thermitreaktionen anwendet hergestellter Diamant leitend ist. Weiterhin sind die oder die Temperatur durch verschiedene Mittel auf 55 aus Shawinigan-Kohlenstoffruß hergestellten Diamaneinen gegebenen Wert unter einer Schwelltemperatur ten im Verhältnis zur Farbe der aus anderen Kohlenerhöht und anschließend zur Vervollständigung des stoffen hergestellten Diamanten sehr weiß.
Temperaturanstiegs eine Kondensatorentladung durch- Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird führt. Auf diese Weise kann in Verbindung mit den also dadurch gelöst, daß man hohe Drücke und Temoben angeführten Steuereigenschaften die Richtung, 60 peraturen auf ein Kohlenstoffmaterial ausübt, um nach welcher sich die Temperaturbedingungen be- dieses zu schmelzen und als Diamant zu rekristalliwegen, d. h. von den Umwandlungsbereichen weg oder sieren. Wenn man insbesondere einen Kohlenstoff auf die Umwandlungsbereiche zu, mit größerer Ge- oder ein graphitisches Material, vorzugsweise Graphit, nauigkeit vorgegeben und gesteuert werden. Falls man über der Graphit-Diamant-Gleichgewichtslinie des beispielsweise die Druck- und Temperaturbedingungen 65 Kohlenstoffdiagramms liegenden Drücken und wenigin das Gebiet L über den Tripelpunkt Γ2 im Zustande- stens über der Linie 52 oder dem Tripelpunkt T2 diagramm von Kohlenstoff bringt, kann man verschie- liegenden Temperaturen aussetzt, erhält man gedene Wege einschlagen, um in der Apparatur und in schmolzenen Kohlenstoff, der als Diamant rekristal-

lisiert, wenn man die Temperatur in das Gebiet/) verringert, vorzugsweise in die Nähe der Linie S2 erniedrigt. Bei der Durchführung der Erfindung arbeitet man also oberhalb des Tripelpunktes Tl oder geht durch den Tripelpunkt hindurch.

Der Ausdruck »geschmolzener Kohlenstoff« oder »schmelzender Kohlenstoff« wird in der Beschreibung und in den Ansprüchen zur Bezeichnung eines normalen Schmelzzustandes im Gegensatz zu einem nur an verstreuten einzelnen Elementarbereichen auftretenden Schmelzzuständen verwendet. Bei diesem Schmelzen wird eine Lösung gebildet, aus welcher Diamant rekristallisiert wird. Der hier verwendete Ausdruck »schmelzen« bedeutet, daß der Kohlenstoff bei einer über seinem Schmelzpunkt bei einem gegebenen Druck liegenden Temperatur geschmolzen ist, und schließt metastabile Zustände, Unterkühlung usw., aus.

Die in F i g. 1 gezeigte Apparatur kann zur Schaffung eines größeren Reaktionsvolumens vergrößert und/oder das Reaktionsgefäß kann so abgeändert werden, daß es mit einer größeren Probe beschickt werden kann. Es kann auch eine andere Heizungsart, beispielsweise Widerstandsheizung, verwendet werden.

Die nach der Erfindung hergestellten Diamanten können in derselben Weise wie natürliche Diamanten für industrielle Zwecke verwendet werden, beispielsweise als Schleif- oder Schneidwerkstoffe. Sie können aber auch als Drehzapfen, Lager, Halbleiter, Edelsteine usw. Verwendung finden.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung synthetischer Diamanten, dadurch gekennzeichnet, daß Kohlenstoff geschmolzen, der geschmolzene Kohlenstoff im diamantstabilen Druck- und Temperaturgebiet über der Gleichgewichtslinie des Zustandsdiagramms von Kohlenstoff als Diamant rekristallisiert und der Diamant gewonnen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Kohlenstoff Graphit verwendet wird, der so viel Verunreinigungen enthält, daß er elektrisch leitend ist, wenn er in Diamant umgewandelt wird, der Graphit einem Druck über der Graphit-Diamant-Gleichgewichtslinie im Zustandsdiagramm von Kohlenstoff unterworfen, die Temperatur des Graphits unabhängig vom Druck zur Erzielung einer Umwandlung des Graphits in Diamant erhöht, der Temperaturanstieg über den Schmelzpunkt von Kohlenstoff hinaus fortgesetzt, damit wenigstens ein Teil der Diamanten geschmolzen wird, und die Temperatur so verringert wird, daß die Druck-Temperatur-Bedingungen im diamantstabilen Druck- und Temperaturgebiet des Zustandsdiagramms von Kohlenstoff liegen und dadurch der geschmolzene Kohlenstoff als Diamant rekristallisiert.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck wenigstens ungefähr 130 Kilobar beträgt und die Temperatur wenigstens auf ungefähr 4000° Kelvin ansteigt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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