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DE1284405B - Process for the synthesis of diamond - Google Patents

Process for the synthesis of diamond

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Publication number
DE1284405B
DE1284405B DE1963G0037646 DEG0037646A DE1284405B DE 1284405 B DE1284405 B DE 1284405B DE 1963G0037646 DE1963G0037646 DE 1963G0037646 DE G0037646 A DEG0037646 A DE G0037646A DE 1284405 B DE1284405 B DE 1284405B
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
graphite
diamond
pressure
temperature
sample
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE1963G0037646
Other languages
German (de)
Inventor
Bundy Francis Pettit
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
General Electric Co
Original Assignee
General Electric Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by General Electric Co filed Critical General Electric Co
Publication of DE1284405B publication Critical patent/DE1284405B/en
Pending legal-status Critical Current

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Synthese von Diamant, bei welchem Graphit einem über der Graphit-Diamant-Gleichgewichtslinie im diamantstabilen Bereich des Zustandsdiagramms von Kohlenstoff liegenden Druck ausgesetzt wird.The invention relates to a method for the synthesis of diamond, in which graphite one over the Graphite-diamond equilibrium line in the diamond-stable area of the phase diagram of carbon is exposed to lying pressure.

Bei den bisherigen Verfahren zur Synthese von Diamant wird gewöhnlich kohlenstoffhaltiges Material, beispielsweise Graphit, in Gegenwart eines Metall-' katalysators im diamantstabilen Bereich des Zustandsdiagramms von Kohlenstoff liegenden Drücken und Temperaturen ausgesetzt. Als Metallkatalysator wird dabei ein Metall der VIII. Gruppe des Periodischen Systems, Chrom, Mangan oder Tantal verwendet. Eine zur Synthese von Diamant geeignete Apparatur ist beispielsweise in der deutschen Patentschrift 1 207 923 beschrieben. Die Apparatur weist eine ringförmige Matrize auf, die mit einer nach beiden Seiten sich konisch erweiternden Mittelöffnung versehen ist, in die zwei gegenüberliegende konische Stempel zum Zusammenpressen einer in der Mittelöffnung angeordneten Reaktionskammer hineinbewegt werden können. Zur Abdichtung ist zwischen den Stempeln und der Matrize eine aus Keramik oder Stein bestehende Dichtung angeordnet, beispielsweise eine Dichtung aus Pyrophyllit. Zur Synthese von Diamant wird die kohlenstoffhaltiges Material und Metallkatalysator enthaltende Reaktionskammer über der Graphit-Diamant-Gleichgewichtslinie des Zustandsdiagramms von Kohlenstoff liegenden Drücken und Temperaturen ausgesetzt, wobei der Metallkatalysator geschmolzen wird. Der geschmolzene Metallkatalysator übt auf den Graphit eine katalytische Wirkung und eine Lösungswirkung aus, und es entstehen Diamanten. Nach Verringerung des Druckes und der Temperatur werden die Diamanten gewonnen. Die bei dem bisherigen Verfahren zur Synthese von Diamant erforderlichen hohen Temperaturen stellen eine kritische Größe dar. Mit den vorliegenden Apparaturen ließen sich bei Zimmertemperatur wesentlich höhere Drücke erzielen als bei erhöhten Temperaturen. Höhere Temperaturen verursachen darüber hinaus ein Zusammenschmelzen, chemische Reaktionen und/oder eine Zersetzung der das kohlenstoffhaltige Material und den Metallkatalysator umgebenden Stoffe und beeinflussen dadurch in schädlicher Weise die Diamantbildungsreaktion. Gleichzeitig ergeben sich bei hohen Temperaturen auf Grund des Zusammenschmelzens, der Zersetzung und von Phasenänderungen der das kohlenstoffhaltige Material und den Metallkatalysator umgebenden Stoffe unerwünschte Temperatur- und Druckschwankungen. Weiterhin nimmt bei dem bisherigen Verfahren zur Synthese von Diamant der Metallkatalysator ein beträchtliches Volumen der Reaktionskammer in Anspruch, wodurch die Diamantausbeute verringert wird. Die Metallkatalysatoren und die das kohlenstoffhaltige Material und den Metallkatalysator umgebenden Stoffe können an unerwünschten chemischen Reaktionen teilnehmen und die Diamantbildungsreaktion schädlich beeinflussende Verunreinigungen enthalten. Darüber hinaus hängen die Eigenschaften des gewonnenen Diamants vom verwendeten Metallkatalysator ab, beispielsweise kann der Diamant aus dem Metallkatalysator bestehende Einschlüsse aufweisen.The previous processes for the synthesis of diamond usually use carbonaceous material, for example graphite, in the presence of a metal 'catalyst in the diamond-stable area of the state diagram exposed to pressures and temperatures lying down by carbon. As a metal catalyst is a metal of group VIII of the periodic system, chromium, manganese or tantalum is used. An apparatus suitable for the synthesis of diamond is, for example, in the German patent 1 207 923. The apparatus has an annular die with one facing each side conically widening central opening is provided, in the two opposite conical stamps for Compression of a reaction chamber arranged in the central opening can be moved into it can. A ceramic or stone made of ceramic or stone is placed between the punches and the die for sealing Seal arranged, for example a seal made of pyrophyllite. For the synthesis of diamond the reaction chamber containing carbonaceous material and metal catalyst becomes above the graphite-diamond equilibrium line the phase diagram of carbon exposed to pressures and temperatures, with the metal catalyst is melted. The molten metal catalyst has a catalytic effect on the graphite Effect and a solution effect, and diamonds are created. After reducing the pressure and the temperature the diamonds are extracted. Those in the previous method of synthesis The high temperatures required by diamond are a critical factor. With the present Apparatuses could achieve significantly higher pressures at room temperature than at elevated temperatures. In addition, higher temperatures cause melting together, chemical reactions and / or decomposition of those surrounding the carbonaceous material and the metal catalyst Substances and thereby have a detrimental effect on the diamond formation reaction. Simultaneously arise at high temperatures due to fusion, decomposition and of Phase changes of the substances surrounding the carbonaceous material and the metal catalyst unwanted temperature and pressure fluctuations. Furthermore, with the previous method for the synthesis of diamond the metal catalyst takes up a considerable volume of the reaction chamber in Claim, whereby the diamond yield is reduced. The metal catalysts and the carbonaceous one The material and the substances surrounding the metal catalyst can take on undesirable chemical substances Reactions participate and the diamond formation reaction deleteriously influencing impurities contain. In addition, the properties of the extracted diamond depend on the metal catalyst used from, for example, the diamond can include inclusions made up of the metal catalyst exhibit.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Synthese von Diamant derart auszugestalten, daß die bei Verwendung eines Metallkatalysators auftretenden Schwierigkeiten beseitigt werden.The invention is therefore based on the object of a method for synthesizing diamond in this way to design that eliminates the difficulties encountered when using a metal catalyst will.

Diese Aufgabe wird nun erfindungsgemäß bei einem Verfahren zur Synthese von Diamant, bei welchem Graphit einem über der Graphit-Diamant-Gleichgewichtslinie im diamantstabilen Bereich des Zustandsdiagramms von Kohlenstoff liegenden Druck ausgesetzt wird, dadurch gelöst, daß der Graphit einem über ungefähr 120 Kilobar liegenden Druck ausgesetzt und thermische Energie so zur Einwirkung gebracht wird, daß durch das Zusammenwirken von Druck und Temperatur der Graphit unterhalb der Schmelzlinie von Kohlenstoff in Diamant umgewandelt wird, worauf die Wärmezufuhr abgebrochen, der Druck verringert und Diamant gewonnen wird.According to the invention, this object is now achieved in a method for synthesizing diamond, in which Graphite one above the graphite-diamond equilibrium line in the diamond-stable area of the state diagram is exposed to lying pressure by carbon, in that the graphite exposed to a pressure of about 120 kilobars and thermal energy to act is brought that by the interaction of pressure and temperature the graphite below the The melting line of carbon is converted into diamond, whereupon the supply of heat is cut off Pressure is reduced and diamond is extracted.

Beim Verfahren nach der Erfindung ist also kein Metallkatalysator erforderlich, vielmehr wird der Graphit unmittelbar in Diamant umgewandelt, ohne daß ein Schmelzen des Graphits erforderlich ist. Vorzugsweise wird die thermische Energie durch elektrische Widerstandsheizung erzeugt.In the process according to the invention, no metal catalyst is required, rather the Graphite is instantly converted to diamond without the need to melt the graphite. The thermal energy is preferably generated by electrical resistance heating.

Die Erfindung wird nun an Hand von Zeichnungen näher 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 Apparatur zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung,F i g. 1 is a view of an apparatus for implementing it the method according to the invention,

F i g. 2 im Schnitt eine Ansicht des mit einer Probe beschickten Reaktionsgefäßes nach Fig. 1,F i g. 2 is a sectional view of the with a sample charged reaction vessel according to Fig. 1,

F i g. 2a eine aus dem Reaktionsgefäß nach F i g. 2 entnommene Diamantmasse,F i g. 2a one from the reaction vessel according to FIG. 2 removed diamond mass,

F i g. 3 einen Schrägschnitt des Reaktionsgefäßes nach F i g. 2 mit Graphitelektroden, Beschickung und Reaktionsgefäßteilen,F i g. 3 shows an oblique section of the reaction vessel according to FIG. 2 with graphite electrodes, loading and reaction vessel parts,

F i g. 4 im Schnitt eine abgewandelte Ausfuhrungsform des Reaktionsgefäßes nach F i g. 2,F i g. 4 shows, in section, a modified embodiment of the reaction vessel according to FIG. 2,

F i g. 4a eine aus dem Reaktionsgefäß nach F i g. 4 entnommene Diamantenmasse,F i g. 4a one from the reaction vessel according to FIG. 4 removed diamond mass,

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

F i g. 6 eine graphische Darstellung der zugeführten elektrischen Leistung, der zugeführten Wärmeenergie und des Widerstandes einer Graphitprobe in Abhängigkeit von der Zeit für ein spezielles Arbeitsbeispiel, F i g. 6 shows a graph of the electrical power supplied, the thermal energy supplied and the resistance of a graphite sample as a function of time for a specific working example,

F i g. 7 eine Darstellung des Zustandsdiagramms von Kohlenstoff,F i g. 7 shows a representation of the state diagram of carbon;

F i g. 8 eine graphische Darstellung des Schmelzpunktes von Kohlenstoff auf einer Widerstandskurve, der zugeführten elektrischen Leistung und Wärmeenergie in Abhängigkeit von der Zeit beim Schmelzen von Graphit undF i g. 8 is a graph of the melting point of carbon on a resistance curve; the supplied electrical power and thermal energy as a function of the time during melting of graphite and

F i g. 9 eine graphische Darstellung der in F i g. 6 gezeigten Widerstandskurve R6 und der in F i g. 8 gezeigten Widerstandskurve R 8 in Abhängigkeit von der zugeführten Energie.F i g. 9 is a graphical representation of the processes shown in FIG. 6 shown resistance curve R 6 and in F i g. 8 shown resistance curve R 8 as a function of the supplied energy.

Es hat sich unerwarteterweise herausgestellt, daß man eine unmittelbarere Umformung oder Umwandlung von Kohlenstoff, beispielsweise Graphit, in Diamant erreichen kann, wenn man den Graphit nur sehr hohen Drücken und hohen Temperaturen aussetzt. Durch Verwendung hoher Temperaturen in Verbindung mit einem hohen Druck verringert sich der zur Umwandlung erforderliche hohe Druck. Als kohlenstoffhaltiges Material wird ein nicht in Diamantform vorliegendes Material bezeichnet, das Kohlenstoff enthält und vor der Umwandlung in Diamant unter den Reaklionsbedingungen reagiert, sich zersetzt oder sonstwie nicht diamanlförmigen elementaren Kohlenstoff ergibt. Elementarer Kohlen-It has unexpectedly been found that one can do a more immediate transformation or transformation of carbon, for example graphite, in diamond can be achieved by using the graphite only subject to very high pressures and high temperatures. By using high temperatures in conjunction with a high pressure, the high pressure required for conversion is reduced. A material that is not in the form of a diamond is referred to as a carbonaceous material which Contains carbon and reacts under the reaction conditions before being converted into diamond, decomposes or otherwise results in non-diamond-shaped elemental carbon. Elemental coal

3535

5555

stoff ist die nicht in Form einer Verbindung vorliegende Form von Kohlenstoff und umfaßt amorphen Kohlenstoff, Lampenruß, Kohle, Pech, Teer usw. Als Ausgangsmaterial wird vorzugsweise Graphit hoher Reinheit und hoher Dichte wegen seiner bekannten und erwünschten Eigenschaften verwendet, beispielsweise wegen seiner Kristallstruktur, der Verwandtschaft seiner Krislallstruktur mit der von Diamant, seiner Dichte, seinem Gehalt an Verunreinigungen und wegen seiner verhältnismäßig leichten Umwandelbarkeit in Diamant.substance is that which is not in the form of a compound Form of carbon and includes amorphous carbon, lamp soot, coal, pitch, tar, etc. as a raw material is preferably high purity and high density graphite because of its well known and desired properties are used, for example because of its crystal structure, the relationship its crystal structure with that of diamond, its density, its content of impurities and because of its relatively easy convertibility into diamond.

Der Ausdruck »Umwandlung« wird gattungsmäßig zur Bezeichnung der Änderung oder der Änderungen verwendet, die bei der Kohlenstoff-Diamant-Umwandlung auftreten, insbesondere bei der Graphit-Diamant-Umwandlung, wo das Kristallgefüge von Graphit unmittelbar zu einem Diamantkristallgefüge abgeändert wird, ohne daß zur Erleichterung des Verfahrens ein Katalysator erforderlich ist.The term "conversion" is used generically to denote the change or changes used in the carbon-diamond conversion, especially in the graphite-diamond conversion, where the crystal structure is changed directly from graphite to a diamond crystal structure without any facilitation of the Process a catalyst is required.

Eine Anregung oder Bewegung des Kohlenstoffkristallgitters wird in einer Form dadurch erreicht, daß der Graphit sehr hohen Temperaturen zur Umwandlung in Diamant ausgesetzt wird. Es hat sich herausgestellt, daß bei einem solchen Verfahren kein spezielles Material erforderlich ist, welches in der in der deutschen Patentschrift 1 147 926 beschriebenen Weise eine katalytische Wirkung oder Lösungswirkung ergibt. An excitation or movement of the carbon crystal lattice is achieved in a form that the graphite is exposed to very high temperatures for conversion into diamond. It has pointed out that no special material is required in such a method, which in the in the manner described in German patent specification 1,147,926 results in a catalytic effect or dissolving effect.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung wird eine Apparatur verwendet, die eine Abwandlung der in der deutschen Patentschrift 1 207 923 beschriebenen Apparatur darstellt. Diese abgewandelte Apparatur ist im richtigen Maßstabverhältnis in F i g. 1 dargestellt. Die Apparatur 10 enthält eine ringförmige Matrize II mit einer öffnung 12, die sich von der Mitte nach beiden Enden zu konisch erweitert. Die Matrize 11 ist zur Erhöhung der Festigkeit von aus hartem Stahl bestehenden Ringen (nicht gezeigt) umschlossen. Ein Material, aus welchem die Matrize 11 hergestellt werden kann, ist ein aus Wolframcarbid und Kobalt bestehendes Hartmetall. Die abgeänderte Ausführungsform der Matrize 11 besitzt konische Oberflächen 13, die einen Winkel von ungefähr 52,2 mit der Waagerechten einschließen, und eine im allgemeinen kreisförmige zylindrische Kammer 14 mit einem Durchmesser von 5,08 mm.In one embodiment of the invention, an apparatus is used which is a modification of the in the apparatus described in German Patent 1 207 923. This modified apparatus is in the correct scale ratio in FIG. 1 shown. The apparatus 10 includes an annular one Die II with an opening 12, which extends from the Center widened to conically towards both ends. The die 11 is made of to increase the strength Enclosed hard steel rings (not shown). A material from which the die 11 is a hard metal consisting of tungsten carbide and cobalt. The modified one Embodiment of the die 11 has conical surfaces 13 that form an angle of approximately 52.2 with the horizontal, and a generally circular cylindrical chamber 14 with a diameter of 5.08 mm.

Konzentrisch zur öffnung 12 sind zwei einander gegenüberliegende konische Stempel 15 und 16 angeordnet, deren Basisteil einen Außendurchmesser von ungefähr 25 mm aufweist. Die Stempel 15 und 16 bilden zusammen mit der Matrize 11 eine Reaktionskammer. Auch die Stempel 15 und 16 sind zur Erhöhung der Festigkeit von aus hartem Stahl bestehenden Ringen (nicht gezeigt) umschlossen. Ein zur Herstellung der Stempel 15 und 16 geeignetes Material ist ein aus Wolframcarbid und Kobalt bestehendes Hartmetall. Die abgeänderten Stempel besitzen konische Seitenflächen 17, die einen Winkel von 60 einschließen, und Stirnflächen mit einem Durchmesser von 3,81 mm. Die konisch ausgebildeten Teile der Stempel haben eine axiale Länge von ungefähr 14,2 mm. Wegen der zwei voneinander verschiedenen Winkel von 60 und 52.2" ist zwischen einem Stempel und der Matrize jeweils ein keilförmiger, für eine Dichtung vorgesehener Zwischenraum vorhanden. ()5Two opposite conical punches 15 and 16 are arranged concentrically to the opening 12, the base part of which has an outer diameter of approximately 25 mm. The punches 15 and 16 together with the die 11 form a reaction chamber. The punches 15 and 16 are also enclosed by rings made of hard steel (not shown) to increase the strength. A material suitable for producing the punches 15 and 16 is a hard metal consisting of tungsten carbide and cobalt. The modified punches have conical side surfaces 17 which enclose an angle of 60, and end surfaces with a diameter of 3.81 mm. The conical parts of the punches have an axial length of approximately 14.2 mm. Because of the two different angles of 60 and 52.2 ", there is a wedge-shaped space between a punch and the die, provided for a seal. () 5

Eine weitere Abänderung betrifft die Dichtungsmittel. Es wird nämlich für jeden Zwischenraum jeweils nur eine einzige Dichtung 19 aus Pyrophyllit verwendet. Die Dichtungen 19 zwischen den Stempeln 15 und 16 und der Matrize 11 sind keilförmig, damit sie in den vorgegebenen Zwischenraum passen, und haben eine solche Dicke, daß zwischen den Stirnflächen 18 der Stempel 15 und 16 ein Abstand von 1,52 mm verbleibt.Another modification concerns the sealants. Namely, it becomes for every space in between only a single seal 19 made of pyrophyllite is used. The seals 19 between the punches 15 and 16 and the die 11 are wedge-shaped so that they fit into the predetermined space, and have such a thickness that between the end faces 18 of the punch 15 and 16 a distance of 1.52 mm remains.

Mit der abgeänderten Apparatur lassen sich Drücke im Bereich von 100 bis 180 Kilobar und mehr erzielen. Die" wesentlichen Merkmale der abgeänderten Ausführungsform sind die Verhältnisse bestimmter Abmessungen. Diese Abmessungen sind: erstens der Durchmesser der Stempelstirnfläche 18, zweitens der Abstand zwischen den Stempelstirnflächen 18 in der in F i g. 1 gezeigten Anfangslage vor dem Zusammendrücken und drittens die schräg verlaufende Höhe der Dichtung 19 entlang des konischen Teils 17 der Stempel. Bei bereits im Betrieb befindlichen Ausführungsformen der Apparatur hat das Verhältnis des Abstandes G der beiden Stirnflächen 18 zum Durchmesser einer Stirnfläche 18 einen Wert von unter 2,0, vorzugsweise unter 1,75, und beträgt bei der in F i g. 1 gezeigten Ausführungsform 0,2. Die durch den Durchmesser der Stempelstirnfläche 18 vorgegebene Länge L der Dichtung 19 ist sechsmal so groß wie der Durchmesser, d. h. L/D = 6. Bei der in der deutschen Patentschrift 1 207 923 beschriebenen Apparatur hat das Verhältnis GjD einen Wert von 2,0 und das Verhältnis L/D einen Wert von unter 1,0. Mit diesen zuletzt genannten Verhältnissen lassen sich die in dieser Erfindung erforderlichen hohen Drücke nicht erzielen. Die bevorzugten Verhältnisse ergeben eine größere seitliche Abstützung der Stempel 15 und 16, ohne daß die Kraftkomponente wesentlich erhöht wird, die zum Zusammendrücken der Dichtung und daher zur Erzielung eines Druckanstieges im. Reaktionsgefäß erforderlich ist.With the modified apparatus, pressures in the range from 100 to 180 kilobars and more can be achieved. The "essential features of the modified embodiment are the proportions of certain dimensions. These dimensions are: firstly the diameter of the punch end face 18, secondly the distance between the punch end faces 18 in the initial position shown in FIG. 1 before compression, and thirdly the inclined height of the seal 19 along the conical part 17. In the case of embodiments of the apparatus that are already in operation, the ratio of the distance G between the two end faces 18 to the diameter of an end face 18 is less than 2.0, preferably less than 1.75, and is 0.2 in the embodiment shown in Fig. 1. The length L of the seal 19, which is predetermined by the diameter of the punch face 18, is six times as large as the diameter, ie L / D = 6. 923, the ratio GjD has a value of 2.0 and the ratio L / D has a value of less than 1.0 In the last-mentioned conditions, the high pressures required in this invention cannot be achieved. The preferred ratios result in a greater lateral support of the punches 15 and 16 without the force component is significantly increased, which is necessary to compress the seal and therefore to achieve a pressure increase in the. Reaction vessel is required.

Zwischen den Stempelstirnflächen 18 wird ein Reaktionsgefäß 20 angeordnet. Das Reaktionsgefäß 20 enthält einen zylindrischen oder spuienförmigen Probenhalter 21 aus Pyrophyllit mit einer Mittelöffnung 22. In F i g. 2 sind die Teile in ihrer richtigen gegenseitigen Lage näher dargestellt, die in der öffnung 22 angeordnet werden. Das Reaktionsgefäß 20 enthält sowohl die Probe als auch eine Heizeinrichtung in Form eines festen geraden Kreiszylinders, der aus drei konzentrisch nebeneinanderliege/iden Scheiben 23,24 und 25 besteht. Die Scheibe 23 besteht wiederum aus einem größeren (3/4) Segment aus Pyrophyllit und aus einem kleineren (V4) Segment 27 aus Graphit, der zur Leitung des elektrischen Stromes dient. Die Scheibe 25 besteht aus einem größeren (3/4) Segment 28 aus Pyrophyllit und aus einem kleineren ('/4) Segment 29 aus Graphit, der zur Leitung des elektrischen Stromes dient. Die Scheibe 24 besteht aus zwei auseinanderliegenden Segmenten 30 und 31 (nicht gezeigt) aus Pyrophyllit, zwischen denen eine stab- oder riegeiförmige Graphitprobe 32 angeordnet ist. Die Graphitprobe ist ungefähr 0,50 mm dick, 0;#3 mm breit und 2,03 mm lang. Jede der Scheiben 23,24 und 25 besitzt einen Durchmesser von 2,03 mm und eine Dicke von 0,50 mm. In F i g. 3 ist das Reaktionsgefäß nach F i g. 2 im Schrägschnitt von oben dargestellt. Es ist ersichtlich, daß ein elektrischer Stromweg, von der Graphitsegmentelektrode 27 ausgehend, über die Probe 32 zur Graphitsegmentelektrode 29 vorhanden ist, der zur elektrischen Widerstandsheizung der Probe 32 dient.A reaction vessel 20 is arranged between the punch end faces 18. The reaction vessel 20 contains a cylindrical or coil-shaped sample holder 21 made of pyrophyllite with a central opening 22. In FIG. 2 the parts which are arranged in the opening 22 are shown in more detail in their correct mutual position. The reaction vessel 20 contains both the sample and a heating device in the form of a solid, straight circular cylinder, which consists of three concentrically juxtaposed / identical disks 23, 24 and 25. The disc 23 in turn consists of a larger (3/4) segment of pyrophyllite and a smaller (V 4) segment 27 made of graphite, which serves to lead the electric current. The disk 25 consists of a larger (3/4) Segment 28 of pyrophyllite and a smaller ( '/ 4) segment 29 made of graphite, which serves to lead the electric current. The disk 24 consists of two spaced apart segments 30 and 31 (not shown) made of pyrophyllite, between which a rod-shaped or bar-shaped graphite sample 32 is arranged. The graphite sample is approximately 0.50 mm thick, 0.3 mm wide and 2.03 mm long. Each of the disks 23, 24 and 25 has a diameter of 2.03 mm and a thickness of 0.50 mm. In Fig. 3 is the reaction vessel according to FIG. 2 shown in an oblique section from above. It can be seen that there is an electrical current path, starting from the graphite segment electrode 27, via the sample 32 to the graphite segment electrode 29, which is used for electrical resistance heating of the sample 32.

In F i g. 4 ist eine abgeänderte AusführungsformIn Fig. 4 is a modified embodiment

des Reaktionsgefäßes 20 gezeigt. Das in F i g. 4 gezeigte Reaktionsgefäß 33 enthält zwei Graphitscheiben 34 und 35 mit einer Dicke von ungefähr 0,25 mm, die als Graphitelektroden für die elektrische Widerstandsheizung der Probe dienen. Ein zwischen den Scheiben 34 und 35 angeordneter Pyrophyllitzylinder 36 besitzt eine gleichachsige Mittelöffnung 37, die zur Aufnahme einer Probe 38 dient. Die Probe 38 hat die Form eines Zylinders mit einemof the reaction vessel 20 is shown. The in Fig. The reaction vessel 33 shown in FIG. 4 contains two graphite disks 34 and 35 with a thickness of about 0.25 mm, which are used as graphite electrodes for the electrical Resistance heating of the sample are used. A pyrophyllite cylinder disposed between disks 34 and 35 36 has an equiaxed central opening 37 which is used to receive a sample 38. the Sample 38 is in the shape of a cylinder with a

so geeicht werden, daß der ungefähre Druck im Reaktionsgefäß angegeben werden kann.be calibrated so that the approximate pressure in the reaction vessel can be specified.

Die Graphitprobe 32 bzw. 38 wird hohen Temperaturen ausgesetzt, erforderlichen- oder gegebenenfalls durch elektrische Widerstandsheizung, wobei eine Stromentladung durch die Probe hindurchgeführt werden kann. Die Stempel 15 und 16 sind durch Zuleitungen 39 und 40 an eine Stromquelle (nicht gezeigt) angeschlossen, so daß beispielsweise, ausThe graphite sample 32 or 38 is exposed to high temperatures, required or optionally by electrical resistance heating, whereby a current discharge is passed through the sample can be. The stamps 15 and 16 are connected to a power source (not shown) connected, so that, for example, off

Durchmesser von 0,76 mm und einer Länge von i0 gehend vom Stempel 15, über die Graphitelektrode 27, 1,02 mm. die Probe 32 und die Graphitelektrode 29 eine Strom-Diameter of 0.76 mm and a length of i 0 going from the punch 15, over the graphite electrode 27, 1.02 mm. the sample 32 and the graphite electrode 29 a current

Die beschriebene Apparatur 10 liefert einen ge- entladung zum Stempel 16 stattfinden kann, wünschten Druck im Gebiet über der Graphit-Dia- Eine zur Stromentladung durch die Probe 32 oderThe apparatus 10 described provides a discharge to the punch 16 can take place, desired pressure in the area above the graphite slide-in to discharge current through the sample 32 or

mant-Gleichgewichtslinie E im Zustandsdiagramm 38 geeignete Schaltung 41 wird nun an Hand von von Kohlenstoff, das in F i g. 7 gezeigt ist. Zur In- 15 F i g. 4 beschrieben. Bei der gezeigten Schaltung betriebnahme wird die gezeigte Apparatur 10 zwischen handelt es sich um eine Kondensatorentladeschaltung, die Preßtische einer geeigneten Presse gebracht, mit mit deren Hilfe Strom durch die Apparatur 10 enlderen Hilfe die Stempel 15 und 16 aufeinander zu laden werden kann, wobei zur Bestimmung des Widerbewegt werden, so daß das Reaktionsgefäß zusammen- Standes der Probe die bei der Entladung auftretenden gepreßt und die Probe 32 bzw. 38 hohen Drücken 20 Spannungen und Ströme mit Hilfe eines Oszillograausgesetzt wird. Zur Eichung der Apparatur auf phen gemessen werden. Die in F i g. 5 gezeigte Schalhohe Drücke kann das in den deutschen Patent- tung 41 enthält eine als Kondensator 42 dargestellte Schriften 1 147 926 und 1 207 923 beschriebene Eich- Elektrolytkondensatorreihe mit einer Kapazität von verfahren verwendet werden. Bei diesem Eichverfah- ungefähr 85 000 Mikrofarad. Der Kondensator 42 ren werden bestimmte Metalle Drücken ausgesetzt, 25 kann bis auf ungefähr 120VoIt aufgeladen werden, bei denen ein sich auf das elektrische Verhalten dieser Der eine Pol des Kondensators 42 ist durch eine Metalle auswirkender Phasenübergang stattfindet. Leitung 43 über einen Schalter 44 und einen induk-Wird beispielsweise Eisen zusammengepreßt, dann tivitätsfreien Stromwiderstand 45 von 0,00193 Ohm tritt bei einem Druck von ungefähr 130 Kilobar mit dem oberen Stempel 15 verbunden. Der Widereine deutliche reversible Änderung des elektrischen 30 stand 45 ist über die Leitung 46 geerdet. Der andere Widerstandes auf. Bei der Eichung der Apparatur Pol des Kondensators 42 ist durch die Leitung 47 bedeutet also eine Widerslandsänderung im Eisen über eine Drosselspule 48 mit einer Induktivität einen Druck von 130 Kilobar. von 25 Mikrohenry und einem Widerstand vonThe circuit 41 suitable for the mant equilibrium line E in the state diagram 38 is now illustrated by means of carbon, which is shown in FIG. 7 is shown. To the In- 15 F i g. 4 described. In the circuit shown operation, the apparatus 10 shown is a capacitor discharge circuit, the press tables are brought to a suitable press, with the aid of which current through the apparatus 10 can be used to load the punches 15 and 16 on one another, with the determination of being moved again so that the reaction vessel is pressed together with the sample that occurs during discharge and the sample is exposed to 32 or 38 high pressures 20 voltages and currents with the aid of an oscilloscope. To calibrate the apparatus to be measured on phen. The in F i g. 5 can be used that in German patent 41 contains a calibration electrolytic capacitor series with a capacitance of processes described as a capacitor 42 in documents 1 147 926 and 1 207 923. With this calibration procedure approx. 85,000 microfarads. The capacitor 42 ren are exposed to certain metals pressures, 25 can be charged up to approximately 120VoIt, at which a phase transition takes place which affects the electrical behavior of this. One pole of the capacitor 42 is due to a metal. Line 43 via a switch 44 and an inductive If, for example, iron is pressed together, then activity-free current resistance 45 of 0.00193 ohms occurs at a pressure of approximately 130 kilobars connected to the upper punch 15. A significant reversible change in the electrical 30 stand 45 is grounded via the line 46. The other resistance on. When calibrating the apparatus pole of the capacitor 42 is through the line 47, a change in contradiction in the iron via a choke coil 48 with an inductance means a pressure of 130 kilobars. of 25 microhenries and a resistance of

In der folgenden Tabelle sind die Metalle angeführt, 0.0058 Ohm mit dem unteren Stempel 16 verbunden, die zur Eichung der beschriebenen Gürtclapparalur 35 Der Kondensator 42 wird von irgendeiner geeigneten verwendet wurden. . Stromquelle 49 (nicht gezeigt) aufgeladen. Nach demThe following table lists the metals, 0.0058 ohms connected to the lower punch 16, for the calibration of the belt clamp 35 described. The capacitor 42 is of any suitable were used. . Power source 49 (not shown) charged. After this

Aufladen des Kondensators 42 kann der Schalter 44The switch 44 can charge the capacitor 42

Tabelle I geschlossen werden und dadurch der aufgeladeneTable I will be closed and thereby the charged

Kondensator 42 über die Probe 32 im Reaktionsgefäß 20 entladen werden. Auf der Grundlage von kaltem, von Stoffen wie Pyrophyllit, Magnesiumoxyd (MgO) und Bornitrid (BN) umgebenem Graphit und unter Zugrundelegung gewöhnlicher Wärmeleitfähigkeits- und Wärmekapazitätsvverte durchgeführte thermodynamische Berechnungen ergeben, daß die Temperatur in der Mitte einer Graphitprobe im Reaktionsgefäß nach F i g. 2 in ungefähr 0,015 Sekunden auf die Hälfte absinkt. Durch die beschriebene elektrische Schaltung wird die erforderliche Heizenergie in ungefähr 0,001 bis 0,004 Sekunden zugeführt. Capacitor 42 can be discharged via sample 32 in reaction vessel 20. Based on cold graphite surrounded by substances such as pyrophyllite, magnesium oxide (MgO) and boron nitride (BN) and carried out on the basis of ordinary thermal conductivity and thermal capacity values thermodynamic calculations show that the temperature in the middle of a graphite sample is im Reaction vessel according to FIG. 2 in about 0.015 seconds drops by half. The electrical circuit described provides the required heating energy delivered in about 0.001 to 0.004 seconds.

Am zweckmäßigsten beobachtet man das Verhalten einer elektrisch leitenden Probe durch Messung des elektrischen Widerslandes der Probe. Bekanntlich wirdThe best way to observe the behavior of an electrically conductive sample is to measure the electrical contradiction of the sample. As is well known

Metallmetal

Wismut I*) .
Thallium ..
Caesium ...
Barium I*) .
Wismut III*)
Bismuth I *).
Thallium ..
Cesium ...
Barium I *).
Bismuth III *)

Eisen iron

Barium II*)Barium II *)

Blei lead

Rubidium ..Rubidium ..

Ubergangsdruck in KilobarTransition pressure in kilobars

2525th

3737

4242

5959

8989

130130

141141

161161

193193

*) Da einige Metalle mit ansteigendem Druck mehrere Chergänge*) Since some metals, with increasing pressure, several passages

Sind diC vcrwcndclenAre the diC rotated

bezeichnet.designated.

mit römischen Ziffern 55 Graphit a|s elektrischer Leiter undwith roman numerals 55 graphite a | s electrical conductor and

elektrischer Isolator angesehen. Im vorliegenden Falleconsidered electrical insulator. In the present case

ist die Graphitprobe 32 ein Glied in dem beschriebenen Stromkreis, und die Umwandlung von Graphit in Diamant wird daher durch ein Ansteigen des Widerfahren findet sich in den folgenden Veröffentlichungen: 60 Standes und oder durch einen einem geöffneten F. P. B u η d y. Calibration Techniques in Ultra High Stromkreis entsprechenden Zustand angezeigt. Beithe graphite sample 32 is a link in the circuit described, and the conversion of graphite into Diamond is therefore found in the following publications by an increasing number of occurrences: 60 Stand and or by an open one F. P. B u η d y. Calibration Techniques displayed in Ultra High Circuit Appropriate State. at

der Durchführung der Erfindung wird daher ein ' Kelvinbrückenohmmeler 50 zwischen den oberen Stempel 15 und den unteren Stempel 16 geschaltet, of Scientific Instruments, Vol. 32, Nr. 3. S. 308 bis 65 damit der Widerstand des Reaktionsgefäßes oder der 313. März 1961. Probe 32 gemessen werden kann.The implementation of the invention is therefore a 'Kelvin bridge resistor 50 between the upper Stamp 15 and the lower stamp 16 switched, of Scientific Instruments, Vol. 32, No. 3. S. 308 to 65 thus the resistance of the reaction vessel or the March 31, 1961. Sample 32 can be measured.

Durch Verwendung der elektrischen Widerslands- Zur graphischen Darstellung der Spannung undBy using the electrical contradiction to graph the voltage and

änderungen der angeführten Metalle kann eine Presse des durch die Probe 32 hindurchiiehenden StromesChanges to the metals listed can be achieved by pressing the current flowing through the sample 32

Eine ausführlichere Beschreibung der zur Bestimmung der obigen Ubergangswerte verwendeten Ver-A more detailed description of the process used to determine the above transition values

Pressures. Journal of Engineering for Industry, Mai 1961; S. Ba Ich a η and H. G. Drickamer, Transactions of the ASME, Series B und A, ReviewPressures. Journal of Engineering for Industry, May 1961; S. Ba I a η and H. G. Drickamer, Transactions of the ASME, Series B and A, Review

enthält die Schaltung 41 einen Oszillographen 51, der durch eine Leitung 52 (für das Spannungssignal E) mit dem unteren Stempel 16 und durch eine Leitung 53 (für das Stromsignal E1) 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 Widerstand 45, so daß die E- und die £,-SignaIe zum Oszillographen eine gemeinsame Erde haben. Der Oszillograph besitzt ein der Entladezeit entsprechendes Aufzeichnungsintervall, wobei 0 bis 5 und 0 bis 10 Millisekunden bei den Erfindungsbeispielen verwendet wurden. Das Oszillogramm wurde durch eine vor dem Bildschirm angeordnete Sofortbildkamera photographiert.the circuit 41 contains an oscilloscope 51 which is connected by a line 52 (for the voltage signal E) to the lower stamp 16 and by a line 53 (for the current signal E 1 ) 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 resistor 45, so that the E and the E, signals to the oscilloscope have a common ground. The oscilloscope has a recording interval corresponding to the discharge time, 0 to 5 and 0 to 10 milliseconds being used in the examples of the invention. The oscillogram was photographed by an instant camera placed in front of the screen.

Zum Erzeugen eines Kippsignals für den Oszillographen 51 können verschiedene Anordnungen verwendet werden. Bei einer zweckdienlichen Schallung wird ein Kondensator 54 mit einer Kapazität von 1 Mikrofarad in eine von der einen Seite der Drosselspule 48 zum Oszillographen 51 führende Leitung 55 eingeschaltet. Ein weiterer Kondensator 54' mit einer Kapazität von 1 Mikrofarad wird zwischen die Erdung 40 und die andere Seite der Drosselspule 48 eingeschaltet. Das Ablenkkippsignal entspricht also ungefähr dem Spannungsabfall an der Drosselspule 48. Für den beabsichtigten Zweck sind natürlich auch noch viele Anordnungen möglich. Beispielsweise können mehrere Oszillographen verwendet werden oder, falls keine Messungen erforderlich sind, kann der Oszillograph und der dazugehörige Teil der Schaltung weggelassen werden.Various arrangements can be used to generate a tilt signal for the oscilloscope 51 will. In the case of an appropriate sounding, a capacitor 54 with a capacitance of 1 microfarad into a line 55 leading from one side of the choke coil 48 to the oscilloscope 51 switched on. Another capacitor 54 'with a capacity of 1 microfarad is between ground 40 and the other side of choke coil 48 turned on. The deflection tilt signal therefore corresponds approximately the voltage drop across the inductor 48. For the intended purpose are of course also many arrangements still possible. For example, several oscilloscopes can be used or if no measurements are required, the oscilloscope and the associated part of the circuit can be omitted.

Der Temperaturanstieg in der Probe wird durch Berechnung bestimmt, da es keine Instrumente gibt, mil denen so hohe Temperaturen innerhalb so kurzer Zeit mit ausreichender Genauigkeit gemessen werden können. Den Temperaturberechnungen liegen teilweise die innerhalb eines weiten Temperaturbereiches bekannten Werte der spezifischen Wärme von Graphit zugrunde. Diese Werte wurden experimentell bestimmt und mit den bereits bekannten Werten verglichen.The rise in temperature in the sample is determined by calculation, since there are no instruments with which such high temperatures can be measured with sufficient accuracy within such a short time can. The temperature calculations are partly within a wide temperature range known values of the specific heat of graphite. These values were determined experimentally and compared with the values already known.

in Grad Kelvin aufzeichnen. Man kann auch obige Tabellenwerte in die GleichungRecord in degrees Kelvin. You can also add the table values above to the equation

τ Q = J Cp (T)dT τ Q = J Cp (T) dT

einsetzen und erhält dann das gleiche Ergebnis. Q ist dabei die zugeführte Wärme in Kilokalorien pro Mol, T0 ist die Anfangstemperatur, T ist die Endtemperatur und Cp ist die spezifische Wärme. In der folgenden Tabelle Ha sind Werte von Q und T0 als Beispiele angeführt.and get the same result. Q is the supplied heat in kilocalories per mole, T 0 is the starting temperature, T is the end temperature and Cp is the specific heat. In the following table Ha, values of Q and T 0 are given as examples.

Tabelle HaTable Ha

/ kcal \
Q { Mol J
/ kcal \
Q { mole J
T(K)T (K)
00 300300 55 14501450 1010 22502250 1515th 30503050 2020th 38003800 2525th 46004600

Tabelle IITable II

7 ι κι7 ι κι / ca! \/ approx! \ 300300 ^ Mol K ) ^ Mole K ) 500500 2.052.05 750750 3,493.49 10001000 4,484.48 12501250 5.145.14 15001500 5,355.35 20002000 5,755.75 25002500 6,06.0 30003000 6.26.2 35003500 6.356.35 40004000 6,56.5 6.656.65

4545

5555

6060

Stellt man nun die Abhängigkeit der spezifischen Wärme von der Temperatur graphisch dar, indem man die spezifische Wärme als Ordinate und die Temperatur als Abszisse aufträgt, dann kann man die Fläche unter der Kurve integrieren und in einer weiteren Kurve die pro MoI Graphit zugeführte Wärmemenge in Kilokalorien in Abhängigkeit von der Temperatur Aus der vom Oszillographen gelieferten Spannungskurve und Stromkurve kann man durch Multiplikation der zusammengehörigen Strom- und Spannungswerte die zu jedem Zeitpunkt zugeführte Leistung berechnen. In F i g. 6 zeigt die Kurve K die zugeführte Leistung in Kilowatt in Abhängigkeit von der Zeit.If the dependence of the specific heat on the temperature is represented graphically by plotting the specific heat as the ordinate and the temperature as the abscissa, then the area under the curve can be integrated and the amount of heat supplied per MoI graphite in kilocalories in a further curve depending on the temperature From the voltage curve and current curve supplied by the oscilloscope, the power supplied at any point in time can be calculated by multiplying the associated current and voltage values. In Fig. 6 shows the curve K the supplied power in kilowatts as a function of time.

Zwischen Spannung und Strom besteht die Beziehung: R = U/1. Die U- und /-Werte können aus dem Oszillogramm entnommen werden, und auf diese Weise kann die in F i g. 6 mit J bezeichnete Kurve gewonnen werden.The relationship between voltage and current is: R = U / 1. The U and / values can be taken from the oscillogram and in this way the values shown in FIG. 6 curve labeled J can be obtained.

Bei der Berechnung der in der Probe erreichten Temperatur muß man bestimmte Verluste durch Korrekturen berücksichtigen. Zu diesen Korrekturen gehören: erstens die in den Endelektrodenbereichen erzeugte Wärme, beispielsweise zwischen Eingang einer der Elektroden 27 oder 29 und der Probe 32 (da die Stoffe und Querschnitlsänderungen bekannt sind, kann dieser Wärmeverlust berechnet werden), zweitens die Wärmeleitungsverluste zu den Wänden des Reaktionsgefäßes (durch Durchführung von Versuchen in Reaktionsgefäßen mit aus anderen Stoffen bestehenden Wandungen, in denen die Abkühlzeit gemessen wird, kann der Wärmeverlust unter Zugrundelegung der bekannten Graphitschmelztemperatur für eine gegebene Reaktionsgefäßanordnung festgestellt werden) und drittens der elektrische Stromverlust durch die bei höherer Temperatur leitenden Wände (der durch Durchführung von Versuchen in Reaktionsgefäßen mit aus verschiedenen Stoffen bestehenden Wänden und durch Vergleich der Ergebnisse ermittelt werden kann). Auf Grund dieser wichtigeren Korrekturfaktoren können die Temperaturwerte bis zu ± 10% schwanken. Der rein numerische Wert ist jedoch nur von sekundärer Bedeutung, da in der beschriebenen Apparatur verschiedene Entladeenergiewerte Diamanten ergeben. Die gewünschte Temperatur in der Probe wird durch Veränderung der elektrischen Ladung oder Kapazität der Schaltung 41 erreicht. Die Endlemperatur der Graphit-When calculating the temperature reached in the sample, certain losses must be taken into account Take corrections into account. These corrections include: First, those in the end electrode areas generated heat, for example between the input of one of the electrodes 27 or 29 and the sample 32 (since the materials and cross-sectional changes are known, this heat loss can be calculated), second, the heat conduction losses to the walls of the reaction vessel (by carrying out experiments in reaction vessels with walls made of other substances, in which the cooling time is measured, the heat loss can be based on the known graphite melting temperature for a given reaction vessel arrangement) and thirdly, the electrical current loss due to the walls that are conductive at higher temperatures (which was determined by carrying out experiments in Reaction vessels with walls made of different materials and by comparing the results can be determined). Due to these more important correction factors, the temperature values can fluctuate by up to ± 10%. The purely numerical one However, the value is only of secondary importance, as there are different discharge energy values in the apparatus described Surrender to diamonds. The desired temperature in the sample is changed by changing it the electrical charge or capacitance of the circuit 41 is reached. The final temperature of the graphite

809 640/1659809 640/1659

probe 32 bzw. 38 hängt nicht nur von der zugeführten elektrischen Energie, sondern auch von der Gestalt der Probe ab.sample 32 or 38 does not only depend on the supplied electrical energy, but also on the shape of the sample.

Auf die bei der Reaktion nach der vorliegenden Erfindung auftretenden Drücke und Temperaturen wird nun näher an Hand von F i g. 7 eingegangen, welche ein Zustandsdiagramm von Kohlenstoff zeigt, wobei auf der Ordinate der Druck in Kilobar und - auf der Abszisse die Temperatur in Grad Kelvin aufgetragen ist. In der Beschreibung wird zur Angäbe der Drücke die bei hohen Drücken sehr angenehme absolute Einheit »Bar« verwendet. Ein Kilobar ist gleich 109 Dyn/cm2 und entspricht 1020 kg/cm2 oder 987 Atmosphären.The pressures and temperatures occurring in the reaction according to the present invention will now be described in more detail with reference to FIG. 7, which shows a phase diagram of carbon, the pressure in kilobars being plotted on the ordinate and the temperature in degrees Kelvin being plotted on the abscissa. In the description, the absolute unit "bar", which is very pleasant at high pressures, is used to indicate the pressures. One kilobar is equal to 10 9 dynes / cm 2 and corresponds to 1020 kg / cm 2 or 987 atmospheres.

Die bereits bekannte Graphit-Diamant-Gleichgewichtslinie zwischen dem graphitstabilen Gebiet G und dem diamantstabilen Gebiet Dl ist mit dem Buchstaben E bezeichnet. Das Gebiet G ist ein graphitstabiles Gebiet und ein diamantmetastabiles Gebiet, da sowohl Graphit als auch Diamant in diesem Gebiet existieren, jedoch ist Diamant in diesem Gebiet thermodynamisch instabil. Das Gebiet Dl ist ein diamantstabiles Gebiet und ein graphitmetastabiles Gebiet, da beide Kohlenstofformen in diesem Gebiet existieren, Graphit jedoch in diesem Gebiet thermodynamisch instabil ist. Es wird in diesem Zusammenhang auf die im »Journal of Chemical Physics«, Vol. 35 (1961), Nr. 2, S. 390, F ig. 15, dargestellte Diamant-Graphit-Gleichgewichtslinie verwiesen. Es dürfte klar sein, daß Änderungen der Lage der Gleichgewichtslinie E ohne Einfluß auf die erfindungsgemäße Lehre sind, da im wesentlichen erforderlich ist, daß die Arbeitsbedingungen unabhängig vom Verlauf der Gleichgewichtslinie über dieser Linie und/oder im diamantstabilen Gebiet des Kohlenstoffes liegen, das mit irgendeinem Eichverfahren einer bestimmten Apparatur festgestellt wurde.The already known graphite-diamond equilibrium line between the graphite-stable area G and the diamond-stable area Dl is denoted by the letter E. Region G is a graphite stable region and a diamond metastable region since both graphite and diamond exist in this region, but diamond is thermodynamically unstable in this region. The region Dl is a diamond-stable region and a graphite-metastable region, since both carbon forms exist in this region, but graphite is thermodynamically unstable in this region. In this context, reference is made to the “Journal of Chemical Physics”, Vol. 35 (1961), No. 2, p. 390, fig. 15, shown diamond-graphite equilibrium line referenced. It should be clear that changes in the position of the equilibrium line E have no effect on the teaching according to the invention, since it is essentially necessary that the working conditions are independent of the course of the equilibrium line above this line and / or in the diamond-stable region of the carbon, which is with any Calibration method of a certain apparatus was established.

Eine wichtige Linie in diesem Diagramm ist die Schmelzlinie S von Graphit. Die Linie S beginnt bekanntlich bei einem bei ungefähr 4050" K und 0,12 Kilobar liegenden Tripelpunkt Tl. Bei diesem Tripelpunkt handelt es sich um den Tripelpunkt von Kohlenstoff (Graphit), der in diesem Punkt gleichzeitig im festen, flüssigen und dampfförmigen Zustand vorliegen kann. Durch den Punkt Tl wird zusammen mit der Linie Vl das Gebiet G, in dem Kohlenstoff in fester Form (Graphit) vorliegt, das Gebiet L, in dem Kohlenstoff in flüssiger Form vorliegt, und das Gebiet V, in dem Kohlenstoff in dampfförmiger Form vorliegt, festgelegt. Die das flüssige Gebiet festlegende Linie ist nicht gezeigt und verläuft bei Normaldruck von 3860" K nach Tl. Das dampfförmige Gebiet V ist übertrieben gezeichnet, damit es in F i g. 7 dargestellt werden kann.An important line in this diagram is the melting line S of graphite. As is known, the line S begins at a triple point Tl at approximately 4050 "K and 0.12 kilobars. This triple point is the triple point of carbon (graphite), which can be present at this point in solid, liquid and vapor state at the same time Through the point T1, together with the line VI, the region G in which carbon is present in solid form (graphite), the region L in which carbon is present in liquid form, and region V in which carbon is present in vapor form The line defining the liquid area is not shown and runs at normal pressure from 3860 "K to Tl. The vaporous area V is exaggerated so that it can be seen in FIG. 7 can be represented.

Es hat sich herausgestellt, daß die Linie S, die früher als Grenzlinie zwischen festem und flüssigem Kohlenstoff angesehen wurde, nicht unmittelbar vom Punkt Tl aus nach oben als im allgemeinen gerade Linie und ohne wesentliche Neigung verläuft, sondern daß sie vielmehr die Form der gezeigten Linie Sl hat. Die Linie S1 verläuft vom Punkt T1 aus zunächst mit positiver Steigung nach oben, läuft dann mit negativer Steigung weiter und erreicht den Punkt Tl. Der Verlauf der Kurve Sl wurde in einer Reihe von Versuchen ermittelt, bei denen bei verschiedenen Drücken Graphit geschmolzen und die Schmelztemperatur ermittelt wurde. Der Graphitschmelzvorgang wird nun näher erläutert.It has been found that the line S, which was previously regarded as the boundary line between solid and liquid carbon, does not run directly upwards from point Tl as a generally straight line and without any substantial inclination, but rather that it has the shape of the line shown Sl has. The line S1 runs from point T1 with a positive gradient upwards, then continues with a negative gradient and reaches the point Tl. The course of the curve S1 was determined in a series of experiments in which graphite melted at different pressures and the melting temperature was determined. The graphite melting process will now be explained in more detail.

Der elektrische Widerstand von Graphit nimmt mit ansteigender Temperatur ab. Beim Schmelzen nimmt jedoch der Widerstand von Graphit mit einem scharfen Knick in der Widerstandskurve ab. Verwendet man beispielsweise die Apparatur nach F i g. 1 und die Schaltung nach F i g. 5, dann erhält man Strom- und Spannungskurven und kann den entsprechenden elektrischen Widerstand der Probe berechnen. Aus der Widerstandskurve ist ersichtlich, daß bei Energiezufuhr der Widerstand ungefähr 1,5 Millisekunden lang stetig abnimmt, anschließend jedoch ein scharfer Knick nach unten auftritt. In Fig. 8, welche eine Kurve K, J und R für das unten folgende Beispiel 3 zeigt, ist als Beispiel ein Schmelzpunkt Mj dargestellt. An diesem Schmelzpunkt hat die Widerstandskurve einen Knick. Dieser Schmelzpunkt Mj stimmt gut mit dem Schmelzpunkt bei anderen Beispielen überein. Die auf atmosphärische Bedingungen extra polierte Schmelztemperatur stimmt gut mit dem Schmelzpunkt von Graphit bei 4050° K überein. Aus den vielen durchgeführten Schmelzversuchen in Graphit ergibt sich, daß die Schmelztemperaturbedingungen günstig mit den bekannten, oben von B a s s e t und N ο d a angegebenen Werten übereinstimmen. Aus an vielen Graphitproben durchgeführten Untersuchungen vor und nach einem gegebenen Experiment ergibt sich sehr deutlich, daß der Graphit geschmolzen war. Vor dem Schmelzen besitzt der Querschnitt eines Graphitstabes ein grobes, unregelmäßiges Korngefüge. Nach dem Schmelzen und Abkühlen zeigt der Querschnitt eines ähnlichen Graphitstabes ein dendritisches Gefüge von dendritischen Graphitnadeln, die radial vom kälteren Randteil nach der Mitte zu orientiert sind. Weiterhin wurden Röntgenstrahlenbeugungsbilder von gewöhnlichem Graphit mit Röntgenstrahlenbeugungsbildern verglichen, die mit einer Probe von rekristallisiertem geschmolzenem Graphit an Stellen hergestellt wurden, wo der Graphit geschmolzen war und nicht geschmolzen war. Die Beugungsbilder von gewöhnlichem Graphit waren ähnlich den Beugungsbildern, die an der nicht geschmolzenen Stelle der geschmolzenen Probe gemacht wurden. Jedoch waren die Beugungslinien des geschmolzenen Teiles wesentlich schärfer, woraus sich ergibt, daß die Größe der gegliederten Kristallite des erstarrten Graphits wesentlich größer ist als die der Kristallite des nicht modifizierten oder geschmolzenen Teiles. Das Aussehen hat eine ziemliche Ähnlichkeit mit einem Querschnitt eines abgeschreckten Metalls (Hartguß).The electrical resistance of graphite decreases with increasing temperature. When melting, however, the resistance of graphite decreases with a sharp kink in the resistance curve. If, for example, the apparatus according to FIG. 1 and the circuit according to FIG. 5, then current and voltage curves are obtained and the corresponding electrical resistance of the sample can be calculated. From the resistance curve it can be seen that when energy is supplied, the resistance decreases steadily for about 1.5 milliseconds, but then a sharp downward bend occurs. In Fig. 8, which shows a curve K, J and R for Example 3 below, a melting point Mj is shown as an example. The resistance curve has a kink at this melting point. This melting point Mj agrees well with the melting point in other examples. The melting temperature, which is extra polished to atmospheric conditions, agrees well with the melting point of graphite at 4050 ° K. The many melting tests carried out in graphite show that the melting temperature conditions correspond favorably with the known values given above by B asset and N o da. From studies performed on many graphite samples before and after a given experiment, it is very clear that the graphite was molten. Before melting, the cross-section of a graphite rod has a coarse, irregular grain structure. After melting and cooling, the cross-section of a similar graphite rod shows a dendritic structure of dendritic graphite needles, which are oriented radially from the colder edge part towards the center. Furthermore, X-ray diffraction patterns of ordinary graphite were compared with X-ray diffraction patterns obtained with a sample of recrystallized molten graphite at locations where the graphite was melted and not melted. The diffraction patterns of ordinary graphite were similar to the diffraction patterns taken on the unmelted part of the molten sample. However, the diffraction lines of the molten part were much sharper, as a result of which the size of the articulated crystallites of the solidified graphite is substantially larger than that of the crystallites of the unmodified or molten part. The appearance is quite similar to a cross-section of a quenched metal (chilled cast iron).

In der folgenden Tabelle III sind mehrere Beispiele angeführt, die zum Einschmelzen von Graphit durchgeführt wurden. In jedem Beispiel wurde die Graphitprobe in der oben beschriebenen Weise untersucht, ob sie geschmolzen wurde. Mit dem Ausdruck Em wird die Energiezufuhr pro Gewichtseinheit der Probe in Kilokalorien pro Mol bezeichnet, die erforderlich ist, um die Probe auf ihren Schmelzpunkt zu bringen. In den Beispielen wurde spektroskopisch reiner Graphit verwendet. Tabelle III ist nur beispielsweise angeführt, da verschiedene andere, weiter unten angeführte Graphitsorten auch geschmolzen wurden. Zur weiteren Bestätigung der Ergebnisse wurde auch noch der Werkstoff, aus welchem die Wand des Reaktionsgefäßes hergestellt ist, variiert. Als Wand- und Dichtungswerkstoffe können beispielsweise Pyrophyllit (Py), Katlinit, Talk, Magnesiumoxyd, Aluminiumoxyd, Thoriumoxyd und andere ähnlicheIn the following Table III several examples are given which were carried out for melting down graphite. In each example, the graphite sample was examined as to whether it had melted in the manner described above. The term Em is used to describe the energy input per unit weight of the sample in kilocalories per mole that is required to bring the sample to its melting point. Spectroscopically pure graphite was used in the examples. Table III is given by way of example only as various other types of graphite listed below were also melted. To further confirm the results, the material from which the wall of the reaction vessel is made was also varied. For example, pyrophyllite (Py), katlinite, talc, magnesium oxide, aluminum oxide, thorium oxide and other similar materials can be used as wall and sealing materials

Stein- und Keramikarten für alle Arbeitsbedingungen einschließlich der Diamantreaktion verwendet werden. Aus Wand werkstoff werden die Scheibensegmente 26, 28, 30 und 31 von F i g. 2 und der Zylinder 36 von F i g. 4 hergestellt. Es hat sich herausgestellt, daß innerhalb des Eichbereiches der Apparatur die verschiedenen Wand werkstoffe die verwendeten Drücke nicht merklich beeinflussen. Der durch rasche Aufheizung zurückzuführende Temperaturanstieg hat einen Druckanstieg im Reaktionsgefäß zur Folge. Dieser Druckanstieg wird auf 10 bis 20 Kilobar geschätzt, kann jedoch auch größer sein.Stone and ceramic types can be used for all working conditions including diamond reaction. The disc segments 26, 28, 30 and 31 of FIG. 2 and the cylinder 36 from F i g. 4 manufactured. It has been found that within the calibration range of the apparatus, the various Wall materials do not noticeably influence the pressures used. The one through rapid heating The increase in temperature that can be traced back results in an increase in pressure in the reaction vessel. This pressure increase is estimated to be 10 to 20 kilobars, but it can also be greater.

Die bei der Durchführung dieser Beispiele angewandte Arbeitsweise ist ähnlich der bereits beschriebenen Arbeitsweise der Apparatur. Es wird also zunächst ein Reaktionsgefäß nach F i g. 2 oder F i g. 4 zusammengebaut und dieses Reaktionsgefäß in die Apparatur 10 nach F i g. 1 gebracht. Mit Hilfe einer Presse werden die Stempel 15 und 16 aufeinander zu bewegt, um den Druck im Reaktionsgefäß um einen gegebenen Wert zu steigern. Anschließend wird mit Hilfe der Schaltung 41 durch die ProbeThe procedure used in carrying out these examples is similar to that previously described Operation of the apparatus. A reaction vessel according to FIG. 2 or F i g. 4 assembled and this reaction vessel in the apparatus 10 according to F i g. 1 brought. With help a press, the punches 15 and 16 are moved towards one another in order to reduce the pressure in the reaction vessel to increase a given value. Subsequently, with the help of the circuit 41 through the sample

ίο elektrische Energie entladen, um diese aufzuheizen. Die Druckangaben sind miteinander vergleichbar, und es wird vorausgesetzt, daß sie im Eichbereich der Apparatur äquivalent sind.ίο discharge electrical energy in order to heat it up. The pressure specifications are comparable with one another and it is assumed that they are within the calibration range of the Apparatus are equivalent.

Tabelle IIITable III

ReaktionsgefäßReaction vessel WandwcrkstoffWall material Druckpressure Elektrische EnergieElectrical power Faradfarad EmEm Beispielexample in Kilobarin kilobars 0,0400.040 kcalkcal Fig. 4Fig. 4 PyPy Voltvolt 0,0400.040 MolMole 11 Fig. 4Fig. 4 PyPy 117117 3030th 0,0400.040 24 nicht geschmolzen24 not melted 22 Fig. 4Fig. 4 PyPy 121121 3232 0,0400.040 26 nicht geschmolzen26 not melted 33 Fig. 4Fig. 4 Al2O3 Al 2 O 3 118118 4040 0,0850.085 28 geschmolzen28 melted 44th Fig. 2Fig. 2 BNBN 119119 4040 0,0800.080 28 geschmolzen28 melted 55 - BNBN 115115 25 ■25 ■ 0,0800.080 29 geschmolzen29 melted 66th - BNBN 9797 110110 0,0800.080 31,5 geschmolzen31.5 melted 77th - BNBN 7777 110110 0,0800.080 33 geschmolzen33 melted 88th - BNBN 6666 110110 0,0800.080 36 geschmolzen36 melted 99 - BNBN 6060 110110 35 geschmolzen35 melted 1010 4747 HOHO 33,5 geschmolzen33.5 melted

Beispiele 6 bis 10 wurden bei niedrigeren Drücken durchgeführt, und es wurde eine Gürtelapparatur und ein Reaktionsgefäß der in der deutschen Patentschrift 1 207 923 beschriebenen Art verwendet. Als Probe wurde ein Graphitstab mit einem Durchmesser von 1,02 mm und einer Länge von 7,1 mm verwendet, der von einer Bornitridhülse umschlossen war. Zusätzlich zu den obengenannten Beispielen wurden viele Schmelzversuche bei niederen und hohen Drücken ausgeführt, um die Lage und Form der Schmelzpunktlinie Sl von Fig..7 festzustellen. Es wurde im Laufe der Graphitschmelzversuche erkannt, daß eine von der Kurve Sl eingeschlossene und an die Linie S angrenzende Fläche eine Graphitzone Gl ist. Bei einigen Schmelzbeispielen wurden kleine Diamantkeime in die Graphitprobe eingebettet, wobei sich herausstellte, daß die Diamantkristalle immer vor Erreichen des Schmelzpunktes von Graphit graphitisiert worden waren und daß die Graphitisierungsschwellwerttemperatur sehr scharf ist. Die Graphitisierung trat bei einer Temperatur ein, die ungefähr 300 bis 400" K niedriger ist als die Schmelzlinie Sl.Examples 6-10 were run at lower pressures and became a belt apparatus and a reaction vessel of the type described in German Patent No. 1,207,923 is used. as The sample was a graphite rod with a diameter of 1.02 mm and a length of 7.1 mm used, which was enclosed by a boron nitride sleeve. In addition to the examples above many melting tests were carried out at low and high pressures to determine the position and shape determine the melting point line Sl of Fig..7. It was recognized in the course of the graphite melting tests that one enclosed by the curve S1 and the area adjacent to the line S is a graphite zone Gl. In some melting examples, small diamond nuclei embedded in the graphite sample, which turned out to be the diamond crystals had always been graphitized before reaching the melting point of graphite and that the graphitization threshold temperature is very sharp. Graphitization occurred at a temperature approximately 300 to 400 "K is lower than the melting line S1.

Beim Versuch, das Schmelzen von Graphit bei höheren Drücken durchzuführen, stellte sich unerwarteterweise heraus, daß sich Graphit in Diamant umwandelte, und zwar bei niedrigeren Temperaturen als der Temperatur des Punktes T 2 und vor irgendeinem Schmelzen des Graphits. Die Umwandlung vollzog sich, ohne daß ein bisher dafür erforderlich gehaltener Katalysator zugegen war. Bei einem Erfindungsbeispiel wurde ein in F i g. 4 gezeigtes Reaktionsgefäß mit einer Graphitprobe 0,65 Milligramm beschickt und in die in Fig. 1 gezeigte Gürtelapparatur gebracht. Die Apparatur wurde dann zwischen die beiden Preßtische einer hydraulischen. Presse mit einer Leistung von 300 Tonnen gebracht, und das Reaktionsgefäß 33 so zusammengepreßt, daß der Druck in der Graphitprobe 38 auf ungefähr 130 Kilobar im Gebiet des Eisenüberganges der Eichkurve der Presse ansteigt. Der Druckanstieg zum Eisenübergangsgebiet kann langsam oder schnell stufenweise oder gleichmäßig ohne Änderung des Endergebnisses durchgeführt werden. Im vorliegenden Beispiel war der Druckanstieg nach ungefähr 3 Minuten beendet:When attempting to melt graphite at higher pressures, it turned out unexpectedly found that graphite converted to diamond at lower temperatures than the temperature of point T 2 and before any Melting the graphite. The conversion took place without any previous requirement held catalyst was present. In an example of the invention, a device shown in FIG. 4 shown reaction vessel charged with a graphite sample 0.65 milligrams and into the belt apparatus shown in FIG brought. The apparatus was then a hydraulic one between the two press tables. Brought press with a capacity of 300 tons, and the reaction vessel 33 so compressed, that the pressure in the graphite sample 38 to about 130 kilobar in the area of the iron transition Calibration curve of the press increases. The pressure increase to the iron transition area can be slow or rapid be carried out gradually or evenly without changing the end result. In the present Example, the pressure increase was over after about 3 minutes:

Nach Beendigung des Druckanstieges und «nach Aufladung der Schaltung 41 wurde der Schalter 44 geschlossen und dabei durch die Apparatur und die Probe eine Kapazität von 0,085 Farad bei ungefähr 17 Volt entladen. Nach Entladung zeigte das Kelvinbrückenohmmeter 50 einen Widerstandsanstieg an, was darauf hindeutet, daß die Probe 38 von ihrem elektrisch leitenden Zustand (Graphit) in ihren elek-After the pressure increase has ended and the circuit 41 has been charged, the switch 44 closed and thereby through the apparatus and the sample a capacitance of 0.085 Farad at approximately Discharge 17 volts. After discharge, the Kelvin bridge ohmmeter 50 indicated an increase in resistance, which indicates that the sample 38 from its electrically conductive state (graphite) to its elec-

■ trisch nichtleitenden Zustand (Diamant) umgewandelt ist.■ trisch non-conductive state (diamond) is converted.

Bei diesem Beispiel und auch bei den weiter unten angeführten Tabellenbeispielen wurden eine Reihe von Kurven der in F i g. 6. gezeigten Art erhalten. ItTF i g. 6 sind die beim oben beschriebenen Beispiel erzielten Kurven K, J und R dargestellt. Die Kurve K zeigt die der Graphitprobe zugeführte Leistung in Kilowatt an. Die Kurve J gibt die der Probe zugeführte Energie in Joule und die Kurve R den Widerstand der Probe in Ohm an. Wie bereits oben.In this example and also in the table examples given below, a series of curves of the curve shown in FIG. 6. Got type shown. ItTF i g. 6 shows the curves K, J and R obtained in the example described above. The curve K shows the power supplied to the graphite sample in kilowatts. Curve J indicates the energy supplied to the sample in joules and curve R indicates the resistance of the sample in ohms. As above.

6S erläutert wurde, liefert die Integration der Fläche unter der Leistungskurve nach der Zeit die Energiekurve, aus welcher die Temperatur in der Probe innerhalb der oben angeführten Grenzen berechnet 6 S was explained, the integration of the area under the power curve provides after the time the energy curve from which the temperature in the sample within the above limits calculated

13 1413 14

werden kann. Nach der Entladung der elektrischen 130 Kilobar und beim Beispiel nach Fig. 8 ein Energie durch die Probe 38 fällt der Widerstand bis Druck von 118 Kilobar angewandt. Beim Beispiel zu einem bei ungefähr 1,5 Millisekunden auf der nach F i g. 8 würde der Graphit in Diamant umS-Kurve liegenden Punkt ab und beginnt dann gewandelt worden sein, wenn der Druck 130 Kilobar anzusteigen. An diesem Punkt findet die Umwand- 5 betragen hätte. Aus F i g. 9, in welcher die beiden lung des Graphits in Diamant statt. Je nach dem: Widerslandskurven von F i g. 6 und 8 miteinander Umwandlungsgrad und der Umwandlungsmenge kann verglichen sind, ergibt sich, daß die Umwandlung die Kurve R nach Unendlich ansteigen, was einem nach der Erfindung unterhalb des Schmelzpunktes unterbrochenen Stromkreis entspricht, oder nur auf von Graphit stattfindet.can be. After the electrical 130 kilobars have been discharged and in the example of FIG. 8 an energy through the sample 38, the resistance drops until a pressure of 118 kilobars is applied. In the example of one at approximately 1.5 milliseconds on the FIG. 8 the graphite would have been converted into a diamond around the S-curve and then began to be converted when the pressure rose 130 kilobars. At this point the conversion would have been 5. From Fig. 9, in which the two mentions of graphite in diamond take place. Depending on the: contradicting curves of FIG. 6 and 8 can be compared with each other degree of conversion and the amount of conversion, it turns out that the conversion increases the curve R to infinity, which corresponds to an interrupted circuit according to the invention below the melting point, or takes place only on graphite.

einem niedrigeren Wert, was einer teilweisen Um- io In F i g. 9 ist die Widerstandskurve R nach Fi g. 6a lower value, which corresponds to a partial um- io In F i g. 9 is the resistance curve R according to FIG. 6th

Wandlung entspricht, d. h. nur ein Teil des Graphits mit R6 und die Widerstandskurve nach F i g. 8Conversion corresponds, ie only part of the graphite with R6 and the resistance curve according to FIG. 8th

wird in Diamant übergeführt. mit R 8 bezeichnet. Diese beiden Kurven sind inis converted into diamond. denoted by R 8. These two curves are in

Nach Entfernung des Reaklionsgefäßes 33 aus der Abhängigkeit von der der Probe zugeführlen Wärme-Apparatur 10 wurde die Probe 38 untersucht. Es energie dargestellt. Es ist ersichtlich, daß die Diamantergab sich, wie aus Fig. 4a ersichtlich ist, daß 15 bildung auf der Kurve R6 bei ungefähr 7,5 Joule die entnommene Probe 38a die zylindrische Form beginnt und anschließend die Kurve sehr scharf der ursprünglichen Probe 38 beibehalten hatte, jedoch nach oben ansteigt. Aus dieser Probe wurde Diamant eine geringe Verringerung der Höhe eingetreten gewonnen. Aus der Kurve jR8 ist ersichtlich, daß war. Messungen zeigen, daß die Verringerung der das Schmelzen von Graphit bei ungefähr 12 Joule Höhe dem Dichteunterschied zwischen Graphit und 20 beginnt. Die Untersuchung dieser Probe in der oben Diamant entspricht. Die entnommene zylindrische beschriebenen Weise ergab, daß sie geschmolzen Probe 38a war polykristallin und enthielt eine große war. Der Diamantbildungspunkt ist vom Graphit-Anzahl sehr kleiner Diamantkristallite von dunkler schmelzpunkt ungefähr 4,5 Joule entfernt. Farbe und mit einer größten Länge von ungefähr Bei der Durchführung des Erfindungsverfahrens 1 Mikron. Zum Nachweis, daß es sich wirklich um. 25 wird einer vorgegebenen Graphitprobe eine vorDiamant handeile, wurde die Probe in einer heißen gegebene Menge an elektrischer. Energie zugeführt Mischung von konzentrierter Schwefelsäure und Ka- und Diamant gewonnen. Gewöhnlich wird mehr liumnitrat gereinigt und Kralz-Auftriebs- und Röntgen- Energie zugeführt als gerade zur Überschreitung Strahlenuntersuchungen unterworfen, die alle schlüssig der Schwellwerttemperaturlinie erforderlich ist, um ergaben, daß es Diamant ist. Bei Röntgenstrahlen- 30 eine vollständigere Umwandlung zu erreichen und analyse einer Anzahl dieser gewonnenen Proben sicherzustellen, daß man in das Umwandlungsgebiet vor und nach der Reinigung zeigte sich, daß die gelangt. Wenn sich jedoch reiner Graphit in Diamant gesamte Masse aus Diamant bestand und im wesenl- umwandelt, wird der Entladestromkreis sofort geliehen der gesamte Graphit in Diamant umgewandelt öffnet, da Diamant elektrisch nichtleitend ist. Dies worden war. Die Röntgenstrahlenanalyse ergab keine 35 ist ein kennzeichnendes Merkmal der Erfindung. Linie eines Materials, das nicht bereits im Ausgangs- Bei Änderung der Energiezufuhr in Parallelproben graphit oder im umgebenen Wandmaterial vorhanden zeigte sich, daß die Unterbrechung des Stromkreises ist. zur gleichen/Zeit auftritt. Obwohl also die Energie-After the reaction vessel 33 had been removed from the dependence on the heating apparatus 10 supplied to the sample, the sample 38 was examined. It represented energy. It can be seen that the diamond was obtained, as can be seen from Fig. 4a, that when the sample 38a was formed on the curve R6 at about 7.5 joules, the removed sample 38a begins the cylindrical shape and then maintains the curve of the original sample 38 very sharply , but increases upwards. From this sample, diamond was obtained with a slight decrease in height. It can be seen from curve jR8 that was. Measurements show that the reduction in the melting of graphite begins at about 12 joules of the density difference between graphite and 20. Examining this sample in the above diamond corresponds. The removed cylindrical described manner revealed that the molten sample 38a was polycrystalline and contained a large one. The diamond formation point is about 4.5 joules away from the graphite number of very small diamond crystallites with a dark melting point. Color and having a greatest length of approximately 1 micron when performing the invention process. To prove that it really is. 25 is a given graphite sample a diamond handle, the sample was given in a hot given amount of electrical. Energy supplied Mixture of concentrated sulfuric acid and Ka and diamond extracted. Usually more lium nitrate is purified and applied to Kralz buoyancy and X-ray energy than is subject to radiation examinations, all of which are conclusive of the threshold temperature line, to determine that it is diamond to be exceeded. To achieve a more complete conversion with x-rays, and analyze a number of these samples to ensure that one got into the conversion area before and after cleaning, it was found to get into it. However, if pure graphite in diamond consisted of diamond in its entirety and essentially converts it, the discharge circuit is immediately borrowed and the entire graphite converted into diamond opens, since diamond is electrically non-conductive. This had been. The X-ray analysis showed none. 35 is a characteristic of the invention. Line of a material that was not already present in the starting When the energy supply was changed in parallel samples graphite or in the surrounding wall material, it was found that the circuit was interrupted. occurs at the same / time. So although the energy

Die Erfindung ermöglicht also eine direkte Um- zufuhr zum Schmelzen von Graphit ausreichen würde,The invention thus enables a direct circulation for melting graphite would be sufficient,

Wandlung von Graphit in Diamant, ohne daß die 4c wird ein Schmelzen durch den UmwandlungsvorgangConversion of graphite into diamond without the 4c being melted by the conversion process

bisher erforderlichen Metalle notwendig sind. Die verhindert, da dadurch der Stromkreis unterbrochenpreviously required metals are necessary. This prevents the circuit from being interrupted

Umwandlung findet im »festen Zustand« statt, bevor wird. Unter den zur Durchführung des Erfindüngs-Transformation takes place in the "solid state" before becomes. Among the to carry out the invention

irgendein normaler Schmelzvorgang auftritt. Auf die Verfahrens verwendeten Graphilartcn befinden sichsome normal melting occurs. Graphs used on the process are included

vor dem Schmelzen auftretende Umwandlung wird beispielsweise · auch borhaltige Graphite, die wegenConversion occurring before melting is, for example, also boron-containing graphites, which because of

nun näher eingegangen. 45 des vorhandenen Bors elektrisch leitenden Diamantnow dealt with in more detail. 45 of the existing boron electrically conductive diamond

Geschmolzener Graphit ist nicht nur ein elek- ergeben. Zu diesen Graphiten gehören B344 und trischer Leiter, sondern besitzt auch einen niedrigeren Shawinigankohlenstoffruß.dieelektrisch leitenden Diaelektrischen Widerstand als fester Graphit. Bei der mant ergeben. Wenn ein solcher Graphit als Ausgangs-Umwandlung von Graphit in Diamant nach der material verwendet wurde, stieg die Widerstandskurve vorliegenden Erfindung knickt die Widerslandskurve 5° zwar an, jedoch nicht auf einen einem geöffneten R scharf nach oben nach Unendlich ab. Dieses Ab- Stromkreis entsprechenden Wert, so daß im wesentknicken nach oben tritt auf. bevor irgendein scharfer liehen mehr elektrische Energie als erforderlich der Knick nach unten vorhanden ist. Tatsächlich wird Probe zugeführt wird. Bei der Durchführung der also1 bei der Umwandlung in Diamant der Strom- Erfindung wurden mehreren Proben große Energiekreis geöffnet. Falls jedoch die Temperatur so weit 55 mengen zugeführt, durch welche die Temperatur ansteigen würde, daß auch Diamant geschmolzen auf einem im flüssigen Gebiet L liegenden Wert erwird, dann müßte die Widerstandskurve wieder höht wurde. In diesen Fallen wurde der Graphit in nach unten abfallen. Es tritt jedoch kein Schmelzen elektrisch leitenden Diamant umgewandelt und der ein, da kein Abfall der .Widerstandskurve zu beob- Diamant anschließend geschmolzen, wobei der beachten ist. Dies ergibt sich auch durch Vergleich der 60 schriebene Widerstandsabfall (für geschmolzenen Koh-Widerstandskurve R nach F i g. 6 mit der Wider- lenstoff) beobachtet wurde. Auf diese Weise ergibt Standskurve R nach F i g. 8. In F i g. 6 beginnt die sich die Diamantschmelzlinie Sl von F i g. 7. Umwandlung von Graphit in Diamant bei 7.5 Joule, ' In F i g. 7 ist auf diese Weise ein allgemeines Gebiet während in F i g. 8 das Schmelzen erst bei 12 Joule für die Durchführung dieser Erfindung festgelegt, beginnt. Diese Widerstandskurven wurden aus iden- 65 das über der Graphil-Diamanl-Gleichgewichtslinie E tischen Proben erhalten, wobei lediglich der Druck im- Zustandsdiagramm von Kohlenstoff liegt und in und die elektrische Energiezufuhr anders waren. welchem die Temperaturen niedriger sind als der Beim Beispiel nach F i g. 6 wurde ein Druck von Schmelzpunkt von Kohlenstoff (Diamantschmelz-Molten graphite is not just an electri- cal product. These graphites include B344 and tric conductor, but also has a lower Shawinigan carbon black, which is electrically conductive, diaelectric resistance than solid graphite. Surrender to the mant. If such a graphite was used as the initial conversion of graphite into diamond according to the material, the resistance curve of the present invention increased, the contradiction curve bends 5 °, but not sharply upwards to infinity on an open R. This down-circuit corresponding value, so that essentially buckling occurs upwards. before any sharp borrowed more electrical energy than required the kink is present. Indeed, sample is being supplied. When performing the so 1 in the conversion to diamond of the current invention, several samples of large energy cycles were opened. If, however, the temperature is supplied to such an extent that the temperature would rise so that diamond is also melted at a value lying in the liquid region L, then the resistance curve would have to be increased again. In these cases the graphite would fall off in downward direction. However, no melting occurs and the electrically conductive diamond is converted, since there is no drop in the resistance curve to be observed. Diamond is subsequently melted, which must be taken into account. This can also be seen by comparing the drop in resistance (for melted Koh resistance curve R according to FIG. 6 with the resistance drop) that was observed. In this way, the curve R according to FIG. 8. In Fig. 6 begins the diamond melt line S1 from FIG. 7. Conversion of graphite to diamond at 7.5 joules, 'In F i g. 7 is a general area in this way, while in FIG. 8 the melting only begins at 12 joules for the practice of this invention. This resistance curves were obtained the above-Nazi Graphil-Diamanl equilibrium line E samples from identical 65, wherein only the pressure im- state diagram of carbon is and and the electric power supply were different. which the temperatures are lower than that of the example according to FIG. 6 a pressure of the melting point of carbon (diamond fused

15 1615 16

linie S2). Ein spezielleres Arbeitsgebiet, welches mit fahrens ist durch den Schmelzpunkt von Kohlenstoff den Eigenschaften der Kurve Sl und mit vielen durch- bei dem gegebenen Druck gegeben, d.h. durch dieline S2). A special area of work that is driven by the melting point of carbon given the properties of the curve S1 and with many through- at the given pressure, i.e. by the

geführten Beispielen in Beziehung steht, wird nun Diamantschmelzlinie 52. Die Linie S2 steigt auf einenExamples given is related, now becomes diamond melt line 52. The line S 2 rises to one

mit den unten erläuterten festgelegten Parametern Druck in der Größenordnung von 650 Kilobar undwith the parameters set out below, pressure on the order of 650 kilobars and

des Umwandlungsprozesses in Beziehung gesetzt. 5 eine Temperatur in der Größenordnung von 12000Krelated to the transformation process. 5 a temperature of the order of 1200 ° K

Da man nun die Form der Kurve Sl festgestellt an. Dieser Druck und diese Temperatur definieren hat, kann man diese Kurve über den Tripelpunkt Tl einen Tripelpunkt T3. Zur Schaffung des· vollständihinaus weiterführen. Die über den Tripclpunkl Tl geren Zustandsdiagramms von Kohlenstoff nach verlängerte Kurve Sl wird als Kurve M bezeichnet, F i g. 7 kann man nun auf die Zustandsdiagramme von der angenommen wird, daß sie eine metastabile 10 anderer Stoffe zurückgreifen, beispielsweise auf die Graphitschmelzlinie ist. Eine weitere Grundlage der Zustandsdiagramme von InSb, Ge, usw., um den Fortführung der Kurve Sl oder M ist durch die vielen Tripelpunkt T 3 zu bestätigen, der zusammen mit Erfindungsbeispiele gegeben, einschließlich der in der den Linien S3 und S4 eine Fläche D3 festlegt, innerhalb oben angeführten Tabelle II angeführten Beispiele, der eine weitere Kohlenstofform existiert. Unterweiche die als Dreiecke 2 dargestellten Punkte nahe 15 wirft man daher ein kohlenstoffhaltiges Material der Kurve M in der Nähe des Tripelpunktes Tl Drücken über ungefähr 650 Kilobar, so findet eine ergeben. Durch die metastabile Graphitschmelzlinie M Umwandlung in eine metallische Kohlenstofform wird ein Druck- und Temperaturgebiet Dl fest- statt, deren Dichte 15 bis 20% größer ist als die begelegt, in dem nur Diamanten existieren. Man nimmt kannte Dichte von Diamant. Die Linie S4 ist also an, daß die Linie M eine augenblickliche Schmelz- 20 keine Druckgrenze, sondern eine obere Druckgrenzlinie für metastabilen Graphit ist, an oder oberhalb linie für die Herstellung von Diamant, oberhalb der der Graphit unmittelbar einen einem Schmelzzustand Kohlenstoff in metallischer Form vorliegt,
ähnlichen Zwischenzusland durchläuft, um Diamant Die Umwandlung im Gebiet A wird am besten zu bilden. Es braucht kein Katalysator oder Lösungs- als eine Umwandlung im festen Zustand bezeichnet, mittel vorhanden zu sein. Die Linie M beginnt am 25 da offensichtlich keine Auflösung oder keine Diamant-Tripelpunkt Tl und schneidet die Ordinate oder bildung aus einer Lösung erfolgt. Irgendein im Ge-O"-Kelvin-Linie bei ungefähr 400 bis 450 Kilobar. biet A auftretendes vorheriges Schmelzen wird als Das Arbeitsgebiet für die Durchführung der Erfindung Einzclbcreichschmclzcn oder Schmelzen auf einer umfaßt allgemein ein die Gebiete Dl und Dl ein- molekularen Grundlage bezeichnet. Dieses Schmelzen schließendes Gebiet D. Wenn man das beschriebene 30 kann ein momentanes Schmelzen innerhalb sehr Zuslandsdiagramm zugrunde legt, beginnt bei der kleiner Bereiche mit anschließender Rekristallisation Durchführung der Erfindung die Umwandlung von als Diamant sein. Die Umwandlung findet oberhalb Graphit zu Kohlenstoff im Gebiet Dl und wird eines diamantmctasUibilcn Gebietes statt, und wegen an der Linie M beendet, da zwischen den Linien M des begrenzten Schmclzcns handelt es sich im wcscnt- und Sl nur Diamant existiert. Die Umwandlung 35 liehen um eine Umwandlung im festen Zustand, kann bei Zimmertemperatur bei Drücken von über Das Erfindungsverfahren ist daher auf Temperaturen ungefähr 400 bis 450 Kilobar oder bei höheren beschränkt, die niedriger sind als die durch die Temperaturen und geringeren Drücken durchgeführt Diamanlschmclzlinic S2 festgelegten Temperaturen, werden, bis der Tripelpunkt erreicht ist. Bei dem in der deutschen Auslcgeschrifl 1 193 021
Since one has now determined the shape of the curve Sl. This pressure and this temperature has to define this curve via the triple point Tl a triple point T3. To create the · complete continue. The curve S1, which is lengthened over the trip point Tl, from carbon to curve S1 is referred to as curve M, FIG. 7 one can now refer to the state diagrams which are assumed to be a metastable 10 of other substances, for example the graphite melt line. Another basis of the state diagrams of InSb, Ge, etc. to confirm the continuation of the curve Sl or M is the many triple point T 3, which is given together with examples of the invention, including the area D3 in the lines S3 and S4 , within the examples given in Table II above, that another form of carbon exists. If the points shown as triangles 2 are undercut near 15, if a carbonaceous material of the curve M is thrown near the triple point T1, pressures above approximately 650 kilobars are found. As a result of the metastable graphite melt line M conversion into a metallic carbon form, a pressure and temperature area Dl is established, the density of which is 15 to 20% greater than that in which only diamonds exist. One takes known density of diamond. The line S4 indicates that the line M is an instantaneous melting point, not a pressure limit, but an upper pressure limit line for metastable graphite, on or above the line for the production of diamond, above which the graphite immediately has a molten state of carbon in metallic form is present,
similar intermediate country passes through to form diamond The transformation in area A will be best. There need not be a catalyst or solvent referred to as a solid state conversion medium to be present. The line M begins on 25 because there is obviously no dissolution or no diamond triple point T1 and intersects the ordinate or formation takes place from a solution. Any prior melting occurring in the Ge-O "-Kelvin line at approximately 400-450 kilobars near A is referred to as single-zone melting, or melting on a single molecular basis, generally encompassing the areas D1 and D1. Area D. This melting closes area D. If the described 30 can be based on an instantaneous melting within a very large area diagram, the conversion of diamond begins with the small areas with subsequent recrystallization carrying out the invention. The conversion takes place above graphite to carbon in area D1 and a diamantmctasUibilcn region will take, and terminated due to the line M, as between lines M to limited Schmclzcns is in wcscnt- and Sl only diamond exists. the conversion of 35 lent to a transformation in the solid state, may at room temperature at pressures The invention process is therefore based on temperatures approximately 400 to 450 kilobars or higher, which are lower than the temperatures set by the temperatures and lower pressures carried out by the Diamond Smelting Clinic S2, are limited until the triple point is reached. The one in the German Auslcgeschrifl 1 193 021

Versuchsergebnisse zeigen, daß das allgemeine 40 beschriebenen Verfahren werden die TemperaturenExperimental results show that the general procedure described will be the temperatures

Arbeitsgebiet Dl und D2 ein Grenzgebiet A enthält, über die Diamantschmeizliiiic S2 hinaus in denWorking area Dl and D2 contains a border area A , beyond the Diamantschmeizliiiic S2 into the

welches durch die sehr nahe und unterhalb der Linie M flüssigen Bereich erhöht. Dies wird in einem Fallwhich is increased by the very near and below the line M liquid area. This will happen in one case

liegenden Linie Th festgelegt wird. Das Grenzgebiet A durch Verwendung eines Graphits erreicht, der Frcmd-lying line Th is set. The border area A reached by using a graphite, the Frcmd-

ist in F i g. 7 schattiert und enthält einen breiteren stoffe, beispielsweise Bor, enthält, so daß der enl-is in Fig. 7 shaded and contains a broader substance, for example boron, so that the enl-

Teil in der Nähe des Tripelpunktes Tl und verjüngt 45 stehende Diamant elektrisch leitend ist. Es tritt daherPart near the triple point Tl and tapered 45 standing diamond is electrically conductive. It therefore occurs

sich dann und fällt schließlich bei Zimmertemperatur- keine Unterbrechung des Stromweges ein,-und esthen and finally falls at room temperature - no interruption of the current path, - and it

bedingungen mit der Linie M zusammen. Die Breite wird so viel Energie zugeführt, daß die Temperaturconditions with the line M together. The width is supplied with so much energy that the temperature

des Gebietes A hängt von der Reaktionszeit ab. auf einen im Gebiet L liegenden Wert ansteigt.of area A depends on the reaction time. rises to a value lying in the region L.

Beispielsweise ist bei der Ausführung der Erfindung Dadurch tritt Schmelzen auf, und aus der SchmelzeFor example, when practicing the invention, melting occurs and from the melt

die Reaktion verhältnismäßig langsam, in der Größen- 50 wird Diamant im Gebiet D2 rekristallisiert.the reaction is relatively slow, in size 50 diamond is recrystallized in area D2.

Ordnung von 3 bis 5 Millisekunden, so daß die Reak- Bei der Ausführung der Erfindung im beschriebenenOrder of 3 to 5 milliseconds, so that the reac- When carrying out the invention in the described

tion mehrere hundert Grad Celsius unterhalb der Druck- und Temperaturgebiet gerade vor und übertion several hundred degrees Celsius below the pressure and temperature range just above and below

Temperatur auf der Linie M beginnen kann. Wo jedoch der Linie M in F i g. 7 wird Graphit in Diamant um-Temperature on the line M can begin. However, where the line M in FIG. 7 graphite is converted into diamond

die Reaktionszeit um mehrere Größenordnungen gewandelt. Nach der Erfindung wird eine gegebenethe response time changed by several orders of magnitude. According to the invention, a given

geringer ist, im Bereich von Mikrosekunden, findet 55 Graphitprobe auf einen gegebenen Druck gebracht,is less, in the range of microseconds, finds 55 graphite sample brought to a given pressure,

die Reaktion näher an der Linie M statt, so daß die und durch die Graphilprobc wird vorzugsweise einethe reaction takes place closer to the line M , so that the and by the graphilprobc is preferably one

Fläche A mit kürzerer Reaktionszeit schmaler wird. vorgegebene elektrische Energiemenge entladen, umArea A becomes narrower with a shorter response time. given amount of electrical energy discharged to

Bei der Fläche A handelt es sich um ein Gebiet, in den Graphit in Diamant umzuwandeln. Es könnenThe area A is an area in which graphite is transformed into diamond. It can

dem für die Graphit-Diamant-Umwandlung eine Art auch andere Ausgangsstoffe, die Kohlenstoff enthaltenFor the graphite-diamond conversion, there are also other raw materials that contain carbon

von Einzelbereichschmelzung stattfindet, jedoch 60 oder elementaren Kohlenstoff liefern, d. h. also nichtof single domain melting occurs but yields 60 or elemental carbon, d. H. so not

braucht die Reaktion nicht vollständig zu sein, und diamantförmige kohlenstoffhaltige Stoffe, verwendetthe reaction need not be complete and diamond-shaped carbonaceous substances are used

es kann nur teilweise Umwandlung auftreten. werden. Beispielsweise kann außer Graphit amorpheronly partial conversion can occur. will. For example, in addition to graphite, more amorphous

Bei der Ausführung der Erfindung beginnt also die Kohlenstoff Verwendung finden. Um jedoch andereIn carrying out the invention, carbon begins to be used. But to others

Umwandlung von Graphit in Diamant im Gebiet mit kohlenstoffhaltigen Stoffen im allgemeinen inConversion of graphite to diamond in the area with carbonaceous substances in general

Dl. insbesondere im Gebiet A, und ist bei Erreichen 65 Verbindung stehende Reaktionen auszuschließen,Dl. Especially in area A, and when reaching 65, related reactions are to be excluded,

der Linie M beendet, und es existiert zwischen den wurde vorwiegend Graphit als Ausgangsmaterialthe line M ended, and it existed between the was predominantly graphite as a starting material

Linien Λ/ und S2 nur Diamant. verwendet. Beispielsweise können als AusgangsgraphitLines Λ / and S2 only diamond. used. For example, can be used as the starting graphite

Die obere Temperaturgrenze des Erfindungsvcr- sowohl amorpher Kohlenstoff als auch spektrqsko-The upper temperature limit of the invention - both amorphous carbon and spectral carbon

809 640/1659809 640/1659

pischer Graphit, Graphit Sp-I, Graphit B344, pyrolytischer Graphit, Ticonderoga-Graphit usw. verwendet werden.pischer graphite, graphite Sp-I, graphite B344, pyrolytic Graphite, Ticonderoga graphite, etc. can be used.

Spektroskopischer Stab- oder Elektrodengraphit ist eine vielkristalline reine Graphitform, die eine Dichte von ungefähr 1,65 g/cm3 hat und speziell für Elektroden in Funkenspektreneinrichtungen für chemische Analyse verwendet wird. Da dieser Graphit - für die Lichtbogenelektrodcn Verwendung findet, mit deren Hilfe Stoffe verdampft werden, um eine Spektralanalyse durchzuführen, ist er besonders frei von chemischen Elementen, die Spcktrallinicn in dem in den Analysen verwendeten Spektrumsteil ergeben, d. h. also, alle Metalle, wie Eisen, Nickel, Aluminium usw., und Halbleitermetalle, wie Gerrnanium, Antimon, Wismut usw., sind nicht vorhanden.Spectroscopic rod or electrode graphite is a multicrystalline pure graphite form that has a density of approximately 1.65 g / cm 3 and is used specifically for electrodes in spark spectral devices for chemical analysis. Since this graphite is used for the arc electrodes, with the help of which substances are vaporized in order to carry out a spectral analysis, it is particularly free of chemical elements that result in spectral lines in the part of the spectrum used in the analyzes, i.e. all metals, such as iron, Nickel, aluminum, etc., and semiconductor metals such as geranium, antimony, bismuth, etc., are absent.

Sp-1-Graphit ist ein spezieller hochreiner Graphit in Blättchenform mit sehr guter Kristallvollkommenheit. Dieser Graphit wird von der National Carbon Company hergestellt und als Sp-I bezeichnet.Sp-1 graphite is a special high-purity graphite in flake form with very good crystal perfection. This graphite is manufactured by the National Carbon Company and designated Sp-I.

Graphit B344 ist ein hochreiner Graphit, der ungefähr 0,2 bis 0,3 Gewichtsprozent Borcarbid enthält. Dabei werden die pulverförmigen Ausgangsstoffe gemischt, verpreßt und bei ungefähr 1500 bis 2000" C gebrannt. Die Dichte dieses Graphits beträgt ungefähr 1,7 bis 1,8 g/cm3.Graphite B344 is a high purity graphite that contains approximately 0.2 to 0.3 percent by weight boron carbide. The powdery starting materials are mixed, pressed and fired at about 1500 to 2000 "C. The density of this graphite is about 1.7 to 1.8 g / cm 3 .

Als pyrolytischer Graphit wird ein Graphit bezeichnet, der durch thermische Zersetzung eines kohlenstoffhaltigen Gases, beispielsweise Methan, hergestellt wird. Er besitzt eine hohe Reinheit sowie ein sehr gut orientiertes Krislallgefüge. Wird dieser Graphit bei ungefähr 3000"C ungefähr 1 Stunde lang geglüht, dann wird er als geglühter pyrolytischer Graphit bezeichnet.A graphite is called pyrolytic graphite, which is produced by thermal decomposition of a carbon-containing gas, for example methane. It possesses high purity as well very well oriented crystal structure. This graphite gets at about 3000 "C for about 1 hour annealed, then it is called annealed pyrolytic graphite.

Mit Ticonderoga-Graphit wird ein in Ticondcroga, New York, abgebauter Naturgraphit bezeichnet.Ticonderoga graphite is a natural graphite mined in Ticondcroga, New York.

Shäwinigan-Ruß ist ein amorpher Lampenrußkohlenstoff, der von der Firma Shawinigan Chemicals Limited, Shawinigan, Quebec, Kanada, erhältlich ist.Shäwinigan soot is an amorphous lamp soot carbon, available from Shawinigan Chemicals Limited, Shawinigan, Quebec, Canada.

Die in der folgenden Tabelle IV angeführten Beispiele dienen zur Erläuterung einer bevorzugten Durchführung der Erfindung. Bei diesen Beispielen wurde in ähnlicher Weise wie in dem bereits beschriebenen Diamantherstellungsbeispiel und in den Graphitschmelzbeispielen vorgegangen. Alle zur Anwendung gelangenden Verfahrensvorgänge sind ähnlich den in Hinsicht auf Tabelle III angegebenen Vorgängen. Alle Wandwerkstoffe sind angeführt. Mit L wird ein Reaktionsgefäß mit einer Länge 2,015 mm, einer Höhe von 0,56 mm und einer Breite von 0,635 mm und mit S eines mit einer Länge von 2,015mm, einer Höhe von 0,457 mm und einer Breite von 0,56 mm bezeichnet. Bei den Reaktionsgefäßen nach F i g. 4 besitzt die Probe einen Durchmesser von 0,763 mm und eine Länge von 1,02 mm, falls nichts anderes angegeben ist. Sind keine Abmessungen angegeben, dann bedeutet das, daß eine Probe der in Verbindung mit dem Reaktionsgefäß beschriebenen Abmessungen verwendet wurde. In Tabelle IV ist Tic gleich Ticonderoga-Graphit, Sp gleich spektroskopischer Graphit, Pg gleich pyrolytischer Graphit, Sb gleich Shawiniganruß, Py gleich Pyrophyllit, Alox gleich Aluminiumoxyd und Mgox gleich Magnesiumoxyd.The examples given in Table IV below serve to illustrate a preferred implementation of the invention. In these examples, the procedure was similar to that in the diamond production example already described and in the graphite melt examples. All procedures used are similar to those given with respect to Table III. All wall materials are listed. L denotes a reaction vessel with a length of 2.015 mm, a height of 0.56 mm and a width of 0.635 mm and with S one with a length of 2.015 mm, a height of 0.457 mm and a width of 0.56 mm. In the case of the reaction vessels according to FIG. 4, the sample is 0.763 mm in diameter and 1.02 mm in length, unless otherwise specified. If no dimensions are given, it means that a sample of the dimensions described in connection with the reaction vessel was used. In Table IV, Tic is Ticonderoga graphite, Sp is spectroscopic graphite, Pg is pyrolytic graphite, Sb is Shawini black, Py is pyrophyllite, Alox is aluminum oxide and Mgox is magnesium oxide.

Tabelle IVTable IV

Beispielexample ReaklionsgefiißReaction vessel Reaktions
wandmaterial
Reaction
wall material
ProbcnmatcrialSample material Druck
in Kilobar
pressure
in kilobars
Elektrische EnergieElectrical power Faradfarad ErgebnisResult
Voltvolt 0,0400.040 11 Fig. 4Fig. 4 PyPy Pg geglühtAnnealed Pg 110110 1616 0,0400.040 Diamantdiamond 22 Fig.4
Prnhp
Fig. 4
Prnhp
PyPy Pg geglühtAnnealed Pg 130130 2727 Diamantdiamond
IT LKJ UC
rechteckig
IT LKJ UC
rectangular
0,84 -9,4 mm0.84-9.4 mm 0,0400.040 33 Fig. 4
Prnhp
Fig. 4
Prnhp
PyPy Pg geglühtAnnealed Pg 125125 3636 Diamantdiamond
riuuc
rechteckig
riuuc
rectangular
0,84-9,4 mm0.84-9.4 mm 0,0400.040 44th Fig.4Fig. 4 PyPy Pg geglüht ;Pg annealed; 139139 2525th 0,0850.085 Diamantdiamond 55 Fig. 2Fig. 2 PyPy Pg geglühtAnnealed Pg 130130 1818th 0,0850.085 • Diamant• diamond 66th Fig. 2Fig. 2 PyPy Pg geglühtAnnealed Pg 130130 2222nd 0,0850.085 Diamantdiamond 77th Fig. 2Fig. 2 PyPy SpSp 130130 1616 0,0850.085 Diamantdiamond 88th Fig. 2Fig. 2 MgoxMgox SpSp 130130 1818th 0,0850.085 Diamantdiamond 99 Fig. 2Fig. 2 MgoxMgox SpSp 130130 1818th 0,0400.040 Diamantdiamond 1010 Fig. 2Fig. 2 PyPy SpSp 138138 3333 0,0850.085 Diamantdiamond UU Fig. 2Fig. 2 S, PyS, Py SpSp 130130 1616 0,0850.085 Diamantdiamond 1212th Fig. 2Fig. 2 L1PyL 1 Py SpSp 140140 2020th 0,0400.040 Diamantdiamond 1313th Fig.4Fig. 4 PyPy SpSp 130130 3232 0,0400.040 Diamantdiamond 1414th Fig.4Fig. 4 AloxAlox SpSp 140140 3030th 0,0400.040 Diamant ■Diamond ■ 1515th Fig. 4Fig. 4 MgoxMgox SpSp 140140 3030th 0,0400.040 Diamantdiamond 1616 Fig. 2Fig. 2 PyPy SpSp 140140 2525th 0,0850.085 Diamantdiamond 1717th Fig. 4Fig. 4 PyPy B 344B 344 180180 2222nd Diamantdiamond

Fortsetzungcontinuation

Beispielexample ReaktionsgefäßReaction vessel Reaktions
wandmaterial
Reaction
wall material
ProbenmaterialSample material Druck
in Kilobar
pressure
in kilobars
ElektrischElectric 3 Energie3 energy ErgebnisResult
Voltvolt Faradfarad 1818th Fig. 4Fig. 4 PyPy Dixon-HB-Dixon HB 140140 3131 0,0400.040 Diamantdiamond Bleistift-Pencil- graphitgraphite 1919th Fig. 2Fig. 2 PyPy B 344B 344 130130 2020th 0,0850.085 Diamantdiamond 2020th Fig. 2Fig. 2 PyPy B 344B 344 130130 2222nd 0,0850.085 Diamantdiamond 2121 Fig. 2Fig. 2 PyPy B 344B 344 130130 1818th 0,0850.085 Diamantdiamond 2222nd Fig. 4Fig. 4 PyPy Sp-ISp-I 139139 3434 0,0400.040 Diamantdiamond 2323 Fig. 4Fig. 4 PyPy Sp-ISp-I 120120 3030th 0,0400.040 Diamantdiamond 2424 Fig. 4Fig. 4 PyPy SbSb 140140 2626th 0,0400.040 Diamantdiamond 2525th Fig. 4Fig. 4 PyPy SbSb 140140 2020th 0,0400.040 Diamantdiamond 2626th Fig. 2Fig. 2 PyPy TicTic 130130 1414th 0,0850.085 Diamantdiamond

Die in F i g. 4 angegebenen Beispiele dienen zur Erläuterung einer Anzahl von Versuchen. Zur Feststellung der Minimalbedingungen wurden mehrere Beispiele mit stufenweise höheren Drücken und Temperaturen durchgeführt, um festzustellen, ab wann die Umwandlung stattfindet. Beispielsweise findet bei Verwendung von spektroskopischem Graphit die Umwandlung bei einem Minimaldruck zwischen ungefähr 120 und 130 Kilowatt statt. Die pro Gewichtseinheit der Probe erforderliche Mindestenergiezufuhr ergibt sich als ungefähr 16 bis 17 Kilokalorien pro Mol Graphit. Durch diese Energiezufuhr wird der Punkt festgelegt, an dem die Widerstandskurve nach oben ansteigt. Zur Vervollständigung der Umwandlung ist daher mehr Energie erforderlich. Praktisch werden bei den angegebenen Proben durchschnittlich ungefähr 25 Kilokalorien pro Mol zugeführt.The in F i g. The examples given in 4 serve to illustrate a number of experiments. To determine the minimum conditions were several examples with stepwise higher pressures and Temperatures are carried out to determine when the conversion takes place. For example When using spectroscopic graphite, the conversion takes place at a minimum pressure between approximately 120 and 130 kilowatts. The minimum energy input required per unit weight of the sample results in about 16 to 17 kilocalories per mole of graphite. Through this supply of energy defines the point at which the resistance curve rises upwards. To complete the conversion therefore requires more energy. Be practical with the specified Samples fed an average of about 25 kilocalories per mole.

Die obigen Beispiele dienen zur Erläuterung der Durchführung der Erfindung mit einer bevorzugten Apparatur und einer bevorzugten Schaltung. Es sind auch andere Apparaturen bekannt und vorhanden, welche die gegebenen Bedingungen liefern, insbesondere Apparaturen, welche wenigstens im Gebiet des Eisenüberganges im allgemeinen Bereich von 120 bis 135 Kilobar liegende Drücke liefern. Die in F i g. 1 gezeigte Gürtelapparatur kann vergrößert und/oder die Form des Reaktionsgefäßes kann in geeigneter Weise geändert werden, damit ein größeres Reaktionsvolumen zur Durchführung der Erfindung zur Verfügung steht. Auch die Schaltung kann geändert werden. Die Schaltung muß jedoch die erforderliche Energie in einer Zeitspanne liefern, die kürzer ist als die zum Schmelzen erforderliche Zeitspanne oder die bis zum Auftreten schädlicher chemischer Reaktionen in den Wandwerkstoffen verstreichende Zeitspanne. Bei der verwendeten Entladeschaltung erreicht das Probenmaterial die erforderliche Temperatur und beginnt sich wieder abzukühlen, bevor die die Probe umgebenden Werkstoffe zuviel Wärme aufgenommen haben. Es kann auch das in der deutschen Auslegeschrift 1 147 926 beschriebene Heizverfahren verwendet werden, bei welchem die Probe in normaler Weise langsam durch Widerstandsheizung aufgeheizt wird. Der Temperaturanstieg kann bei der Durchführung der Erfindung mit der beschriebenen Schaltung beträchtlich geändert werden. Dies wird durch Verwendung verschiedener Kapazitäten und Spannungen erreicht. Der aus F i g. 4 ersichtliche Spannungsbereich von 30 bis 16 Volt entspricht einer Verzögerung des Temperatur-The above examples serve to illustrate the implementation of the invention with a preferred one Apparatus and a preferred circuit. There are also other devices known and available, which provide the given conditions, in particular equipment which is at least in The area of iron transition in the general range of 120 to 135 kilobars deliver pressures. The in F i g. 1 shown belt apparatus can be enlarged and / or the shape of the reaction vessel can be appropriately changed to allow a larger reaction volume to carry out the Invention is available. The circuit can also be changed. However, the circuit must deliver the required energy in a period of time that is shorter than that required for melting Time span or the elapsing time before harmful chemical reactions occur in the wall materials Period of time. With the discharge circuit used, the sample material reaches the required level Temperature and begins to cool again before the materials surrounding the sample have absorbed too much heat. It can also do that in the German Auslegeschrift 1 147 926 The heating method described can be used in which the sample is normally slowly passed through Resistance heating is heated. The temperature rise can occur in the practice of the invention can be changed considerably with the circuit described. This is done by using different Capacities and tensions reached. The from Fig. 4 apparent voltage range from 30 to 16 volts corresponds to a delay in the temperature

anstieges von ungefähr 2Y2 Millisekunden.increase of about 2Y 2 milliseconds.

Zur Durchführung der Erfindung wurde auch eine bekannte und in der deutschen Auslegeschrift 1 147 926 beschriebene variable Widerstandsheizschaltung verwendet. Beispielsweise wurde bei Ver- wendung eines aus Thoriumoxyd hergestellten Reaktionsgefäßes nach F i g. 2 die elektrische Widerstandsheizung über eine Zeitspanne von mehreren Sekunden erhöht und eine Maximaltemperatur von ungefähr 2500 bis 28000K erreicht, die bei einem Druck von ungefähr 160 Kilobar 2 bis 3 Sekunden lang aufrechterhalten wurde, wobei Diamanten gebildet wurden. Die beim Erfindungsverfahren auftretende Reaktion unterscheidet sich von den in der deutschen Auslegeschrift 1 147 926 beschriebenen Reaktionen dadurch, daß bei der vorliegenden Erfindung keine geschmol-.. zenen Metalle vorhanden sind, da ja keine Metalle verwendet werden und die Umwandlungstemperaturen ein Schmelzen des Graphits ausschließen, obwohl im beschränkten Umfange einige verstreute Einzelbereiche schmelzen können. In höheren Temperaturbereichen verläuft die Reaktion so schnell, daß die Umwandlungstemperatur im Graphit erreicht wird, und die Abkühlung beginnt, bevor hohe Temperaturen in den umgebenden Stoffen erreicht werden. Die zuerst auftretende Reaktion oder Umwandlung kann also am besten als Umwandlung im festen Zustand bezeichnet werden. Ein Verfahren zur Herstellung von Diamanten durch Rekristallisation von geschmolzenem Kohlenstoff, bei welchem der Kohlenstoff im wesentlichen geschmolzen wird, bildet den Gegenstand der deutschen Auslegeschrift 1 193 021.A known variable resistance heating circuit described in German Auslegeschrift 1 147 926 was also used to carry out the invention. For example, when using a reaction vessel made from thorium oxide according to FIG. 2 increased the electrical resistance heating over a period of several seconds and reached a maximum temperature of approximately 2500 to 2800 ° K, which was maintained at a pressure of approximately 160 kilobar for 2 to 3 seconds, with diamonds being formed. The reaction occurring in the process of the invention differs from the reactions described in German Auslegeschrift 1 147 926 in that no molten metals are present in the present invention, since no metals are used and the transformation temperatures prevent the graphite from melting, although to a limited extent some scattered individual areas can melt. In higher temperature ranges the reaction proceeds so quickly that the transformation temperature in the graphite is reached, and cooling begins before high temperatures are reached in the surrounding substances. So the reaction or transformation that occurs first can best be described as a solid state transformation. A process for the production of diamonds by recrystallization of molten carbon, in which the carbon is essentially melted, is the subject of German Auslegeschrift 1 193 021.

Zu den die Lehre der Erfindung erläuternden Beispielen wurden Parallelversuche gemacht, um die Wirkung der bisher erforderlichen Metalle auf diesen Umwandlungsprozeß festzustellen. Beispielsweise wurde das Reaktionsgefäß nach F i g. 2 bei einem der in Tabelle IV angeführten Versuche verwendet, wobei Diamanten gebildet wurden. Parallel zu diesem Versuch wurde nun ein zweiter Versuch durchgeführt, bei welchem eine Mischung von Graphit und Nickelpulver verwendet wurde. Nickel ist nämlich eines der bisher erforderlichen Metalle. Nach Durchführung des Parallelversuches wurde der Inhalt oderTo the examples illustrating the teaching of the invention, parallel experiments were made to the Determine the effect of the metals required up to now on this transformation process. For example the reaction vessel according to FIG. 2 used in one of the experiments listed in Table IV, whereby diamonds were formed. In parallel to this experiment, a second experiment was carried out, in which a mixture of graphite and nickel powder was used. Because nickel is one of the metals previously required. After performing the parallel experiment, the content was or

6S der Mittelteil des Reaktionsgefäßes untersucht, und es ergab sich keine unterschiedliche Reaktion oder kein unterschiedliches Reaktionsprodukt. In beiden Fällen wurde der gleiche Diamant gebildet. Anderer- 6 S the central part of the reaction vessel was examined, and no different reaction or no different reaction product was found. The same diamond was formed in both cases. Another-

seits war das Nickelpuiver verhältnismäßig unverändert, da die Reaktionszeil so kurz war, daß keine Lösung stattfand. Bei Wiederholung des obigen Verfahrens* mit anderen Metallen zeigte sich auch keine bemerkbare Änderung, und die Reaktionen wurden durch das zugefügte Metall nicht beeinflußt. Aus zahllosen in der oben beschriebenen Weise durchgeführten Versuchen ergab sich, daß verschiedene Metalle, Graphite, die Verunreinigungen der Graphite und andere Stoffe die Umwandlungsreaktion nur insoweit beeinflussen, daß die Temperatur, bei welcher die Umwandlung stattfindet, in geringem Maße geändert wird.on the other hand, the nickel powder was relatively unchanged, since the reaction line was so short that none Solution took place. Repeating the above procedure * with other metals also showed no noticeable change and the reactions were not affected by the added metal. From countless tests carried out in the manner described above, it was found that various Metals, graphite, the impurities of the graphite and other substances cause the conversion reaction affect only insofar that the temperature at which the conversion takes place, is slightly Dimensions is changed.

Während des Umwandlungsprozesses behält das Reaktionsgefäß 2Ö und die Probe 32 im allgemeinen die geometrische Beschaffenheit bei. Dies gilt insbesondere für die Probe 38 nach F i g. 4. Die ganze Probe 38 wird in eine einzige zylindrische Diamantmasse umgewandelt, wie sie in Fig. 4a mit-38a bezeichnet ist. Man kann daher verschiedene Diamantformen herstellen, indem man einfach die Graphitprobe entsprechend wählt. Die Gestall und Form der Probe -nach-F ig. 2 und die der Schaltung 41 zugeführte Ladung können so bemessen werden, daß im wesentlichen die gesamte Graphitprobe in Diamant umgewandelt wird. Die aus der Reaktionsgefäßform nach F ig. 2 gewonnene Probe ist in Fig. 2 a dargestellt und besitzt die Form eines Vierkantklölzchens, dessen Länge ungefähr ein Drittel der Länge der Probe 32 entspricht. Die Längskanten der Probe 32« sind scharf, während die Endteile leicht abgerundet sind. Wie bei der Probe 38« entspricht auch bei der Probe 32«die Verringerung in der Höhe der Änderung der Dichte von Graphit in Diamant. Besteht die ursprüngliche Graphitprobe aus orientiertem Graphit, d. h. geglühtem pyrolytischem Graphit, dann besieht die gebildete Diamantmasse auch aus Diamantkristallen mit ähnlicher Orientierung.During the conversion process, reaction vessel retains 20 and sample 32 in general the geometric texture. This is especially true for sample 38 according to FIG. 4. The entire sample 38 is converted into a single cylindrical diamond mass converted, as denoted by -38a in Fig. 4a. You can therefore get different diamond shapes by simply choosing the graphite sample accordingly. The design and shape the sample -according to fig. 2 and that of circuit 41 added charge can be sized so that essentially all of the graphite sample is in diamond is converted. The from the reaction vessel shape according to Fig. 2 obtained sample is shown in Fig. 2a and has the shape of a square block, the length of which corresponds to approximately one third of the length of the sample 32. The long edges of the sample 32 " are sharp, while the end parts are slightly rounded. As with the sample 38 «also corresponds to the Sample 32 ″ the reduction in the amount of change in density from graphite to diamond. Is the original one Oriented graphite sample, d. H. annealed pyrolytic graphite, then covered the diamond mass formed also consists of diamond crystals with a similar orientation.

Die Bewegung oder Erregung des Kohlensloffgitlers für die Zwecke der Erfindung wird durch direkte Zufuhr von Energie zur Graphitprobe erreichl. Diese direkte Energiezufuhr ergibt einen direkteren übergang von Graphit in Diamant, ohne daß irgendwelche Zwischenmillel erforderlich sind, beispielsweise das bei dem bekannten Diamanthcrstelluhgsverfahren erforderliche geschmolzene Metall. Die Erregung oder Bewegung des Kohlenstoffgitters wird durch thermische Energie, elektrische Energie oder dadurch erreichl. daß ein Krislall verschiedenen Kräften wie" Druck-, Zug- oder Scherkräften durch Anwendung hochfrequenter Schallwellen und Bestrahlung mit radioaktiven Teilchen ausgesetzt wird. Vorzugsweise wird so viel Energie zugeführt, daß eine Umwandlung von Graphit in Diamant stattfindet. Die Erregung des Kohlenstoffkristallgitlers muß stattfinden oder wirksam sein, wenn der Graphit unter einem im diamantstabilen Gebiet des Kohlenstoffes liegenden Druck stehl. so daß die resultierende Wirkung auf die chemischen und elektrischen Bindungen darin besteht, daß einige Kohlenstoffalome in Diamantform ausgeschieden werden. Kohlenstoffatomerregung schließt in sich ein. daß alle Atome in einem gegebenen Krislallgitter so erregt werden, daß das Kristallgefüge geändert wird. d. h. Erregung sowohl zwischen Gittern als auch zwischen Atomen.The movement or excitation of the Kohlensloffgitlers for the purposes of the invention is by direct Supply of energy to the graphite sample achievable. This direct energy supply results in a more direct transition from graphite to diamond without the need for any intermediate mills, for example that in the known Diamanthcrstelluhgsverfahren required molten metal. The excitation or movement of the carbon lattice will by thermal energy, electrical energy or by this. that a crystal different Forces such as "pressure, tensile or shear forces" through the use of high-frequency sound waves and radiation exposed to radioactive particles. Preferably so much energy is supplied that graphite is converted into diamond. The excitation of the carbon crystal must take place or be effective when the graphite is below one of the diamond-stable areas of carbon lying pressure steal. so the resulting Effect on chemical and electrical bonds consists in that some carbon atoms are precipitated in the form of diamonds. Carbon atom excitation includes in itself. that all atoms in a given crystal lattice are so excited, that the crystal structure is changed. d. H. excitement both between lattices and between atoms.

Bei einer ; Ausführungsform der Erfindung wird eine elektrische Slromentladung durch den unter dem erforderlichen Druck stehenden Graphit zur Kohlenstoffatomerregung verwendet. Bei der Stromentlädung durch den Graphit steigt die Temperatur des Graphits an, so daß Stromentladung und Temperatur miteinander in Beziehung gesetzt werden können. Diese Temperatur wird als »Schwellwerttemperatur« bezeichnet. Eine solche Schwellwertlemperalur kann jedoch auch durch andere Heizmittel und Heizverfahren erreicht werden, beispielsweise durch eine Thermitreaktion oder durch eine äußere Heizeinrichtung. At a ; Embodiment of the invention is an electric discharge through the graphite, which is under the required pressure Carbon atom excitation used. When the current is discharged through the graphite, the temperature rises of graphite, so that current discharge and temperature can be related to each other. This temperature is called the "threshold temperature" designated. Such a threshold temperature can, however, also be achieved by other heating means and heating methods can be achieved, for example by a thermite reaction or by an external heating device.

Bei Umwandlungsprozcssen und bei vielen chemischen Reaktionen spielt die Temperatur eine wichtige Rolle. Insbesondere hängt die Reaktionsgeschwindigkeit von der Temperatur ab, und höhere Temperaturen ergeben höhere Reaktionsgeschwindigkeiten. Bei der Erfindung beeinflußt die Temperatur auch die Umwandlungsgeschwindigkeit, und es sind daher höhere Temperaturen erwünscht. Die Schwellwertlemperalur ist eine Temperatur, bei welcher die Umwandlungsgeschwindigkeit so groß ist, daß eine ausreichende Diamantmenge in einer verhältnismäßig kurzen Zeit erzeugt wird, d. h. eine meßbare und endliche Diamantmenge in dieser Zeil gewonnen wird. Man nimmt an, daß der erfindungsgemäße Umwandlungsprozeß durch Kohlcnstoffatomerregung in Gang gebracht wird und die Umwandlungsgeschwindigkeit durch die Temperatur bestimmt ist. Es können daher wirksamere und bessere, die Erregung in Gang bringende Mittel zu niedrigeren Temperaturen oder zu anderen langsameren TcmpcraturcrhöhimgsmiHcln führen. Ein langsamerer Temperaturanstieg oder geringere Temperatur hai unmittelbar eine günstigere Steuerung des Prozesses zur Folge und ermöglicht die Verwendung verschiedener anderer Reaklionsgefäße und Werkstoffe für die Wände des Reaktionsgefäßes, die zwar hilzeempfindlicher, jedoch bei niedrigeren Temperaturen wünschenswerter sind.In conversion processes and in many chemical processes In reactions, temperature plays an important role. In particular, the reaction speed depends on temperature, and higher temperatures result in faster reaction rates. In the invention, temperature also affects the rate of conversion, and so are higher temperatures desirable. The threshold temperature is a temperature at which the Conversion rate is so great that a sufficient amount of diamond in a relative is generated for a short time, d. H. a measurable and finite amount of diamond is obtained in this cell. It is assumed that the conversion process according to the invention is started by excitation of carbon atoms and the rate of conversion is determined by the temperature. It can therefore more effective and better stimulating agents at lower temperatures or lead to other slower temperature increases. A slower temperature rise or The lower temperature immediately results in a more favorable control of the process and enables it the use of various other reaction vessels and materials for the walls of the reaction vessel, which are more sensitive to help, but at lower temperatures are more desirable.

Mit verschiedenen Graphitarten durchgeführte Untersuchungen zeigen, daß die Schwellwcrttemperatur, bei welcher die Umwandlung bei einem gegebenen Druck beginnt oder stattfindet, eine Funktion der Graphitart isl. Zu den nach der vorliegenden Erfindung in Diamant umgewandelten Graphitsorten gehören speklroskopischer Graphit, Sp-I-Graphit, Ticondcroga-Graphit, pyrolytischer Graphit, geglühter pyrolytischcr Graphit, Graphilsortcn mit verschiedener Dichte, mit verschiedenem Gehalt an Verunreinigungen und Mischungen verschiedener Graphite. Es hat sich herausgestellt, daß jede verwendete Graphitart oder Graphilmischung eine verschiedene Schwellwcrltemperalur besitzt, bei welcher die Umwandlungsreaktion stattfindet. Weiterhin findet die Umwandlungsreaktion bei verschiedenen Mindesldrücken statt. Die Schwellwerltemperatur nimmt mit zunehmendem Druck ab. Es gibt daher für jede Druckbedingung eine Schwellwerttemperalur. Die Schwell werllemperatur ist also die bei einem gegebenen Druck und einem gegebenen Probenmatcrial zur Umwandlung erforderliche Temperatur. Man kann daher eine Schwellwerttemperaturkurve für eine gegebene Graphitprobe aufstellen, indem man eine Reihe von Versuchen durchführt. In F i g. 7 stellt die Kurve Τ/τ die Schwellwerttemperaturkurve von spektroskopischem Graphit dar. Das zur Bestimmung der Kurve Th verwendete Verfahren isl im wesentlichen gleich dem bei den Beispielen nach Tabelle IV verwendeten Verfahren zur Bestimmung der Mindestdrücke. Bei einem gegebenen Druck werden verschiedene MengenStudies carried out on various types of graphite show that the threshold temperature at which conversion begins or takes place at a given pressure is a function of the type of graphite. The types of graphite converted to diamond in accordance with the present invention include specroscopic graphite, Sp-I graphite, Ticondcroga graphite, pyrolytic graphite, annealed pyrolytic graphite, types of graphite with different densities, with different levels of impurities and mixtures of different graphites. It has been found that each type of graphite or graphile mixture used has a different threshold temperature at which the conversion reaction takes place. Furthermore, the conversion reaction takes place at different minimum pressures. The threshold temperature decreases with increasing pressure. There is therefore a threshold temperature for every printing condition. The threshold temperature is the temperature required for conversion at a given pressure and a given sample material. One can therefore establish a threshold temperature curve for a given graphite sample by performing a series of experiments. In Fig. 7, the curve Τ / τ represents the threshold temperature curve of spectroscopic graphite. The method used to determine the curve Th is essentially the same as the method used in the examples according to Table IV for determining the minimum pressures. For a given pressure there will be different amounts

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elektrischer Entladungsenergie zugeführt, um fest- die Steuerung des Druckes nicht merkbar beeinflußt zustellen, ab welcher Energiemenge eine Umwandlung wird. Druck und Temperatur sind also voneinander; stattfindet. Kennt man dann diese Schwellwert- unabhängig. Wie aus F i g. 7 ersichtlich ist, werden energiemenge, dann kennt man auch die Schwellwert- nach einer Umwandlung in Diamant die Drücke temperatur. Für jedes Ausgangsmaterial gibt es also 5 im diamantstabilen Gebiet über der Graphit-Diamant-· eine Schwellwerttemperaturkurve, so daß man für Gleichgcwichtslinie E gehalten, damit keine Graphilialle Ausgangsstoffe eine ganze Kurvenschar erhält. sierung des Diamanten eintritt. Diese wichtige Steuerin Verbindung mit den Schwellwerttemperaturen möglichkeit wird nun an Hand von F i g. 7 näher ergibt sich aus der Widerstandskurve einiger Graphit- erläutert. Bei der Durchführung des erfindungsgearten, daß" die Umwandlung ohne Anwendung von 10 mäßen Verfahrens kann der Druck über die Graphit-Energie, beispielsweise Wärmeenergie oder elektri- Diamant-Gleichgewichtslinie £ erhöht und die Schalscher Entladungsenergie, bei sehr niedrigen Drücken tung 41 entladen werden. Der Temperaturanstieg stattfindet. Beispielsweise können sowohl geglühter muß so begrenzt werden, daß der Graphitschmelzpyrolytischer Graphit als auch Ticonderoga-Graphit punkt bei niedrigeren Drücken nicht erreicht wird, mit einem hohen Kristallorientierungsgrad in Diamant 15 damit der gebildete Diamant nicht zu geschmolzenem mit Hilfe verhältnismäßig niedriger Drücke umge- Graphit wird, da die Volumenverringerung des Grawandelt werden. Diese Graphite werden dabei so phits im flüssigen Zustand zur Folge hat, daß der angeordnet, daß ihre Kristallflächen oder -ebenen Druck in den graphitstabilen Bereich absinkt, woparallel zu den Stirnflächen der Stempel 15 und 16 durch Graphit gewonnen wird. Liegen die Druckliegen. Man beobachtet, daß beim Zusammenpressen 20 Temperatur-Bedingungen im diamantstabilen Gevon beispielsweise geglühtem pyrolytischem Graphit biet, dann muß der Druck bei der gewünschten bei Zimmertemperatur der Widerstand bei ungefähr Temperatur in diesem Gebiet gehalten werden, da 110 Kilobar anzusteigen beginnt, was auf eine Um- bei Absinken des Druckes unter die Linie E der Wandlung in elektrisch nichtleitenden Diamant hin- bereits gebildete Diamant wegen der hohen Temperaweist. Nach Verringerung des Druckes nimmt der 25 tür wieder graphitisiert wird. Drücke und Tempera-Widerstand wieder ab. Man nimmt an, daß sich türen müssen daher in richtiger Wechselbeziehung kleine Diamantkerne, bilden, was. durch den Anstieg stehen, so daß gegebene Zustände hergestellt, und des Widerstandes angezeigt wird, diese Diamantkerne aufrechterhalten werden können. Der Druck kann jedoch wieder bei Verringerung des Druckes graphi- weiterhin um jeden gewünschten Betrag erhöht und tisiert werden. Eine Stabilisierung der gebildeten 30 erniedrigt werden. Die unabhängige Steuerung ist ein Diamantkerne kann beispielsweise durch eine ge- wichtiges Erfindungsmerkmal., ringcre elektrische Energieenlladung und schnelle . Die Erfindung ist an Hand einer statischen Druck-Aufheizung der Probe am Ende des Widerstands- apparatur beschrieben, in welcher die Umwandlung anstieges erreicht werden, worauf dann der Diamant von Graphit in Diamant stattfindet. In einer solchen bei atmosphärischen Bedingungen gewonnen werden 35 Apparatur kann zunächst der Druck gegebenenfalls kann. Bei einem Beispiel betrug der anfängliche innerhalb einer veränderlichen und längeren Zeit-Widerstand einer Probe aus geglühtem pyrolytischem spanne, erzeugt, werden, bevor die Temperatur erhöht Graphit 0,112 Ohm und. hatte nach Anwendung öder die Schaltung 41 entladen wird. Es wird ein von Druck allein einen Wert von 0,247 Ohm. Nach langsamer Druckanstieg bevorzugt, um gleichmäßige vollendetem Widerstandsanstieg wurde elektrische 40 Bedingungen in den verschiedenen Stoffen zu erzielen. Entladungsenergie (0,085 Farad bei ungefähr 16 Volt) Der Ausdruck »langsam« ist so,zu verstehen, daß der zugeführt, worauf dann Diamanten gewonnen wurden. Druckanstieg zwar vorzugsweise in Minuten er-Dicsc Umwandlung deutet auf eine beträchtlich folgt, jedoch auch ein nur wenige Sekunden dauernder unterhalb der Kurve Th in F i g. 7 liegende 77i.-Kurve Druckanstieg eingeschlossen ist. Stabilität der Drücke hin. Eine zusätzliche Erklärung dieser Umwandlung 45 innerhalb einer vernünftigen Zeitgrenze ergibt eine bei niederem Druck geht davon aus, daß einmal die günstigere Arbeitsweise und eine, vollständigere UmKurve M eine augenblickliche metastabile Graphit- Wandlung. Zwar werden sowohl Druck als auch schmelzlinie ist, während die Fläche A ein Reaktions- Temperatur gesteuert, jedoch unterliegt der Druck oder Umwandlungszeitelement von der Größe einiger mehr .der Steuerung, da er. vom Anfangswert bis weniger Millisekunden darstellt. Man könnte also-50 zum Endwert gesteuert wird Der gesteuerte Druck erwarten, daß Reaktionen unterhalb dem Gebiet A- ist daher von einem durch Stoßwellen erzeugten. (jedoch über, der Kurve E) auftreten, wo das Zeit- Druck zu unterscheiden, da er aufrechterhalten werden element für die Reaktion beträchtlich langer ist. Bei kann und.nicht nur vorübergehend vorhanden ist weit vom Gebiet A entfernt liegenden Drücken kann und die Druckänderungsgeschwindigkeit steuerbar die erforderliche Reaktionszeil ungewöhnlich lang 55 ist. Bei hoher Temperatur ist die Zeitspanne, wähsein. ; rend der der Druck aufrechterhalten werden kann, Eines der hervorstechenden Merkmale der Er- nur durch die in- der Apparatur verwendeten Werkfindung betrifft die Steuerung. Sowohl die Temperatur stoffe vorgegeben. Wie der Druck stufenweise in als auch der Druck können individuell gesteuert einer oder mehreren Stufen, so kann auch die Temwerden. Beispielsweise kann bei der Durchführung 60 peratur stufenweise erhöht werden, wenn man bei des Erfindungsverfahrens ein gewünschter Druck Verwendung eines gewöhnlichen Widerstandsheizfür ein gegebenes Material erzeugt und dieser Druck kreises verzögerte Thermitreaktionen anwendet oder für verschiedene Zwecke geändert werden. Danach die Temperatur durch verschiedene Mittel auf einen kann die Schaltung 41 bei vorgegebenen Spannungs- gegebenen Wert unterhalb der Schwellwerttemperatur und Kapazitätswerten entladen werden. Der auf <»5 erhöht und anschließend zur Vervollständigung des die schnelle Aufheizung zurückzuführende geringe Temperaturanstieges eine Kondensatorentladung Druckanstieg wird auf weniger als 5 bis 10 Kilobar durchführt, geschätzt, und es hat sich herausgestellt, daß dadurch Man kann also die Richtung, nach welcher sichElectrical discharge energy supplied in order to ensure that the control of the pressure is not noticeably influenced, from which amount of energy a conversion is made. Pressure and temperature are therefore of one another ; takes place. One then knows this threshold value independently. As shown in FIG. 7 can be seen, the amount of energy, then one also knows the threshold value - after a conversion into diamond, the pressure temperature. For every starting material there are 5 in the diamond-stable area above the graphite-diamond - a threshold temperature curve, so that one takes for equilibrium line E , so that no graphilial starting materials get a whole family of curves. ization of the diamond occurs. This important control in connection with the threshold temperatures is now possible with reference to FIG. 7 results in more detail from the resistance curve of some graphite - explained. When implementing the erfindungsgearten that "the conversion without using 10 MAESSEN method, the pressure can be increased via the graphite energy, for example thermal energy or electrical diamond equilibrium line £, and the Schalscher discharge energy can be discharged at very low pressures device 41. The For example, both annealed must be limited so that the graphite fused pyrolytic graphite as well as Ticonderoga graphite point is not reached at lower pressures, with a high degree of crystal orientation in diamond 15 so that the diamond formed does not turn into molten one with the help of relatively low pressures. This graphite is so phits in the liquid state that the pressure drops into the graphite-stable area, which is parallel to the end faces of the punches 15 and 16 Graphite g is won. Are the pressure beds. It is observed that during compression there are 20 temperature conditions in the diamond-stable compound of, for example, annealed pyrolytic graphite, then the pressure at the desired room temperature, the resistance must be kept at about the temperature in this area, since 110 kilobars begins to rise, which leads to a change. when the pressure drops below the line E, the conversion into electrically non-conductive diamond - already formed diamond because of the high temperature. After reducing the pressure, the 25 door is graphitized again. Squeeze and tempera resistance again. It is assumed that doors must therefore form small diamond cores in correct interrelationship, what. stand by the rise, so that given conditions are established and the resistance is displayed, these diamond cores can be maintained. However, when the pressure is reduced, the pressure can continue to be increased and tized by any desired amount. A stabilization of the formed 30 can be lowered. The independent control is a diamond core can for example by an important feature of the invention., Ringcre electrical energy charge and fast. The invention is described on the basis of static pressure heating of the sample at the end of the resistance apparatus, in which the conversion increased can be achieved, whereupon the diamond from graphite to diamond then takes place. In such an apparatus under atmospheric conditions, the pressure can, if appropriate, first be obtained. In one example, the initial resistance of a sample of annealed pyrolytic span, generated within a variable and prolonged period of time, was 0.112 ohms and before the temperature increased graphite. had after application or the circuit 41 is discharged. It gets a value of 0.247 ohms from pressure alone. After a slow increase in pressure, preference was given to achieving an even and complete increase in resistance in the various fabrics. Discharge energy (0.085 farads at about 16 volts) The term "slow" is to be understood to mean that the was supplied, after which diamonds were then extracted. Although the pressure increase is preferably in minutes, he-Dicsc conversion indicates a considerable follow-up, but also one lasting only a few seconds below the curve Th in FIG. 7 lying 77i. Curve pressure increase is included. Stability of the pressures. An additional explanation of this conversion 45 within a reasonable time limit results in a low pressure assumption that, on the one hand, the more favorable mode of operation and a more complete curve M, an instantaneous metastable graphite conversion. Although both pressure and melt line are controlled while area A is a reaction temperature, the pressure or transformation time element of the size is more subject to control, since it is. from the initial value to a few milliseconds. One could thus -50 to the final value is controlled The controlled pressure expect that reactions below the area A- is therefore from one generated by shock waves. (however above, curve E) occur where the time-pressure differ, as it is to be sustained element for the reaction is considerably longer. In the case of can and.not only temporarily present , pressures that are far from area A can be controlled and the rate of pressure change can be controlled, the required reaction line is unusually long. At high temperature is the length of time to choose. ; rend that the pressure can be maintained, One of the salient features of the invention only through the work-finding used in the apparatus concerns the control. Both the temperature substances are specified. As the pressure in stages in as well as the pressure can be individually controlled in one or more stages, so can the temperature. For example, the temperature can be increased in steps when carrying out the process of the invention if, in the process of the invention, a desired pressure is generated using an ordinary resistance heater for a given material and this pressure circuit applies delayed thermite reactions or is changed for various purposes. Thereafter, the temperature can be discharged to a given voltage value below the threshold temperature and capacitance values by the circuit 41 by various means. The increased to <»5 and then a capacitor discharge to complete the slight rise in temperature, which is due to the rapid heating, is estimated to be less than 5 to 10 kilobars

809 640/1659809 640/1659

die Temperaturbedingungen bewegen, d. h. von oder nach den Umwandlungsgebieten, mit größerer Genauigkeit vorgeben und steuern. ,Falls beispielsweise Druck- und Temperaturbedingungen in das Gebiet A oder in das Gebiet Dl des Zustandsdiagramms von Kohlenstoff bewegt oder verschoben werden sollen, kann man einen. Weg einschlagen, der keine Gebiete durchläuft, in denen keine Umwandlung stattfindet, ' beispielsweie das Gebiet flüssigen Kohlenstoffes und das Graphitgebiet (abgesehen von der anfanglichen Durchquerung). Insbesondere kann auch der Rückweg aus einem Umwandlungsgebiet genau festgelegt und eingehalten werden. Beispielsweise kann bei einem gegebenen Druck während des Temperaturanstieges Graphit in Diamant umgewandelt werden, jedoch - können die Temperaturen am Ende des Temperaturanstieges so hoch seih, daß der gebildete Diamant im Kohlenstoffschmelzgebiet schmilzt, wodurch gleichzeitig der Druck verringert wird, so daß nur Graphit gewonnen wird. Weiterhin kann nach Umwandlung von Graphit in Diamant, falls die Drücke nicht .auf einem hohen Wert gehalten werden, die Temperaturkurve in das Graphitgebiet hinein verlaufen und der Diamant in Graphit umgewandelt werden. Die Steuerung ermöglicht jedoch eine gleichmäßige oder stufenweise Erhöhung des Druckes und der Temperatur, so daß das Umwandlungsgebiet A oder D2 von einem links von der Linie S Hegenden Ausgangspunkt ausgehend von verschiedenen Richtungen betreten werden kann. Der Ausgangspunkt kann entweder der Normalzustand sein oder ein Zustand, bei welchem bereits höhere Drücke und Temperaturen vorliegen. Beispielsweise kann man von Normalbedingüngen, d. h. atmosphärischen Bedingungen, ausgehend den Druck in das Diamantgebiet D erhöhen. Danach kann man die Temperatur so erhöhen, daß man unmittelbar in das Gebiet A oder Dl gelangt. Der Druck- und/oder Temperaturanstieg kann dabei abwechselnd stufenweise erfolgen. Auch kann bei einem Zwischenpunkt, bei welchem bereits ein hoher Druck vorliegt, ein Temperaturanstieg zur Folge haben, daß man unmittelbar in das Gebiet 4 oder D 1 gelangt. Bei einem Punkt im Graphitgebiet G, bei welchem hohe Temperatur herrscht, können der Drück und die Temperatur so erhöht werden, daß man in das Gebiet A oder D 2 gelangt. Mit anderen Worten ausgedrückt sind also verschiedene Kombinationen von vertikalen und horizontalen Bewegungen der Zustandsbedingungen möglich, um in das Gebiet Dl zu gelangen. Weiterhin können die Druck- und Temperaturbedingungen so gewählt werden, daß sie am oder innerhalb des Tripelpunktes Tl liegen, da der Tripelpunkt Tl eine kleine Fläche umfassen kann. Anschließend kann dann bei Verringerung der Temperatur durch Erhöhung des Druckes das Umwandlungsgcbiel A oder D 2 erreicht werden. Bei diesen und anderen indirekten Wegen zum Umwandlungsbereich: treten auch noch weitere Druck-TemperaturTÄnderungsprobleme auf, da sich eine Temperaturänderung auf den Druck auswirkt und feste Stoffe,:in flüssige Stoffe und umgekehrt umgewandelt werden. In dieser Hinsicht ist zu bemerken, daß die Lage-des Punktes. T2 oder der vom Punkt- Tl nach oben ansteigenden Linie Sl nicht, genau festgestellt ist. Der Punkt Tl und» die Linie S 2 liegen jedoch innerhalb eines vernünftigen Bereiches,. beispielsweise innerhalb eines Bereiches von ungefähr ±10 Kilobar und ±300° K, so daß die vorliegende Erfindung ohne Schwierigkeiten wegen der Meßgenauigkeit durchgeführt "werden kann.move the temperature conditions, that is to say from or to the transition areas, with greater accuracy and control. If, for example, pressure and temperature conditions are to be moved or shifted into area A or into area Dl of the state diagram of carbon, one can use a. Take a path that does not pass through areas in which no conversion takes place, such as the liquid carbon area and the graphite area (apart from the initial traversal). In particular, the return route from a conversion area can also be precisely defined and adhered to. For example, at a given pressure, graphite can be converted into diamond during the temperature rise, but at the end of the temperature rise the temperatures can be so high that the diamond formed melts in the carbon melt area, which at the same time reduces the pressure so that only graphite is obtained. Furthermore, after the conversion of graphite into diamond, if the pressures are not kept at a high value, the temperature curve can extend into the graphite area and the diamond can be converted into graphite. However, the control enables the pressure and the temperature to be increased uniformly or in steps, so that the conversion area A or D2 can be entered from a starting point to the left of the line S starting from different directions. The starting point can either be the normal state or a state in which higher pressures and temperatures are already present. For example, one can increase the pressure in the diamond region D starting from normal conditions, ie atmospheric conditions. Then you can increase the temperature so that you get directly into the area A or Dl . The pressure and / or temperature increase can take place alternately in stages. At an intermediate point at which there is already a high pressure, a temperature rise can also result in the area 4 or D 1 being reached directly. At a point in the graphite region G at which the temperature is high, the pressure and the temperature can be increased so that the region A or D 2 can be reached. In other words, different combinations of vertical and horizontal movements of the state conditions are possible in order to get into the area D1 . Furthermore, the pressure and temperature conditions can be selected so that they lie at or within the triple point T1 , since the triple point T1 can encompass a small area. Subsequently, when the temperature is reduced, by increasing the pressure, the conversion target A or D 2 can be achieved. With these and other indirect ways to the transformation area: there are also further pressure-temperature change problems, since a temperature change affects the pressure and solid substances,: are converted into liquid substances and vice versa. In this respect it should be noted that the position of the point. T2 or is not precisely determined by the point Tl upward sloping line Sl. The point T1 and the line S 2 are, however, within a reasonable range. for example, within a range of approximately ± 10 kilobars and ± 300 ° K, so that the present invention can be carried out without difficulty because of the measurement accuracy.

Von den verschiedenen, bei der vorliegenden Erfindung verwendeten Graphitäften wurde hexagonaler Graphit, rhomboedrischen Graphit enthaltender Graphit und verschiedene andere Graphitarten in Diamant umgewandelt, indem der'Drück entweder senkrecht oder: parallel zur C-Achse angewendet wurde. Bei der vorliegenden Erfindung wurden Graphitproben in die Reäktionsgefäße gebracht;- wobei die Kristallebenen sowohl senkrecht als auch parallel zu den Stempelflächen 19 verliefen.
Bei der ' Gewinnung der Diamanten würde aus den Reaktionsgefäßen, insbesondere aus den Reaktionsgefäßen nach Fi g. 4, eine aus einem einzigen Stück bestehende Diamantenmasse entfernt^ d. h., es war im wesentlichen der gesamte Graphit in Diamant'umgewandelt worden. Ein solches einzelnes Stück ist sehr dauerhaft und kann als Schleifelement verwendet werden. Die einzelnen Diamantkristalle in einer solchen Masse sind sehr klein, d.h., sie haben Abmessungen in der Größenordnung von einem Mikron, und ihre Farbe reicht von Schwarz bis zu durch'-scheinendem Grau. Ihre Gesamtkonfiguration ist nicht sichtbar. Derartige Preßlinge können außer aus Graphit auch aus anderen Stoffen hergestellt werden. Es ist auch bereits gefunden worden, daß Jiexagonales Bornitrid in kubisches Bornitrid durch
Of the various graphite shafts used in the present invention, hexagonal graphite, graphite containing rhombohedral graphite, and various other types of graphite have been converted to diamond by applying the pressure either perpendicular to or: parallel to the C-axis. In the present invention, graphite samples were placed in the reaction vessels, the crystal planes running both perpendicular and parallel to the punch surfaces 19.
In the 'extraction of the diamonds would be from the reaction vessels, in particular from the reaction vessels according to Fi g. 4, a single piece of diamond mass removed, that is, essentially all of the graphite had been converted to diamond. Such a single piece is very durable and can be used as an abrasive element. The individual diamond crystals in such a mass are very small, that is, they are on the order of a micron in size, and their color ranges from black to translucent gray. Your overall configuration is not visible. Such compacts can also be made of other materials in addition to graphite. It has also already been found that jiexagonal boron nitride converts into cubic boron nitride

Anwendung hoher Drücke und hoher Temperaturen übergeführt werden kann. Kubisches Bornitrid ist eine diamantähnliche Substanz, die auch als Schleifmittel geeignet ist. Man kann daher auch einen aus Diamant- und kubischen Börnitridkristallen bestehenden Preßling herstellen; indem man eine Mischung aus beispielsweise körnigem oder pulverförmiger!! Graphit und hexagonalem Bornitrid umwandelt. Weiterhin kann'man.als Ausgangsmatcrial ein Diamant-Graphit-Gemisch, beispielsweise in feinkörniger öder pulverförmiger Form, verwenden, so daß der Preßling als ein gesinterter Diamantpreßling angesehen werden kann. Ein aus kubischem Bornitrid und hexagonalem Bornitrid bestehendes Gemisch kann auch in einen kubischen Bornitridpreßling umgewandelt wcrden: In der folgenden Tabelle V sind einige Beispiele . zur Herstellung solcher Preßlinge angeführt. Py bedeutet Pyrophyllit.Application of high pressures and high temperatures can be transferred. Cubic boron nitride is a diamond-like substance that can also be used as an abrasive. You can therefore also choose one from Make diamond and cubic boron nitride crystals existing compact; by making a mixture from, for example, granular or powdery !! Converts graphite and hexagonal boron nitride. Furthermore, a diamond-graphite mixture can be used as the starting material, for example in fine-grained or powdery form, use so that the Compact can be viewed as a diamond sintered compact. One made of cubic boron nitride and hexagonal Mixture of boron nitride can also be converted into a cubic compact of boron nitride: In the following Table V are some examples. listed for the production of such compacts. Py means pyrophyllite.

Beispielexample Rcaklions-
gcfüß
Rcaklion
feet
Wand-
materiu
Wall-
materiu
ίί Fig. 2Fig. 2 PyPy

Tabelle VTable V

Probcnmulurial'Probcnmulurial '

Pulverförmiger (140 Maschen/cm2) Diamant und spektroskopischerGraphit wurden im Gewichtsverhälthis 50:50 gemischt und zu einer Probe mit einem Gewicht von 65 mg verdichtet.Powdered (140 mesh / cm 2 ) diamond and spectroscopic graphite were mixed in a weight ratio of 50:50 and compacted into a sample weighing 65 mg.

130130

Elektrische EnergieElectrical power

VollFully

120120

Faradfarad

0,002250.00225

Fortsetzungcontinuation

Beispielexample Reaktions-
geföß
Reaction
Gefäß
Wand
material
Wall
material
Probenmateria!Sample material! Drupk in
Kilobar
Drupk in
Kilobars
Elektrisch
Volt
Electric
volt
e Energie
Fated
e energy
Fated
22 Fig. 2Fig. 2 PyPy Pulverförmiges (140 Maschen/cm2)
hexagonales Bornitrid und spektro
skopischer Graphit wurden im Gewichts
verhältnis 50:50 gemischt und zu einer
Probe mit einem Gewicht von 65 mg
verdichtet.
Powdery (140 mesh / cm 2 )
hexagonal boron nitride and spectro
scopic graphite were in weight
50:50 ratio mixed and one
Sample weighing 65 mg
condensed.
7575 0,00450.0045

Bei jedem dieser Beispiele wurde das zentrale Drittel der Probe in einen Preßling der in Fig. 2a gezeigten Art umgewandelt. Im ersten Beispiel wurde ein gesinterter Diamantpreßling und im zweiten Beispiel ein aus Diamant und kubischem Bornitrid bestehender Preßling hergestellt. Diese Preßlinge eignen sich als Schleifelemente und können entweder einzeln, mit anderen oder gemischt verwendet werden.In each of these examples, the central third of the sample was placed in a compact of the type shown in Figure 2a Type converted. A diamond sintered compact was used in the first example and a diamond compact was used in the second example a compact made of diamond and cubic boron nitride. These compacts are suitable as Abrasive elements and can either be used individually, with others or mixed.

Röntgenstrahlenbeugungsbilder der nach der vorliegenden Erfindung hergestellten Diamanten enthalten nur Diamantlinien oder Linien von anderen vorher bereits im Graphit vorhandenen Stoffen. Das bedeutet, daß die nach der Erfindung hergestellten Diamanten vorbestimmte, vom Ausgangsgraphit abhängige Eigenschaften haben. Dies wird unterstrichen durch die Tatsache, daß die Diamantkristalle im Preßling in der gleichen Weise orientiert sind wie die Graphitkristalle im Ausgangsgraphit.X-ray diffraction patterns of the present invention Diamonds made in the invention contain only diamond lines or lines from others substances already present in the graphite. This means that the manufactured according to the invention Diamonds have predetermined properties depending on the original graphite. This is underlined by the fact that the diamond crystals are oriented in the compact in the same way as that Graphite crystals in the starting graphite.

Die im Graphit vorhandenen Einschlüsse oder zugesetzten Stoffe bleiben erhalten,- wenn die Umwandlung in Diamant stattfindet. Die Reinheit des Diamanten hängt daher von der Reinheit des Ausgangsgraphits ab. Beispielsweise wurde ein Ausgangsgraphit mit einem Verunreinigungsverhältnis von 1 bis 10 Teile pro Million verwendet und der daraus hergestellte Diamant einer Analyse unterworfen, aus der sich ergab, daß der Diamant einen ähnlichen Reinheitsgrad besaß. Natürliche Diamanten mit einem solchen Reinheitsgrad sind bisher nicht bekanntgeworden. Wird als Ausgangsmaterial B344-Graphit verwendet, dann entsteht wegen des Borgehaltes ein halbleitender Diamant. Die Halbleitereigenschaften hängen von der im Ausgangsgraphit vorhandenen Bormenge ab. Bei den Beispielen 10, 11 und 12 von Tabelle IV stieg die Widerstandskurve nicht auf Unendlich an, d. h., der Stromkreis wurde nicht unterbrochen, da der Diamant auf Grund seines Borgehaltes elektrisch leitend ist. Der endgültige Widerstand nach der Umwandlung betrug bei den Beispielen 2, 94 bzw. 0,913 bzw. 2,396, während der Ausgangswiderstand (Graphitwiderstand) 0,107 bzw. 0,120 bzw. 0,104 war. Bei den Beispielen 2 und 3 betrug der Ausgangswiderstand (Graphitwiderstand) 0,0954 und 0,0856 Ohm, während der Endwiderstand nicht gemessen werden konnte, da der Stromkreis unterbrochen wurde, d. h., der Diamant leitet nicht. Die allgemeinen Eigenschaften eines Diamanten können daher vorgegeben werden. Dazu zählen die Form oder Konfiguration der Probe, der Reinheitsgrad, die elektrische Leitfähigkeit, die Kristallorientierung eines Preßlings usw.The inclusions or added substances in the graphite are retained - when the transformation takes place in diamond. The purity of the diamond therefore depends on the purity of the starting graphite away. For example, a starting graphite with an impurity ratio of 1 to 10 parts was used used per million and the diamond produced from it subjected to an analysis from which found the diamond to be of similar purity. Natural diamonds with one such The degree of purity has not yet become known. B344 graphite is used as the starting material, then a semiconducting diamond is created because of the boron content. The semiconductor properties depend on the amount of boron present in the starting graphite. In Examples 10, 11 and 12 of Table IV increased the resistance curve is not at infinity, d. That is, the circuit was not interrupted because the Diamond is electrically conductive due to its boron content. The final resistance after the Conversion for Examples was 2, 94, 0.913 and 2.396, respectively, while the initial resistance (Graphite resistance) was 0.107, 0.120 and 0.104, respectively. In Examples 2 and 3, the initial resistance was (Graphite resistance) 0.0954 and 0.0856 ohms, while the terminal resistance was not measured could be because the circuit was broken, d. i.e. the diamond does not conduct. the general properties of a diamond can therefore be specified. This includes the shape or configuration of the sample, the degree of purity, the electrical conductivity, the crystal orientation a compact, etc.

Sowohl Graphit als auch amorpher Kohlenstoff wurden nach dem vorliegenden Verfahren unter Anwendung hoher Drücke und Temperaturen innerhalb einer so kurzen Zeitspanne in Graphit umgewandelt, daß irgendeine Zwischenreaktion zwischen dem Ausgangsmaterial und dem Diamanten nicht bekannt ist, beispielsweise könnte amorpher Kohlenstoff vor der Umwandlung in Diamant als Zwischenstufe graphitischen Kohlenstoff ergeben. Es sind nur allgemeine Grenzen für den Druck, die der elektrischen Energiezufuhr entsprechende Temperatur und den Kohlenstoffschmelzpunkt angegeben. Auf Berechnungen beruhende speziellere Grenzen sind beispielsweise am oberen Temperaturende wenigstens ungefähr 3000"K bei 120 Kilobar und bei Zimmertemperatur wenigstens ungefähr 400 bis 450 Kilobar. Der Ausdruck »wenigstens ungefähr« soll innerhalb vernünftiger Grenzen sowohl Gebiete über und unter einem gegebenen Wert einschließen. Beispielsweise wird beim Erfindungsverfahren ein graphitisches Material über der Graphit-Diamant-Linie E liegenden und schließlich im Umwandlungsgebiet A (D 2) liegenden Druck- und Temperaturbedingungen unterworfen. Man kann auch durch den Tripelpunkt Tl hindurchgehen. Weiterhin kann man auch in das Gebiet vorstoßen, in dem Kohlenstoff in metallischer-Form vorliegt.Both graphite and amorphous carbon have been converted to graphite by the present process using high pressures and temperatures within such a short period of time that any intermediate reaction between the starting material and the diamond is unknown, for example, amorphous carbon could be an intermediate before conversion to diamond result in graphitic carbon. Only general limits are given for the pressure, the temperature corresponding to the electrical energy input and the carbon melting point. More specific limits based on calculations are, for example, at least about 3000 "K at 120 kilobars at the upper end of the temperature and at least about 400 to 450 kilobars at room temperature. The term" at least about "is intended to include, within reasonable limits, both areas above and below a given value In the process of the invention, a graphitic material lying above the graphite-diamond line E and finally lying in the conversion area A (D 2) is subjected to pressure and temperature conditions. One can also pass through the triple point Tl Carbon is present in metallic form.

Zusammenfassend kann gesagt werden, daß bei der Durchführung der Erfindung zur Erzeugung von Diamanten innerhalb eines Gebietes Dl einschließlich einer Fläche A mit Drücken von ungefähr 125 bis 400 bis 450 Kilobar gearbeitet wird. Die Temperatur kann auf Zimmerbedingungen gehalten werden, da irgendein bei Erhöhung des Druckes entstehender Temperaturanstieg während der Steuerung des Druckanstieges abgeleitet wird. Durch getrennte oder äußere Heizmittel (im Gegensatz <zum Temperaturanstieg durch Kompression oder Stoß) kann die Temperatur auf ungefähr 40000K erhöht werden. Ein bevorzugter Temperaturbereich liegt ungefähr zwischen 2500 und 40000K.In summary, it can be said that when carrying out the invention for the production of diamonds within an area D1 including an area A , pressures of approximately 125 to 400 to 450 kilobars are used. The temperature can be maintained at room conditions since any temperature rise caused by increasing the pressure is diverted during the control of the pressure rise. The temperature can be increased to approximately 4000 ° K by separate or external heating means (as opposed to the rise in temperature due to compression or impact). A preferred temperature range is approximately between 2500 and 4000 ° K.

Nach der vorliegenden Erfindung hergestellter Diamant kann in der gleichen Weise wie Naturdiamant für viele industrielle Zwecke verwendet werden, beispielsweise als Schleif- oder Schneidmaterial. Insbesondere können die erfindungsgemäß hergestellten Diamanten auch für Lagerzapfen, Lager, Halbleiter, Edelsteine usw. Verwendung finden.Diamond made according to the present invention can be made in the same manner as natural diamond used for many industrial purposes such as grinding or cutting material. In particular, the diamonds produced according to the invention can also be used for bearing journals, bearings, Semiconductors, gemstones, etc. find use.

Claims (2)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Verfahren zur Synthese von Diamant, bei welchem Graphit einem über der Graphit-Diamant-Gleichgewichtslinie im diamantstabilen Bereich des Zustandsdiagramms von Kohlenstoff liegenden Druck ausgesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Graphit einem über ungefähr 120 Kilobar liegenden Druck aus-1. Process for the synthesis of diamond in which graphite is above the graphite-diamond equilibrium line is exposed to pressure lying in the diamond-stable area of the phase diagram of carbon, thereby characterized in that the graphite is exposed to a pressure above approximately 120 kilobars. Γ 284 405Γ 284 405 gesetzt und thermische Energie so zur Einwirkung gebracht wird, daß durch das Zusammenwirken von Druck und Temperatur der Graphit unterhalb der Schmelzlinie von Kohlenstoff in Diamant umgewandelt wird, worauf die Wärmezufuhr ab: and thermal energy is brought into action in such a way that the interaction of pressure and temperature converts the graphite below the melting line from carbon to diamond, whereupon the heat supply is reduced : gebrochen, der Druck verringert und Diamant gewonnen wird.broken, the pressure relieved and diamond recovered. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die thermische Energie durch elektrische Widerstandsheizung erzeugt wird.2. The method according to claim 1, characterized in that the thermal energy through electrical resistance heating is generated. Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings
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