DE1193021B

DE1193021B - Process for the production of synthetic diamonds

Info

Publication number: DE1193021B
Application number: DEG37606A
Authority: DE
Inventors: Francis Pettit Bundy
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1962-05-02
Filing date: 1963-04-26
Publication date: 1965-05-20
Also published as: BE631831A; CH435223A; GB1048972A; NL139942B; ES287463A1; NL292249A

Description

DEUTSCHESGERMAN

PATENTAMTPATENT OFFICE

AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL

Deutsche Kl.: 12 i-31/06 German class: 12 i- 31/06

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:Number:
File number:
Registration date:
Display day:

1193 021
G 37606IV a/12 i
26. April 1963
20. Mai 19651193 021
G 37606IV a / 12 i
April 26, 1963
May 20, 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.In the previously known methods for producing synthetic diamonds, a carbonaceous one is usually used Material, for example graphite, in the presence of or together with a metal or an alloy with very high pressures and temperatures in the diamond-stable area of the state diagram exposed to carbon.

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.The high temperatures required to form synthetic diamonds now have a Melting, chemical reactions and / or decomposition of those surrounding the reaction mixture Substances result, whereby foreign substances can get into the reaction mixture, which the reaction adversely affect. At the same time have high temperatures in those surrounding the reaction mixture Substances result in melting processes, decomposition and phase changes, which cause undesirable temperature and pressure fluctuations occur. They also take the necessary metals and alloys a considerable volume of the reaction vessel to claim, whereby the at a given reaction, the amount of diamond produced is reduced. Furthermore, the metals and the surrounding substances take part in undesired chemical reactions, or the metals and the surrounding ones Substances can contain constituents or impurities that cause the diamond formation reaction influence. Due to the influence of high temperatures and the required metals or Alloys it is hardly possible to predict the properties of the diamonds to be formed.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zur Umwandlung eines kohlenstoffhaltigen Materials in Diamant zu schaffen.The invention is now based on the object of an improved method for converting a carbon-containing Materials in diamond.

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.This object is now achieved by a method for producing synthetic diamonds, which thereby is characterized in that carbon is melted, the melted carbon in the diamond stable Pressure and temperature area above the equilibrium line in the phase diagram of carbon recrystallized as diamond and recovered the diamond will.

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.In the process according to the invention, metals or alloys are no longer required, whereby the yield can be increased considerably. In addition, the desired Properties of the diamond to be formed are better predetermined.

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
DiamantenIn a method not belonging to the known state of the art for the direct conversion of graphite into diamond, graphite is subjected to a pressure of the order of 110 kilobars and processes for the production of synthetic ones
Diamonds

Anmelder:Applicant:

General Electric Company, Schenectady, N. Y.General Electric Company, Schenectady, N.Y.

(V. St. A.)(V. St. A.)

Vertreter:Representative:

Dipl.-Ing. M. Licht,Dipl.-Ing. M. light,

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

Dipl.-Phys. S. HerrmannDipl.-Phys. S. Herrmann

und Dr. R. Schmidt, Patentanwälte,and Dr. R. Schmidt, patent attorneys,

München 2, Theresienstr. 33Munich 2, Theresienstr. 33

Als Erfinder benannt:Named as inventor:

Francis Pettit Bundy, New York, N. Y.Francis Pettit Bundy, New York, N.Y.

(V. St. A.)(V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:Claimed priority:

V. St. v. Amerika vom 2. Mai 1962 (191972) --V. St. v. America May 2, 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.electrical energy is supplied to the graphite, which converts it directly into diamond. By supplying electrical energy, the temperature of the graphite is increased, the graphite but not melted.

Die Erfindung wird nun näher an Hand von Zeichnungen erläutert, in denen zeigtThe invention will now be explained in more detail with reference to drawings, in which shows

F i g. 1 eine Ansicht einer modifizierten Gürtelapparatur, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet wird,F i g. 1 is a view of a modified belt apparatus that can be used to carry out the inventive Procedure is used,

F i g. 2 im Schnitt eine Ansicht des in F i g. 1 dargestellten und mit einer Probe beschickten Reaktionsgefäßes, F i g. FIG. 2 shows a sectional view of the FIG. 1 shown and charged with a sample reaction vessel,

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. 3 shows a cross section of the FIG. 2 shown reaction vessel with the graphite electrodes, the Loading and the reaction vessel parts,

F i g. 4 einen Schnitt einer modifizierten Ausführungsform des Reaktionsgefäßes nach F i g. 2,F i g. 4 shows a section of a modified embodiment of the reaction vessel according to FIG. 2,

F i g. 5 eine schematische Darstellung der bei der Apparatur nach F i g. 1 verwendeten Schaltung undF i g. 5 shows a schematic representation of the in the apparatus according to FIG. 1 circuit used and

F i g. 6 eine graphische Darstellung des Zustandsdiagramms von Kohlenstoff.F i g. 6 is a graphic representation of the state diagram of carbon.

Es hat sich unerwarteterweise herausgestellt, daß eine Umwandlung eines kohlenstoffhaltigen Materials,It has unexpectedly been found that a conversion of a carbonaceous material,

509 570/341509 570/341

3 43 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 jeweilsFor example, from graphite, parts formed in diamond can be achieved parts of the punch have an axial length, using graphite very high pressures and of approximately 14.2 mm. Because of the two different types of electrical discharge at the same angle, there is a rapid rise in temperature between a punch and the die in order to achieve a wedge-shaped, for the sealing of the graphite as a whole, and a space provided,
finally the molten graphite as diamond. Another modification according to the invention is re-crystallized. pulls up on the waterproofing, with the HiKe of each

Als kohlenstoffhaltiges Material wird ein nicht in einer einzigen Dichtung 19 aus Pyrophyllit erreichtAs a carbonaceous material, a not in a single seal 19 made of pyrophyllite is achieved

Diamantform vorliegendes Material bezeichnet, das wird. Die Dichtungen 19 zwischen den Stempeln 15Diamond shape denotes the material present that is. The seals 19 between the punches 15

Kohlenstoff enthält und vor der Umwandlung in io und 16 und dem Matrizenkörper 11 sind keilförmig,Contains carbon and before the conversion into io and 16 and the die body 11 are wedge-shaped,

Diamant unter den Reaktionsbedingungen reagiert, damit sie in den vorgegebenen Zwischenraum passenDiamond reacts under the reaction conditions so that they fit into the given space

sich zersetzt oder sonstwie nicht in Diamantform vor- und haben eine solche Dicke, daß zwischen dendecomposes or otherwise not in diamond shape and have such a thickness that between the

liegenden elementaren Kohlenstoff ergibt. Elementarer Stirnflächen 18 der Stempel ein Abstand von 1,52 mmlying elemental carbon results. Elementary end faces 18 of the punch have a spacing of 1.52 mm

Kohlenstoff ist die nicht in Form einer Verbindung verbleibt.Carbon is not left in the form of a compound.

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-present form of carbon and comprises 15 between the punch end faces 18 is a reamorph Carbon, lamp soot, coal, pitch, action vessel 20 arranged. The reaction vessel 20 Tar, etc. As the starting material, it preferably contains a cylindrical or coil-shaped Graphite because of its well-known and desired sample holder 21 made of pyrophyllite with a medium properties, for example because of its crystal opening 22. In FIG. 2 the parts are in their correct structure and the relationship of its crystal structure 20 mutual position shown in more detail, in the with a diamond crystal, because of its density, opening 22 can be arranged. The reaction vessel 20 because of its content of impurities and because of contains both the sample material and the heating elements relatively easy convertibility into medium in the form of a solid straight circular cylinder, Diamond, used. of the three concentrically juxtaposed discs

Der Ausdruck »Rekristallisation« wird gattungs- 25 ben 23, 24 und 25 umfaßt. Die Scheibe 23 besteht ausThe term "recrystallization" is generic 23, 24 and 25 encompassed. The disc 23 consists of

mäßig verwendet, um die Änderungen in einer Koh- einem größeren (drei Viertel) Segmentteil 26 aus Pyro-moderately used to reflect the changes in a coal a larger (three quarters) segment part 26 made of pyro-

lenstoff-Diamant-Umwandlung zu bezeichnen, wo phyllit und einem kleineren fein Viertel) Segmentteil 27lenstoff-diamond conversion to denote where phyllite and a smaller fine quarter) segment part 27

Kohlenstoff wenigstens zum Teil geschmolzen wird, aus zur Elektrizitätsleitung vorgesehenem Graphit,Carbon is at least partially melted, from graphite intended to conduct electricity,

bevor er als Diamant rekristallisiert wird. Der Aus- Die Scheibe 25 besteht aus einem größeren (dreibefore it is recrystallized as a diamond. The disc 25 consists of a larger one (three

druck »geschmolzen« bezeichnet einen Zustand, in dem 30 Viertel) Segmentteil 28 aus Pyrophyllit und aus einempressure "melted" denotes a state in which 30 quarter) segment part 28 made of pyrophyllite and from one

die Substanz als Ganzes geschmolzen ist und nicht nur kleineren (ein Viertel) Segmentteil 29 aus zur Elektri-the substance is melted as a whole and not just smaller (a quarter) segment part 29 for electrical

verstreut liegende kleine Bereiche. zitätsleitung vorgesehenem Graphit. Die Scheibe 24scattered small areas. ity line provided graphite. The disk 24

Es hat sich nun herausgestellt, daß bei einem besteht aus zwei auseinanderliegenden SegmentteilenIt has now been found that one consists of two spaced apart segment parts

solchen Schmelz- und Rekristallisationsverfahren 30 und 31 (nicht gezeigt) aus Pyrophyllit, zwischensuch melting and recrystallization processes 30 and 31 (not shown) from pyrophyllite, between

weder die speziellen Metallkatalysatoren erforderlich 35 denen eine stab- oder riegeiförmige Graphitprobe 32Neither the special metal catalysts required 35 which a rod-shaped or bar-shaped graphite sample 32

noch die Gegenwart eines Metalls nötig ist, wie in der angeordnet ist. Die Graphitprobe 32 ist ungefährnor is the presence of a metal necessary, as directed in the. The graphite sample 32 is approximate

deutschen Auslegeschrift 1 147 926 beschrieben ist. 0,50 mm dick, 0,63 mm breit und 2,03 mm lang. JedeGerman Auslegeschrift 1 147 926 is described. 0.50 mm thick, 0.63 mm wide and 2.03 mm long. Every

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.Suitable apparatus for performing the one diameter method of disks 23, 24 and 25 of the invention is a modified diameter of 2.03 mm and a thickness of 0.50 mm. In Fig. 3 embodiment of the US Pat. No. 2,941,248 40 is the reaction vessel according to FIG. 2 device described in oblique section. This modification is shown in from above. It can be seen that an elec-F i g. 1 shown. The apparatus 10 contains a tric circuit from the graphite segment electrode ring-shaped die body 11 with an opening 12, 27 starting over the sample 32 to the graphite segment which is present from the center to both sides conically to the electrode 29, which runs to the electrical outside. The die body 11 is used to 45 stand heating of the sample 32,
increasing the strength of rings made of hard steel In F i g. 4, a modification of the reaction (not shown) is enclosed. A material from which vessel 20 is shown. The reaction vessel 33 according to which the die body 11 can be produced is shown in FIG. 4 contains two graphite disks 34 and 35 with a hard disk consisting of tungsten carbide and cobalt and a thickness of approximately 0.25 mm, which is used as a graphite metal. The modified embodiment of the electrode 50 are used for electrical resistance heating, trizenkörpers 11 has conical surfaces 13, which an interposed pyrophyllite cylinder 36 an angle of about 52.2 ° with the balance has an equiaxed central opening 37, which include to the right, and a generally right-hand photograph of sample 38 serves. The sample 38 has the angled circular cylindrical chamber 14 in the shape of a graphite cylinder with a diameter of 5.08 mm. 55 of 0.76 mm and a length of 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 derConcentric to the opening 12 are two opposite The apparatus 10 shown is located between the press conical punches 15 and 16 arranged, brought tables of a suitable press, through which the base part of which has an outer diameter of approximately the punches 15 and 16 are moved towards one another, 250 mm. The stamps 15 and 16 form so that the reaction vessel is pressed together and the together with the die body 11, a reaction 60 sample 32 or 38 is exposed to high pressures, chamber. The stamps are also calibrated with the apparatus for high pressures to increase the pressure Strength of rings made of hard steel common methods in which certain metals (not shown) surround. A known for the punches 15 and 16 are exposed to pressures at which a suitable material is one made from tungsten carbide and cobalt affects the electrical behavior of these metals existing hard metal. The modified 65 the phase transition takes place. For example Punches have conical side surfaces 17 which press an iron together, then occurs when a pressure is applied Include angles of 60 °, and end faces with a certain reversible of about 130 kilobars a diameter of 3.81 mm. The conical change in electrical resistance. In the

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.Calibration of the apparatus means a change in resistance in the iron at a pressure of 130 kilobars. The following table lists the metals that are used to calibrate the belt apparatus described were used.

Table 1

Metallmetal

*Wismut I ..* Bismuth I ..

Thallium ..Thallium ..

Caesium ..
*Barium I...
♦Wismut IIICesium ..
* Barium I ...
♦ Bismuth III

Eisen iron

Barium II..Barium II ..

Blei lead

Rubidium..Rubidium ..

Übergang Druck in KilobarTransition pressure in kilobars

2525th

3737

4242

5959

8989

130130

141141

161161

193193

*) Da einige Metalle mit ansteigendem Druck mehrere Übergänge aufweisen, sind die verwendeten Übergänge mit römischen Ziffern bezeichnet.*) Since some metals have several transitions with increasing pressure, the transitions used are Roman Numerals.

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 Graphitprobeare closed and thereby the charged capacitor 42 via the sample 32 in the reaction vessel 20 can be discharged. With regard to the cold, of substances such as pyrophyllite, magnesium oxide (MgO) and Boron nitride (BN) surrounded graphite carried out thermodynamic calculations on the basis Ordinary values of thermal conductivity and heat capacity result in a cooling time half the temperature in the center of the graphite sample

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 32ίο in the reaction vessel according to FIG. 2 of about 0.015 seconds. The electrical circuit described supplies the required heating energy in approximately 0.001 to 0.004 seconds.
It is best to observe the behavior of an electrically conductive sample by measuring the electrical resistance of the sample. As is well known, graphite is considered an electrical conductor while diamond is considered an electrical insulator. In the present case, the graphite sample is 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 desao a connecting element in the circuit described and the conversion of graphite into diamond is therefore indicated by an increase in resistance and / or by a state corresponding to an open circuit. A Kelvin bridge ohmmeter 50 is therefore connected between the upper stamp 15 and the lower stamp 16 in order to measure the resistance of the reaction vessel or of the sample 32.
For graphical representation of the voltage and the

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 enthältA more detailed description of the methods used to determine the above transition values can be found in the following publications:
Calibration Techniques in Ultra High Pressures, 30 current passing through the sample 32 contains

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-the circuit 41 therefore an oscilloscope 51 which is connected by the line 52 (for the voltage signal E) to the lower stamp 16 and by the line 53 (for the current signal Et) to the line 43 between the switch 44 and the resistor 45. The oscilloscope 51 has a grounding line 40. The grounding 46 of the circuit 41 takes place between the sample 32 and the current resistor 45, so that the E and the i? I signals to the oscilloscope have a common

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.F. P. Bundy, Journal of Engineering for Industry, May, 1961; S. Baichan and H. G. D r i c k a m e r, Review of Scientific Instruments, Vol. 32, No. 3, p. 308 to 313, March 1961. Using the electrical resistance changes of the metals listed a press can be calibrated to give the approximate pressure in the reaction vessel can.

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-The graphite sample 32 or 38 will have high temperatures 40 on the same earth with the help of electrical resistance heating. The oscilloscope 51 has a subject. The heating can be controlled by a recording interval which corresponds to the discharge time Sample passing through speaks rapid current discharge, where 0 to 5 and 0 to 10 milliseconds for take place. By leads 39 and 40 are the examples of the invention were used. That Punches 15 and 16 to a power source (not shown) oscillogram was taken through a polaroid camera connected, so that, for example, a current moment 45 was photographed, which was attached to the screen. charge from the punch 15 via the graphite To generate a trigger signal for the oscilloscope

elektrode 27, die Probe 32 und die Graphitelektrode 29 zum Stempel 16 erfolgen kann.electrode 27, the sample 32 and the graphite electrode 29 to the stamp 16 can be made.

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.A capacitor discharge circuit can be used as a power source, with the discharge 50 1 microfarad into one of one side of the choke the apparatus 10 carried out and the voltage, coil 48 to the oscilloscope 51 leading line 55 the current and resistance of the sample oscillo- switched on. Another capacitor 54 'with a can be measured graphically. The in F i g. 5 capacitance of 1 microfarad is shown between the Circuit 41 includes a ground 40 as capacitor 42 and the other side of choke coil 48 Asked electrolytic capacitor series with a capacitance 55 switched on. The deflection tilt signal therefore corresponds about 85,000 microfarads. The condensate - roughly the voltage drop across the inductor 48. Sator 42 can be charged to 120 volts. The for the intended purpose are of course also One pole of the capacitor 42 is still many other arrangements possible through a line 43. Example about a switch 44 and an inductance-free manner, multiple oscilloscopes can be used Current resistance 45 of 0.00193 ohms with the upper 60 or, if no measurements are required, Stamp 15 connected. The resistor 45 is connected to the oscilloscope and the associated circuitry Line 46 grounded. The other pole of the capacitor can be omitted.

42 ist durch die Leitung 47 über eine Drosselspule 48 Der Temperaturanstieg in der Probe wird durch42 is through line 47 via a choke coil 48. The temperature rise in the sample is through

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 kurzerdetermined with an inductance of 25 microhenries and a calculation since there are no instruments Resistance of 0.0058 ohms with the punch 16 provides 65 with which such high temperatures within such a short time

graphen 51 können verschiedene Anordnungen verwendet werden. Bei einer zweckdienlichen Schaltung wird ein Kondensator 54 mit einer Kapazität vonVarious arrangements can be used for graphs 51. With an appropriate circuit becomes a capacitor 54 with a capacity of

bunden. Der Kondensator 42 wird von einer geeigneten Stromquelle 49 (nicht gezeigt) aufgeladen. Nach dem Aufladen des Kondensators 42 kann der Schalter 44bound. The capacitor 42 is charged from a suitable power source 49 (not shown). After this The switch 44 can charge the capacitor 42

Zeitspannen mit ausreichender Genauigkeit gemessen werden können. Die Temperaturberechnungen basieren teilweise auf den innerhalb eines weiten Temperatur-Time spans can be measured with sufficient accuracy. The temperature calculations are based partly on the within a wide temperature range

ι ι y^ uz ιι ι y ^ uz ι

7 87 8

bereiches bekannten Werten der spezifischen Wärme des flüssigen Kohlenstoffes schmilzt und die Drückerange of known values of the specific heat of liquid carbon melts and the pressures

von Graphit. und Temperaturen unmittelbar zum diamantstabilenof graphite. and temperatures directly to the diamond stable

Aus den aus dem Oszillogramm ersichtlichen Bereich D ändert, der geschmolzene Kohlenstoff als From the range D evident from the oscillogram, the molten carbon changes as

Spannungs- und Stromwerten kann durch Multipli- Diamant lekristallisiert.Voltage and current values can be crystallized from multiple diamond.

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 Diamantcation, the power supplied at any point in time can be calculated because of the direct transformation of graphite. One can therefore draw a curve to which the diamond melting is difficult to determine the above Tripelaus the sample supplied power in point Tl. After a non-kilowatt as a function of time shown belonging to the known state of the art is adjusted. drive to the conversion of graphite into diamond

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-If you multiply the added value expressed in kilowatts, a graphite sample is drawn over the graphite diamond Power with the equilibrium line of the state diagram of Koh- / pressten in milliseconds Time, then one is exposed to the pressure applied to the sample lenstoff. The graphite energy in joules. sample is also exposed to an energy supply, both

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-When calculating the temperature reached in the sample, for example by discharging a capacitor, the temperature must be taken into account with various losses due to correc- tions sufficient to convert the graphite into diamond. These corrections are: For the temperatures generated in the end regions of the electrodes in the sample during the conversion, values in the heat of magnitude, for example between the input at the order of 3000 to 3200 ° C., were calculated. One of the electrodes 27 or 29 and the sample (since pressures of at least approximately 120 kilobars are known, the substances and changes in cross-section are known, 20. The conversion to diamond can be calculated as this heat loss), Resistance curve after un-heat conduction losses to the walls of the reaction tube, since graphite is a resistance element vessel (by carrying out experiments in Re- in the capacitor discharge circuit and when converting action vessels with other substances into diamond it becomes non-conductive. A comparison of the walls , at which the cooling time is measured 25 resistance curve in the manufacture of diamond and, assuming the heat loss in the melting of graphite, shows that the conversion of the known graphite melting temperature for a development into diamond takes place before any given reaction vessel arrangement is found to dissolve or melt in the whole appearance In den) and (3) the electrical current loss due to the above-mentioned method, when using higher temperature better conductive walls (the 30 of a boron-containing graphite, a diamond is obtained, which is electrically conductive by carrying out experiments in reaction, whereby the sample After encapsulating the graphite with conversion of various substances, further energy is supplied to the walls and determined by comparing the results, and this is therefore further heated. It could be). Due to this more important corrections therefore more graphite samples over approximately the turfaktoren the temperature values may vary exposed to lying to ± 10% 35 Tl triple point temperatures. and more than is required to melt the graphite

Unter Bezugnahme auf F i g. 4 wird nun näher auf liehe Energie zugeführt. Beim verwendeten GraphitReferring to FIG. 4 is now supplied in more detail on borrowed energy. With the graphite used

die bei der Reaktion auftretenden Drücke und Tem- handelt es sich um B344-Graphit mit einem Gehaltthe pressures and temperatures occurring during the reaction are B344 graphite with a content

peraturen eingegangen. In F i g. 6 ist ein an sich be- von ungefähr 0,2 bis 0,3 Gewichtsprozent Borcarbid,temperatures received. In Fig. 6 is a boron carbide of approximately 0.2 to 0.3 percent by weight,

kanntes Zustandsdiagramm von Kohlenstoff gezeigt, 4° Die in pulverförmiger Form liegenden AusgangsstoffeKnown state diagram of carbon shown, 4 ° The starting materials lying in powder form

wobei auf der Ordinate der Druck in Kilobar und auf werden gemischt, verpreßt und bei ungefähr 1500 biswhere on the ordinate the pressure in kilobars and on are mixed, pressed and at about 1500 to

der Abszisse die Temperatur in Grad Kelvin auf ge- 2000° C gebrannt. Die endgültige Dichte diesesthe abscissa shows the temperature in degrees Kelvin, fired to 2000 ° C. The final density of this

tragen ist. Als Druckmaßeinheit wird in der Beschiei- Graphits beträgt ungefähr 1,7 bis 1,8 g/cm³. Einewear is. Graphite is approximately 1.7 to 1.8 g / cm ³ as the unit of measurement for pressure. One

bung die Einheit Bar verwendet. Ein Kilobar ist gleich solche Graphitprobe und ähnliche Graphitscheiben 34exercise uses the unit bar. One kilobar is equal to such a graphite sample and similar graphite disks 34

10* Dyn/cm^a. Ein Kilobar entspricht 1020 kg/cm² oder 45 und 35 wurden im Reaktionsgefäß nach F i g. 4 ver-10 * dynes / cm ^a . One kilobar corresponds to 1020 kg / cm ² or 45 and 35 were in the reaction vessel according to FIG. 4 ver

987 Atmosphären. wendet und in die Gürtelapparatur 10 nach F i g. 1987 atmospheres. turns and into the belt apparatus 10 according to FIG. 1

Die Graphit-Diamant-Gleichgewichtslinie zwischen eingebracht. Der Teil 36 bestand aus ThoriumoxydThe graphite-diamond equilibrium line introduced between. Part 36 consisted of thorium oxide

dem graphitstabilen Gebiet G und dem diamantstabi- ThO₂. Die Apparatur 10 wurde dann zwischen denthe graphite-stable region G and the diamond-stable ThO ₂ . The apparatus 10 was then between the

len Gebiet D ist mit E bezeichnet. Preßtischen einer hydraulischen Presse mit einerlen area D is denoted by E. Press tables of a hydraulic press with a

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-Important in this diagram are the carbon output from 3001 and the reaction vessel 33 melting lines S1 and 5 * 2. The line Sl starts at pressed together so that the pressure in the Graphitungefähr 4050 ⁰ K and rises to a point Tl probe which is 38 to a value of about 140 kilobars than triple point is known in which the solid increase, the generally above the iron transition liquid and vapor phase of the carbon lies in the calibration point. The pressure can continue to be fast or equilibrium. The point T1 , together with 55 slowly without changing the end result, defines areas G, L and V for the lines SQ and S1. In becoming and also remain constant. In this as area G carbon is in the solid process, in area L in the example the pressure increase in liquid and in area V in the vaporous aggregate ended in about 3 minutes,
state before. The area V is drawn exaggerated after the end of the pressure increase and after ming, so that it can be shown 60 charging of the circuit 41, the switch 44 can become. From point Tl line Sl Toggle rises joined to form a charge of 0.085 farads at Tl to another point on, to discharge the unschließend on dangerous 26 Volt through the sample. After the equilibrium line E lies. From Fig. 6 is seen- Discharge of the circuit became from the voltage that carbon with preference in the form of and current curve calculates the resistance curve that diamond is present if one converts to diamond weight line E in the diamond stable area above the equilibrium as in the usual case D lying indicating increase in resistance, but then pressures and temperatures are reached. It has therefore turned out to be pronounced on the melting of the graphite that, if one uses graphite in the region L , there is a decrease in resistance and, finally,

lieh wieder einen Anstieg zeigte, der auf die Rekristallisation des Graphits als Diamant zurückzuführen ist.borrowed again showed an increase due to recrystallization of graphite as diamond.

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.After removing the reaction vessel 33 from the apparatus 10, the sample 38 was examined in more detail. Sample 38 had retained its cylindrical shape and consisted of a large number of very small diamond crystallites. The sample was found to contain a shell of greyish-white diamond crystals arranged around a dark core. It was found by X-ray examination that diamond was present in both the core and the shell. The presence of diamonds was confirmed by further tests in which the sample was _{cleaned in a heated mixture of concentrated sulfuric acid (H 2} SO ₄ ) and potassium nitrate (KNO ₃ ) and the sample was subjected to scratch tests and buoyancy tests.

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. A pressure of 145 kilobars was used in performing the procedure. An increase in electrical resistance of approximately 8 to 10 joules indicates conversion to diamond. Another example with less energy input confirmed this relationship between resistance and input energy and resulted in a solid, cylindrical diamond compact of black color. After diamond conversion, a drop in resistance in the range of approximately 10 to 16 joules indicates that the core of the sample is melting. The resistance of molten carbon is less than that of carbon in solid form. In this sample, diamond also formed in the end disks 34 and 35, which also consisted of graphite B 344, as a result of which the further current flow was shifted to the middle and hotter part of the sample, which was then converted into molten carbon. The surrounding part did not melt, partly because heat is dissipated through the walls. When the energy supply is reduced, the sample cools down. Since the pressure is kept in the diamond stable area, 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.the molten carbon recrystallizes as diamond. At the end of the energization (and although the numerical value is then about 30 joules), the β-energization has dropped to such an extent that the cooling rate exceeds the heating rate. The temperature conditions have therefore moved via line S2 (Fig. 6) into the diamond stable area where the molten carbon recrystallizes as diamond. As described, the sample contains an outer shell made of gray-white diamond and an inner core made of graphite and black diamond.

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.A parallel experiment carried out for the above example using a lower energy input and using spectroscopic graphite for discs 34 and 35 gave diamond in of Sample 38, which is a solid black compact of diamond with similar properties in all parts the sample is.

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:Further examples of the process according to the invention can be seen from the table below. When using the reaction vessel according to FIG. 4, the same type of graphite was used for sample 38 and for cover disks 34 and 35. In Examples 1 to 3, the reaction vessel according to FIG. 2 and in the remaining examples the reaction vessel according to FIG. 4 used. SB means Shawinigan carbon black, Sp spectroscopic graphite, pyro pyrophyllite, MgO magnesium oxide and ThO ₂ thorium oxide. The types of graphite used in these examples can be described as follows:

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.Spectroscopic rod or electrode graphite is a polycrystalline pure graphite specially made for Electrodes used in spark spectral equipment for chemical analysis. This kind of graphite in particular does not contain metals such as iron, nickel, aluminum etc. and semiconductor metals such as germanium, Antimony and bismuth.

Shawinigan-Ruß ist ein amorpher Lampenrußkohlenstoff, der von der Firma Shawinigan Chemicals Limited, Shawinigan, Quebec, Kanada, erhältlich ist.Shawinigan carbon black is an amorphous lamp black carbon manufactured by Shawinigan Chemicals Limited, Shawinigan, Quebec, Canada.

Tabel

Bei
spielat
game Graphit
probegraphite
sample Wand
materialWall
material Druck
in
Kilobarpressure
in
Kilobars Ener
VoltEner
volt giezufuhr
Faradcasting feed
farad 11 SpSp MgOMgO 130+130+ 2222nd 0,0850.085 22 B 344B 344 PyroPyro 130130 2222nd 0,0850.085 3
43
4th B 344
SBB 344
SB MgO
PyroMgO
Pyro 140+
140140+
140 25
2625th
26th 0,085
0,0400.085
0.040 5
6
7
85
6th
7th
8th SB
SB
B 344
B 344SB
SB
B 344
B 344 Pyro
ThO₂
ThO₂
ThO₂ Pyro
ThO ₂
ThO ₂
ThO ₂ 140
150
150
150—140
150
150
150— 20
18
20
2520th
18th
20th
25th 0,040
0,085
0,085
0,0850.040
0.085
0.085
0.085 99 B 344B 344 ThO₂ ThO ₂ 145145 2626th 0,0850.085

ErgebnisseResults

Fester schwarzer Diamant in der Nähe der Enden. In der geschmolzenen Mitte Mischung von Diamant und Graphit.Solid black diamond near the ends. In the melted center mixture of diamond and graphite.

Fester schwarzer Diamant in der Nähe der Enden. Das Material in der geschmolzenen Mitte bestand hauptsächlich aus Diamant.Solid black diamond near the ends. The material in the molten center consisted mainly of diamond.

Ähnlich wie Beispiel 2.Similar to example 2.

Weißer Diamant rund um die Wände, Mischung aus Diamant und Graphit in der geschmolzenen Mittelzone.White diamond around the walls, mixture of diamond and graphite in the melted central zone.

Wie Beispiel 4.
Wie Beispiel 4.
Wie Beispiel 4.Like example 4.
Like example 4.
Like example 4.

Weißer Diamant rund um die Wände, Mischung von Diamant und Graphit in der geschmolzenen Mittelzone, schwarzer Diamant bildete sich deutlich vor den Stempelstirnflächen.White diamond around the walls, mixture of diamond and graphite in the melted central zone, black Diamond formed clearly in front of the punch face.

Wie Beispiel 509 570/3MSame as example 509 570 / 3M

.11.11

Tabelle II (Fortsetzung)Table II (continued)

Beispiel example

Graphitprobe Graphite sample

Wandmaterial Wall material

Druckpressure

in
Kilobarin
Kilobars

Energiezufuhr
Volt ! FaradEnergy supply
Volts! farad

ErgebnisseResults

B 344B 344

PyroPyro

ThO₈ ThO ₈

180180

2222nd

0,0850.085

24 ! 0,08524! 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.The treated sample consisted of a thick cylindrical top layer or cup of white diamonds with a small ellipsoidal central part that was black and graphite and recrystallized from molten carbon Contained diamond.

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.This example represents a repetition of example 10 with regard to the pressure used, but has a greater supply of energy. The resulting sample consisted of a thin cylindrical bowl or a thin cylindrical coating of gray-white diamond with a very large ellipsoidal central part, the is almost twice as large in volume as the central part of Fig. 2. The central part contained both graphite than diamond recrystallized from the melt. The size of the middle part indicates that the melting process in example 12 was more extensive than in example 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.Evidence that the graphite melts and recrystallizes in the above examples is the shapes and kinks in the resistance curves and the amount of energy input. When performed with lower energy input Parallel tests could not detect any melting process due to a kink in the resistance curve rather, the circuit was interrupted before the energy required to melt it was supplied to the sample. The end product is also different. For example, the above example was 5 repeated with an energy input at 18 volts. Included the result was a middle part composed of gray-white diamond, that of a graphite shell or was surrounded by a graphite coating. In this case diamond became from the graphite in the hotter central part of the sample. In the previous case, however, the core melted because of the higher temperature, and recrystallization took place while the outer part was converted to off-white diamond at the normal transition temperature became. In all examples, the middle part contained 50% and more diamond by volume.

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.In the above examples, the implementation of the method according to the invention was carried out on the basis of a preferred apparatus and a preferred circuit explained in more detail. There are other devices as well known and available, with which the given conditions can be achieved. so that means Apparatus with which pressures in the area of the iron transition and in particular pressures of over 120 kilobars can be generated. The circuit used can also be modified. the The circuit must meet the requirement that it delivers the required energy within such a short time, that the walls do not melt and that no harmful reactions can occur. It becomes a discharge circuit used so that the sample reaches the required temperature and begins to cool, before the surrounding substances have absorbed too much heat. With the circuit described the temperature rise when carrying out the method according to the invention can be within wide limits be changed. The change is made by using different capacitance and voltages in the Discharge circuit reached. Table 2 covers a voltage range of 18 to 26 volts, within which achieves a time delay in the rise in temperature of approximately 2 milliseconds will.

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.According to the invention, therefore, molten carbon is produced at high temperatures and the molten carbon recrystallized as diamond. The usual crystal growing methods are used the best crystals grown from a melt. Previously, diamonds could be extraordinary because of that high pressure and temperature conditions and suitable apparatus are not produced in this way will. Only the invention enables this type of production. Both graphite and diamond can can be used as starting material. The intermediate conversion of graphite to diamond can essentially can be neglected, as the diamonds formed are melted again and thereby a purer end product is achieved. As shown in FIG. 6 can be seen, the pressure-temperature conditions rise immediately through the graphite triple point area to first melt the graphite and then recrystallize into diamond.

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 zuThe salient feature of the method according to the invention is controllability. Both the temperature as well as the pressure can be controlled individually. For example, when performing the Method generates a desired pressure for a given material and this pressure for different ones Purposes are changed. Thereafter, the circuit 41 can be discharged at predetermined voltage and capacitance values. The one on the quick heat-up and it has been estimated to be less than 5 to 10 kilobars It has been found that this does not noticeably affect the control of the pressure. Pressure and Temperature are therefore independent of each other. After the formation of diamond, the pressures become like this controlled that the pressure and temperature conditions always in the diamond stable area above the graphite-diamond equilibrium line so that the diamond is not regressed to graphite. Otherwise the diamond would be closed again

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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-Graphite regressed. This important control possibility of the sample before the melting of the carbon is now shown on the basis of FIG. 6 explained in more detail. to create more favorable conditions. In particular, when the method according to the invention is carried out, the return path from a conversion process can also be precisely defined and tracked over the graphite-diamond area. Example equilibrium line E increases and the circuit 41 5 wise can be discharged after the melting of carbon, in case. The temperature rise does not exceed the pressures kept at a very high value, the melting point of graphite or diamond at the given pressures, the temperature decrease along a curve. If, however, the pressure runs into the graphite area below the point T2 of melting or lack of control, so that graphite is formed as the end product, then the cooling path via the line S1 can be in io. The control thus enables a uniform guide to the area G , so that in this case only or gradually increasing the temperature and the graphite is obtained. If the pressure and pressure, so that one, starting from an initial temperature conditions in the diamond-stable area point, for example from the normal state or from, then the pressure must be kept there at the desired state with elevated temperature and elevated temperature, because Otherwise, if the pressure drops from different directions into the pressure below the line is, the already formed liquid area L to the left and right of the line S1 diamond can get back because of the high temperature. For example, normal graphite can be regressed (graphitized). The pressures state the pressure up to the diamond-stable area D and temperatures must therefore be increased in a correctly correlated manner. Subsequently, the temperature can be so that given conditions are established and increased that one can be maintained in the region L immediately. Furthermore can come to. On the other hand, from the area G pressure control, the pressure can be increased or decreased by any desired amount directly into the area L and only then in amount. They move area D independently. The pressure and / or temperature control of pressure and temperature is a rise in temperature that can take place alternately in stages, an important feature of the invention. In other words, this means that different combinations of vertical and horizontal apparatus are described on the basis of static pressure, in which the conversion of right state movements are possible, ultimately from graphite to diamond. In such a loan from area L to get to area D. In this case, the apparatus can initially be the pressure and then with the additional care that the liquid variable delay generates the temperature. State at or within the triple point T2 , possibly only after a long time. It is achieved, since the triple point T2 encloses a small area, a slow pressure increase is preferred to equal-. Subsequently, with decreasing moderate conditions in the various substances to temperature, an increase in pressure can result in that achieve. The expression "slowly" is to be understood in such a way that the state conditions in the area D occur that the pressure increase, although preferably in minutes includes. Stability of the pressures inside-conditions result, since the pressure on the half of a reasonable time limit results in a favorable changing temperatures, the change of fixed mode of operation and a more complete conversion. Graphite affects liquid graphite and vice versa. Although both the pressure and the temperature 40 It should be noted that the location of the point is controlled, the pressure is more subject to the control tes T2 or the location of the line S2 extending from the point Γ2 upwards, since it is from the initial value to the final value is not precisely defined. Which is controlled. The controlled pressure is therefore from point T2 and the line S2 , however, lie within a pressure generated by shock waves to below a reasonable range, for example within different, since it can be maintained and 45 approximately ± 10 kilobars and ± 300 ⁰ K, fixed,
is not only temporary and the temporal pressure X-ray diffraction pattern is controllable according to the invention. At a high temperature, the dung produced diamonds only contain a diamond period of time during which the pressure can be maintained. Lines or lines from others can already be drawn in beforehand, only through the substances present in the apparatus. This means that the materials used are specified. Like the pressure 50 diamonds produced according to the invention in advance in one or more stages, the temperature can also be increased in stages, if the properties are correct, depending on the initial graphite. This is underscored by the fact that when using a conventional resistor, diamond made from B 344 graphite and Shawinigan carbon black heating circuit uses delayed thermite reactions is conductive. Furthermore, the temperature or temperatures are raised by various means to diamonds made from Shawinigan carbon black, a given value below a threshold temperature in relation to the color of those made from other coals, and then very white to complete the diamond made from the substances.
A capacitor discharge leads to a rise in temperature. The object on which the invention is based is carried out. In this way, in connection with the control properties listed by high pressures and temperatures, the direction 60 temperatures can be exerted on a carbon material, according to which the temperature conditions melt it and recrystallize it as a diamond, ie from the Areas of transformation or disregard. If, in particular, a carbon is applied to the conversion areas, with greater Ge or a graphitic material, preferably graphite, accuracy can be specified and controlled. If one brings the carbon diagram above the graphite-diamond equilibrium line of the pressure and temperature conditions 65, for example, and a little into the area L via the triple point Γ2 in the state above the line 52 or the triple point T2 diagram of carbon, one can use different exposed to lying temperatures, one gets to take a path to recrystallize in the apparatus and in molten carbon, which is a diamond.

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.lized when the temperature is reduced in the area /), preferably lowered in the vicinity of the line S2. When carrying out the invention, one works above the triple point T1 or goes through the triple point.

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.The term "molten carbon" or "melting carbon" is used in the specification and in the claims to designate a normal melting state as opposed to one only used in scattered individual elementary areas occurring melt states. With this one Melting, a solution is formed from which diamond is recrystallized. The one used here The term "melt" means that the carbon is at one above its melting point at a given Pressure lying temperature is melted, and includes metastable states, hypothermia etc., from.

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.The in F i g. The apparatus shown in FIG. 1 can be enlarged to create a larger reaction volume and / or the reaction vessel can be modified to load a larger sample can be. Another type of heating, for example resistance heating, can also be used.

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.The diamonds produced according to the invention can be processed in the same manner as natural diamonds be used for industrial purposes, for example as grinding or cutting materials. You can but can also be used as pivot pins, bearings, semiconductors, gemstones, etc.

Claims

Patent claims:

1. A method for producing synthetic diamonds, characterized in that Melted carbon, the melted carbon in the diamond-stable pressure and temperature range above the equilibrium line of the phase diagram of carbon is recrystallized as diamond and the diamond is extracted.

2. The method according to claim 1, characterized in that graphite is used as carbon which contains so much impurities that it will be electrically conductive when converted to diamond the graphite is a pressure above the graphite-diamond equilibrium line in the state diagram Subjected by carbon, the temperature of graphite regardless of pressure Achieving a transformation of the graphite into diamond increases the temperature rise above the The melting point of carbon continued to allow at least a portion of the diamond to melt is, and the temperature is reduced so that the pressure-temperature conditions in diamond-stable pressure and temperature area of the phase diagram of carbon and thereby the molten carbon recrystallizes as diamond.

3. The method according to claim 2, characterized in that the pressure is at least approximately 130 kilobars and the temperature rises to at least about 4000 ° Kelvin.

1 sheet of drawings