DE1667739A1 - Herstellung kuenstlicher Diamanten unter Verwendung eines neuartigen Katalysators - Google Patents

Description

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Tokyo Shibaura Electric Co» Ltd«« Kawasaki-shi/japan

Herstellung künstlicher Diamanten unter Verwendung eines neuartigen Katalysators

Die Erfindung betrifft eine Methode zur Umwandlung von kohlenstoffhaltigem Material in Diamanten sowie spezieller die Synthese von Diamanten unter Verwendung eines neuartigen Katalysators in der konventionellen Herstellungsmethode von künstlichen Diamanten·

Das natürliche Vorkommen von Diamanten, die eine breite Anwendung sowohl als Schmuck als auch für industrielle Zwekke haben, ist infolge der wenigen bekannten Vorkommen so begrenzt, daß die ständige Nachfrage zur Zeit kaum gedeckt werden kann· Darüberhinaus entspricht nur ein sehr begrenzter Teil der natürlich vorkommenden Diamanten den hohen Qualitätsanforderungen· Man hat daher viele Versuche gemacht, um auf künstlichem Wege kohlenstoffhaltiges Material in Diamanten umzuwandeln· Thermodynamisch© Untersuchungen haben gezeigt, daß Graphit in Diamantkristalle unter sehr hohem Druck und bei sehr hohen Temperaturen umgewandelt werden kann. Um Graphit direkt in Diamanten umzuwandeln, ist mindestens ein Druck von 130,000 Atmosphären und eine Temperatur von 4000⁰C erforderlich. Demzufolge liegen viele Probleme in der Konstruktion und Betriebsweise der Umwandlungsvorrichtung, die solchen hohen Drücken und hohen Temperaturen widerstehen muß und diese Faktoren führen dazu, daß die obengenannten Verfahren zur Herstellung künstlicher Diamanten in der Praxis undurchführbar sind· Die praktisch erzielbaren Drücke und Temperaturen liegen niedriger als 100,000 Atmosphären bzw· 2000⁰C. Un diesen Bedingungen gerecht zu werden, hat man Kata lysatoren vorgeschlagen, die bei der Ausbildung von Diamantkristallen bei einem relativ niedrigen Druck und relativ niedriger Temperatur zweck-■ässig sind. Beispielsweise sind in den US-Patenten Nr«

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2 947 610 und 2 947 611 als bevorzugte Katalysatoren zwölf Elemente beschrieben, das heißt, Eisen, Nickel, Kobalt, Platin, Palladium, Ruthenium, Osmium, Iridium, Rhodium, Chrom, Mangan und Tantalum· Synthetische Diamantenkristalle können beispielsweise erhalten werden, indem man Graphit in Berührung hält mit Nickel unter einem Druck von 70,000 Atmosphären bei einer Temperatur zwischen 1600 und 180O⁰C über ca. eine Minute· Die so unter Verwendung von Nickel erhaltenen Kristalle weisen jedoch immer eine gelblich-grüne Färbung auf und es ist äußerst schwierig, farblose, transparente Kristalle von grosser Körnung und dem natürlichen Kristallverhalten zu erzeugen. Wenn ferner die Umwandlungstemperatur über einen gewissen Punkt steigt, erhält man leicht federartige oder dentritische Kristalle. Ein Abfall der Temperatur unter einen bestimmten Punkt führt zu der Ausbildung von nur hexahedrischen Kristallen von geringer Transparenz» Das zeigt, daß eine sehr genaue Temperaturkontrolle erforderlich ist, um die optimale Temperatur unter einem gegebenen Druck aufrecht zu erhalten und die bei dieser Temperatursteuerung erforderlichen Vorgänge erweisen sich als sehr schwierig und problembehaftet unter den Bedingungen hoher Temperaturen und hoher Drücke. Selbst, wenn man die Schwierigkeit der Temperatursteuerung überwinden kann, erstrecken sich die Durchmesser der erzielbaren Diamantkristalle im allgemeinen über einen breiten Bereich von einigen zehn Mikron bis 0,3 mm und es ist praktisch unmöglich, ständig Diamantkristalle von im wesentlichen gleichförmiger Korngrösse zu erhalten. Diese Tendenzen sind noch mehr ausgeprägt, wenn Eisen, Kobalt und andere bekannte Katalysatoren anstelle von Nickel Verwendung finden.

In unserer gleichfalls schwebenden Anmeldung, Serial-No.

T 31722, vom 29· Juli 1966, ist eine Methode zur Herstellung

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Diese und weitere Ziele der Erfindung werden erreicht, indem ein kohlenstoffhaltiges Material einem hohen Druck und einer hohen Temperatur in Gegenwart von Niob-Carbid als neuartigem Katalysator ausgesetzt werden in Verbindung mit mindestens einem Element aus den Elementen der Kupferfamilie, nämlich Kupfer, Silber, Gold«

Die Merkmale der Erfindung, die für neuartig gehalten werden, sind speziell in den anliegenden Ansprüchen niedergelegt«

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von Diamantkristallen beschrieben, bei der ein kohlenstoffhaltiges Material einem Druck von mindestens 50,000 Atmosphären und einer Temperatur von über 1200 C in Gegenwart von Niob-Metall allein oder im Zusammenwirken mit anderen Metallen, wie Elementen der Kupferfamilie etc. ausgesetzt wird. Obgleich die Methode dieser vorgenannten, schwebenden Anmeldung für die Umwandlung von kohlenstoffhaltigen Materialien_r wie beispielsweise Graphit zu Diamant einwandfrei ist, ist das Verfahren gemäß dieser Anmeldung insofern etwas nachteilig, als die Diamantausbringung in Abhängigkeit von den zu verwendenden Reaktionsbedingungen, wie Druck, Temperatur, Reaktionszeit und kohlenstoffhaltigem Material ziemlich gering ist.

Eine Aufgabe der Erfindung liegt in der Schaffung einer Methode, durch welche kohlenstoffhaltige Materialien in Anwesenheit von neuartigen Katalysatoren zu Diamanten aus reinem oder im wesentlichen farblosen und transparenten Kristallen umgewandelt werden kann«

Eine weitere Aufgabe der Erfindung liegt in der Schaffung einer Methode, durch welche kohlenstoffhaltige Materialien in Gegenwart von neuartigen Katalysatoren zu Diamanten umgewandelt werden können, die eine ausgezeichnete Kristallstruktur aufweisen, dem Verhalten natürlicher Kristalle entsprechen und eine gleichnässige und relativ grosse Korngrösse besitzen.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung liegt in der Schaffung einer Methode, durch welche kohlenstoffhaltige Materialien in wirksamer Weise in Gegenwart neuartiger Katalysatoren zu Diamanten bei relativ niedrigem Druck und niedriger Temperatur umgewandelt werden können.

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Die Erfindung selbst dürfte jedoch hinsichtlich ihrer Ausbildungsform zusammen mit weiteren Zielen und Vorteilen am besten verstanden werden unter Hinweis auf die nachfolgende Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen.

Fig· 1 ist ein Diagramm einer Diamant-Graphit-Gleichgewichtslinie, die theoretisch errechnet wurde«

Fig. 2 ist ein vergrösserter senkrechter Schnitt durch einen, bei der Erfindung verwendeten Reaktionskessel.

Fig. 3 ist ein vergrösserter Vertikalschnitt eines bei der Erfindung verwendeten modifizierten Reaktionskessels

Entsprechend der Methode der Erfindung können die bevorzugten Legierungen oder Mischungen, die als Katalysatoren bei der Erfindung Verwendung finden, andere Elemente als Niob-Carbid, Kupfer, Silber und Gold enthalten. Beispielsweise kann bei dem in der Methode dieser Erfindung verwendeten Katalysator reines Niob verwendet werden. Ferner kann der Katalysator andere verschiedene Metalle enthalten, solange diese keine schlechten Auswirkungen auf die Qualität der erzielten Diamantkristalle aufweisen. Beispielsweise können Mischungen, wie Niob-Kupfer-Niob-Carbid-Aluminium oder Niob-Carbid-Zinn-Kupfer als Katalysatoren dienen. Die Teilelemente, die die Katalysatoren bilden, können entweder in Legierungsform oder Mischungsform vorhanden sein. Wesentlich bei dem gemäß der Erfindung zu verwendenden Katalysator ist das Vorhandensein von Niob-Carbid, verbunden mit mindestens einem Metall aus der Gruppe Kupfer, Silber und Gold. Es sei darauf hingewiesen, daß die nachfolgenden zwölf Elemente, das heißt, Eisen, Nickel, Kobalt, Platin, Palladium, Ruthenium, Osmium, iridium, Rhodium, Chrom, Mangan und Tantal nicht geeignet sind als Bestand-

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teile des Katalysators, da diese Metalle als solche Katalytwirkungen bei der Diamantsynthese besitzen und dadurch leicht Diamantkristalle von geringer Qualität, wie obenbeschrieben, erzeugt werden·

Hinsichtlich Kupfer, Silber und Gold, die bei dieser Erfindung Verwendung finden, können diese Elemente in reinem oder elementarem Zustand oder in Form von Verbindungen vorhanden sein. Beispielsweise kann Kupfer-Oxydul, Süfoer-Oxyd oder Sulfide dieser Elemente anstelle von reinem Kupfer, Silber oder Gold in gleicher Wirksamkeit wie in reinem Zustand verwendet werden« Man glaubt, daß diese Verbindungen unter den bei dieser Erfindung genutzten hohen Drücken und hohen Temperaturen sich selbst zersetzen und reine Elemente aus den Verbindungen freisetzen·

Bezüglich der in Diamanten umzuwandelnden kohlenstoffhaltigen Materialien können fast alle Substanzen, die Kohlenstoff in unterschiedlichen Formen enthalten, verwendet werden« Graphit ist die einfachste Form von Kohlenstoff und ist am geeignetsten als Ausgangsmaterial für die Diamantsynthese· Es ist jedoch möglich, als Rohmaterial für die Diamantbildung amorphen Kohlenstoff, Kohle, Koks, Holzkohle oder Zucker-Holzkohle, die Kohlenstoff als ihren bedeutendsten Bestandteil enthält, oder organische Substanzen, die eine Reihe von Kohlenstoffatomen enthalten, wie beispielsweise Kohle, Teer, Pech, Holz, Papier, Naphtalin, Wachs oder Paraffin zu verwenden. Unter hohen Reaktionstemperaturen und Drücken setzen diese organischen Substanzen Kohlenstoff

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frei, von dem man annimmt, daß er den Diamant umgewandelt wird· Zusätzlich zu diesen Materialien kann feines Diamantabfallpulver von den künstlich hergestellten Diamanten natürlich als Ausgangsmaterial separat oder in Form einer Mischung mit anderen zu Diamanten umwandlungsfähigen Materialien verwendet werden, wodurch man grössere Kristalle erhält. 109827/1158

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Praktisch gibt es keine Grenze für das Mischverhältnis zwischen kohlenstoffhaltigem Material und dem Katalysator und deren physikalische Formen· Unabhängig vom Mischverhältnis und der physikalischen Form erhält man mit Sicherheit die Ausbildung und das Wachstum von Diamantkristallen an den Zwischenflächen zwischen dem kohlenstoffhaltigen Material und dem Katalysator·

Die Reaktionszeit von etwa 2 Minuten kann ausreichend sein, um die Umwandlung von kohlenstoffhaltigem Material in Diamantkristalle zu bewirken· Im allgemeinen wird jedoch die Methode bevorzugt, das kohlenstoffhaltige Material und den Katalysator auf· Reaktionsdruck und Temperatur über etwa 5 bis 20 Minuten zu halten· Man hat keine Nachteile beobachtet, wenn man das Reaktionsmaterial dem hohen Druck und der hohen Temperatur über längere Zeitdauer aussetzt«

Die gerade Linie UU¹ in Figur i kennzeichnet eine bekannte Diamant-Graphit-Gleichgewichtslinie, die nach der Theorie von R. Berman und Sir Francis Simon (Zeitschrift für Elektrochemie 59 (1955), 333 errechnet wurde. Der von drei sich kreuzenden geraden Linien OX, YO und UU' eingeschlossene Bereich, das heißt, U'X'OY¹ stellt die Bedingungen dar, nach denen Diamantkristalle entsprechend der Methode der Erfindung erhalten werden können. Die Linie OX kennzeichnet einen Druck von 5O₉OOO Atmosphären und die Linie YO ein Temperaturniveau von 1200°C· Die von der Linie UU' dargestellten thermodynamischen Bedingungen sind unabhängig von der Art und physikalischen Form der zu verwendenden Katalysatoren sowie von der Vorrichtung zur Aufbringung des Druckes und der Wärme.

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Es wurde dargelegt, daß Niob in Form von Carbid, dem teilweise oder ganz mindestens ein Element aus den Elementen der Kupferfamilie, das heißt, Kupfer, Silber und Gold, beigegeben wurde, als Katalysator für die Ausbildung von Diamantkristallen überlegener ist als reines Niob oder reines Niob in Verbindung mit mindestens einem Element aus den Elementen der Kupferfamilie. Beispielsweise ist unter einem gegebenen Druck,einer gegebenen Temperatur und einer gegebenen Reaktionszeit bei dem ersten Katalysator das Ausbringen an Diamantkristallen besser als bei dem letzteren. Wenn der letztere Katalysator Verwendung findet mit einem kohlenstoffhaltigen Material von schlechter Qualität, das einen grossen Teil von Calcium-Oxyd und Silizium-Oxyd enthält, fällt das Ausbringen an Diamantkristallen auffallend ab im Vergleich zu der Verwendung von kohlenstoffhaltigem Material von hoher Qualität, wie beispielsweise Graphit, wie es als Elektrode für die Spektroanalyse Verwendung findet. Hingegen bringt der erstere Katalysator nicht einen solch auffallenden Abfall im Ausbringen im Verhältnis zur Qualität des bei der Synthese der Diamantkristalle zu verwendenden Materials.

Zusammengefaßt liegt ein Vorteil der Erfindung gegenüber der genannten schwebenden Anmeldung darin, daß die Diamantensynthese unter weniger strengeren Bedingungen hinsichtlich Druck, Temperatur, Reaktionszeit und kohlenstoffhaltigem Material durchgeführt werden kanu· Kin weiterer Vorteil der Erfindung gegenüber der schwebenden Anmeldung liegt darin, daß selbst bei kolilenstof fhal tigern Material von geringer Qualität unter relativ niedrigen Drücken und relativ niedrigen Temperaturen ein ziemlich gutes Ausbringen an Diamanten erzielt wird.

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Obwohl die genauen Gründe für das Auftreten dieser Vorteile bei der Erfindung noch nicht klar sind infolge der Tatsache, daß die physikalischen und cheimischen Eigenschaften des Elementen-Legierungssystems der Niob-Kupferfamilie nicht ausreichend geklärt sind, wird angenommen, daß die Begründung in der gesteigerten Affinität des Niobs im Schmelzzustand, im Zustand von Carbid zu dem kohlenstoffhaltigen Material liegt. Denn, wie bekannte Katalytsysteme, löst zu~ nächst der Katalysator mit den geschmolzenen Elementen der Niob-Carbid-Kupferfamilie den Kohlenstoffauf, nimmt ihn dann auf bis der Katalysator damit übersättigt wird und schlägt schließlich den Kohlenstoff in Form von Diamantkristallen aus dem übersättigten Zustand nieder. Die nach der Methode der Erfindung erhaltenen Diamantkristalle weisen ein sehr gutes Aussehen und Eigenschaften auf. Beispielsweise können hochtransparente und farblose Kristalle unabhängig von strikten Ueaktionsbedingungen leicht erzielt werden. Bezüglich der Korngrösse ist es möglich, im allgemeinen gleichförmige Kristalle einer Korngrösse von mehreren zehn Mikron zu erhalten, wenn Graphit in feiner Pulverform als kohlenstoffhaltiges Material verwendet wird und in einer Korngrösse im Bereich von 0,2 bis 0,5 mm, wenn massives Graphit Verwendung findet. Hinsichtlich der Struktur der Kristalle zeigt eine Röntgenstrahlen-Diffraktions-Kotografie von synthetisierten Diamanten unter Verwendung eines Nickelkatalysators Diffraktionsbilder von sogenannten Sateliten, die bei vollkommnen üiamantkristallen nicht beobachtet werden können, während keine Sateliten bei Diamantkristallen beobachtet werden, die nach der Methode der hrfinrlung erzeugt werden.

Obwohl noch nicht ganz klar ist, warum DiamnntkristalIe von ho Ich hoher Qualität mich dor Methode der Erfindung tt f-/.α uff t wanlun können, wird angenommen, dal) dies daher

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kommt, daß Diamantkristalle, die in Gegenwart der neuartigen Katalysatoren entsprechend der Erfindung ausgebildet werden, relativ geringere Gelegenheit haben, die Kristallkernbildung einzuleiten und lockerer zu wachsen als in Gegenwart von herkömmlichen Katalysatoren, wie beispielsweise Nickel, Eisen, Kobalt etc. Wenn ferner Nickel oder andere herkömmliche Katalysatoren Verwendung finden, kann die Kristallkernbildung der Diamantkristalle und die Geschwindigkeit ihres Wachstums niemals gesteuert werden, selbst bei einem Katalysator, der durch nichtkatalytische Metalle in der Wirksamkeit verringert ist· Wenn beispielsweise ein Nickelkatalysator verwendet wird, ist das Kristallwachstum normalerweise innerhalb einer Minute der Behandlung beendet, wobei Verunreinigungen in den Kristall heineingelangen und sich unerwünschte Diamantkristalle, wie dentritische Kristalle, ausbilden. Im Gegensatz dazu hält das Kristallwachstum in dem nach der Erfindung beschriebenen Verfahren über 5 bis 20 Minuten der Behandlung an, wodurch es möglich wird, daß Diamantkristalle von hoher Reinheit sich ausbilden, ohne daß schwerwiegende Einschränkungen hinsichtlich Temperatur- und Drucksteuerung auferlegt werden müssen.

Zum Zwecke der Durchführung der Methode der Erfindung kann eine Vorrichtung von beliebiger Art verwendet werden, vorausgesetzt, daß diese in der L?ge ist, einen ausreichend hohen Druck und eine ausreichend hohe Temperatur zu schaffen. In den nachfolgenden Beispielen wurde eine Vorrichtung ähnlich der von He Tracy Hall, Seite 125 bis 131 in The Review of Scientific Instruments, Volume 31, Nr, 2 (1960) beschrieben, benutzt und Reaktionskessei, wie in Figur 2 und 3 hohen Drücken und hohen Temperaturen ausgesetzt.

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Die nachfolgenden Beispiele sind beispielhaft und nicht begrenzend gegeben«

Die bei diesen Beispielen verwendeten Metalle, wie Niob, Niob-Carbide, Kupfer, Silber und Gold waren von hoher Reinheit von mehr als 99,9$ und der bei den Beispielen benutzte Rohkohlenstoff war ebenfalls, sofern nicht anders angegeben, von solchem hohen Reinheitsgrad, wie er für Elektroden in der spektroskopischen Analyse erforderlich ist· Der in den Beispielen angegebene Druck wurde gemessen nach der druckinduzierten Phasenumwandlung von Wismut (26,000 kg/cm ), Thallium (38,000 kg/cm²) und Barium (60,000 kg/cm²). Bei der Messung der Temperatur in den Beispielen wurde zunächst ein Thermoelement verwendet und später die Temperatur von der WUrmewachszahl abgeleitet· Maximal mögliche Abweichungen im Druck und in der Temperatur dürften im Bereich von - 5000 Atmosphären bww. ± 100⁰C liegen· Alle Prozentsätze und Teile verstehen sich nach dem Gewicht«

Beispiel 1.

Eine Mischung von drei Teilen Niob-Carbid-Pulver, drei Teilen Kupfer und fünf Teilen Graphit-Pulver wurde in einen Reaktionskessel 11 (Figur 2) gefüllt, der aus einer zylindrischen Graphitröhre 12 mit einem Innendurchmesser von 2mm, einem Außendurchmesser von 4 mm und einer Höhe von 9,5 mm und seheibenartigen Graphitdeckeln 13 und 14 von jeweils 4mm Durchmesser und einer Dicke von 1 mm bestand. Der Kessel wurde dann einem Druck von 50,000 Atmosphären bei einer Temperatur von 1260⁰C über 20 Minuten ausgesetzt. Der Inhalt wurde dann aus dem Kessel genommen, gekocht und gewaschen mit konzentrierter Schwefelsäure, Salzsäure und Fluor-Wasserstoff mit dem Ergebnis, daß im Rückstand die Ausbildung von sehr kleinen Diamantkristallen beobachtet wurde.

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Beispiel 2

Ein Reaktionskessel, wie in Beispiel 1 beschrieben, wurde mit einer Mischung von zwei Teilen Niob-Carbid-Pulver, zwei Teilen Kupfer-Pulver und einem Teil Graphit-Pulver gefüllt und 20 Minuten unter einem Druck von 53,000 Atmosphären und einer Temperatur von 1200⁰C gehalten» Nach den Säurebehandlungen wie in Beispiel 1, bildete sich eine Reihe von Diamantkristallen aus, deren Korngrösse zwischen mehreren 10 Mikron und 0,2 mm lag.

Beispiel 3

Eine Mischung von zwei Teilen Niob-Carbid-Pulver, einem Teil Gold_Pulver und zwei Teilen Kupfer-Pulver wurde in einen Reaktionskessel 21 (Figur 3) gefüllt, bestehend aus einer säulenartigen Graphitröhre 22 mit einem Außendurchmesser von 4 mm und einer Höhe von 6 mm, der eine Höhlung 24 mit einem Durchmesser von 2,5 mm und einer Tiefe von 4 mm besaß und der an seinem Unterteil mit einem scheibenartigen Deckel 23 abgeschlossen war, der eine Dicke von 2mm und einen Durchmesser von 4 mm aufwies. Der Kessel wurde einem Druck von 60,000 Atmosphären und einer Temperatur von 1,650° C über 5 Minuten ausgesetzt und danach die Säurebehandlungen des Beispiels i durchgeführt, mit dem Ergebnis, daß man eine Reihe von farblosen und transparenten Diamantkristallen mit gut entwickelten (lil) Flächen erhielt·

Beispiel· 4

Dieses Beispiel illustriert die Verwendung von verschiedenen Kombinationen von Elementen der Niob-Carbid-Kupferfamilie als Katalysatoren im Vergleich zu solchen der Niob-Kupferfamilie für die Umwandlung von Graphit zu Diamant. Der Reaktionskessel und das Verfahren waren ähnlich, wie in Bei-

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Kombinationen von Katalysatoren (Gewichtsprozent)	50%	Nb - 50%	NbC - 50%	Cu	Druck (atm.)	Temperatur	Zeit (min.)	Ergebnisse (erhaltene Diamanten)	mg
D	25% Nb - 25% - 50% Cu	Nb - 50%	NbC	71,000	1,800	15	5.6	mg
2)	50^	Nb - 50%	Cu	71,000	1,800	15	8.9	mg
3)	50%	NbC - 50%	Cu	71,000	1,800	15	11·4	mg
4)	50%	Nb - 50%	Ag	73,000	1,800	15	10,4	mg
5)	50%	NbC - 50%	Ag	71,000	1,800·	15	1.2	mg
6)	50'i	50ft NbC - 25% - 25% Cu	Au	71,000	1,800	15	6.2	mg
V	50%	40% NbC - 30% - 30% Au	Au	71,000	1,800	15	0.8	mg
8)	60% NbC- 20% - 20% Au	Ag	71,000	1,800	15	5.8	mg
9)	Cu	71,000	1,800	15	11.3	mg
10)	Ag	71,000	1,800	15	10.6	mg
H) I	71,000	1,800	15	6.3

Wie man dieser Tabelle deutlich entnehmen kann, trägt die Anwesenheit von Niob-Carbid in hohem Maße dazu bei, daß Ausbringen an Diamanten zu verbessern gegenüber der Anwesenheit von reinem Niob-Metall« Beispielsweise fällt die Kombination 1, die nicht zu der Erfindung gehört, weit hinter die der Lrfindung, wie beispielsweise Kombination 3 in der Diamantausbringung unter den gleichen Reaktionsbedingungen zurück. Um das Ausbringen auf das gleiche Niveau zu bringen, wie das der Erfindung mit dem gleichen Katalysator, ist bei der Reaktion ein Druck von ca. 2,000 Atmosphären erforderlich, wie in Kombination 4 dargestellt. Dasgleiche trifft zu für den Niob-Silber-Katalysatoren und den Niob-Gold-Katalysatoren der durch die Kombination 5 bzw. 7 dargestellt ist, der nicht vergleichbar ist hinsichtlich der Diamantausbringung mit dem Niob-Carbld-Silber-Katalysator und Niob-Carbidüold-KatalyHator, wie dargestellt in den Kombinationen 6

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Beispiel 5

Ein Reaktionskessel aus kohlenstoffhaltigem Material von geringer Qualität, ähnlich in der Form wie Beispiel 1, wurde gefüllt mit einem Teil Niob-Carbid und zwei Teilen Kupfer und der synthetischen Reaktion über 15 Minuten unter einem Druck von 71,000 Atmosphären und einer Temperatur von 1800⁰C ausgesetzt. Es ergab sich ein Ausbringen von 7 mg Diamantkristallen· Zum Zwecke des Vergleiches wurde der obige Versuch unter den gleichen Bedingungen wiederholt, wobei ein Teil Niob-Carbid diesesmal durch ein Teil reines Niob ersetzt wurde, wodurch ein Ausbringen von 1 mg Diamantkristallen erzielt wurde. Bei Anheben der Temperatur bis auf 2000 C stieg das Ausbringen an Diamanten auf 4 mg»

Zum weiteren Vergleich wurde ein Reaktionskessel aus hochreinem Kohlenstoff, wie er als Elektrode in der Spektroanalyse Verwendung findet, mit einem Teil Niob-Pulver und zwei Teilen Kupfer-Pulver gefüllt und der synthetischen Reaktion unter dengleichen Bedingungen wie oben, das heißt, unter einem Druck von 71,000 Atmosphären einer Temperatur von 1800⁰C über eine Dauer von 15 Minuten ausgesetzt· Als Ergebnis erhielt man ein Ausbringen von 5 mg Diamanten·

Bei der qualitativen Analyse stellte sich heraus, dall das bei den obigen Versuchen verwendete kohlenstoffhaltige Material von geringer Qualität als grössere Verunreinigungen Bor, Calcium, Silizium, Magnesium und Aluminium (Ton) und als geringerer Verunreinigungen Stickstoff, Stromtium, Schwefel, Sauerstoff, Chrom, Natrium, Titan, Mangan, Eisen etc. enthielt. Die geringe Reaktionsfähigkeit des kohlenstoffhaltigen Materials von geringer Qualität wird teilweise diesen oben erwähnten Verunreinigungen zugeschrieben, sowie teilweise dem geringen Ausm_nß an Graphitbildung.

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Die durch Fotografie erhaltenen Höntgenstrahlen-Diffraktionsbilder von den nach den obigen Beispielen erzeugten Diamantkristallen bei einer zweistündigen Belichtung unter CuK/ Strahlung, 40 KV und 20 mA entsprachen denen der Diamantkristalle, wobei Sateliten überhaupt nicht beobachtet werden konnten.

Ferner zeigte die quantitative Analyse der Verunreinigungen die in den entsprechend der Methode der Erfindung erzeugten Diamantkristallen enthalten waren ein Verunreinigungsverhältnis von nur 0,01 bis 0,10 %.

Als Vergleich dazu zeigte ein Diffraktionsbild, das von Diamantkristallen aufgenommen wurde, die unter Verwendung eines Nickelkatalysators hergestellt wurden, bei zwanzigminütiger Belichtung unter CuKr -Strahlung,35 KV und 20 mA Diffraktionsbilder von sogenannten Sateliten, das heißt, (111), (220), (220) und (311), entsprechend der Gitterkonstante von 3,54 Angström im Falle des Nickelkatalysators, wobei nachgewiesen wurde, daß diese Satelitenmuster koaxial zu denen der Diamanten waren« Gewöhnlich ist 0,3 bis 1,0 % an Katalytmetall als Verunreinigung in den synthetischen Diamantkristallen enthalten, die unter Verwendung eines Nickel- oder eines Eisenkatalysators erzeugt wurden.

Es sei darauf hingewiesen, daß verschiedene Änderungen und Abweichungen, wie beispielsweise der besondere Prozentsatz der zu vermischenden Materialien möglich sind, ohne daß damit vom Umfang der Erfindung, wie in den anliegenden Ansprüchen definiert, abgewichen wird* Die in der vorausgegangenen Beschreibung und in der Zeichnung enthaltenen Tatsachen sind nur illustrativ und nicht erfindungsbegrenzend zu verstehen.

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Claims (1)

1. Tokyo Shibaura Electric Co« Ltd., Kawasaki-s'hi/Japan Patentansprüche

   1· Eine Methode zur synthetischen Herstellung von Diamantkristallen, in der ein kohlenstoffhaltiges Material hohen Drücken bei hohen Temperaturen in Gegenwart eines Katalysators über eine ausreichende Zeit ausgesetzt wird, um synthetische Diamantkristalle zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte Katalysator Niob-Carbid in Verbindung mit mindestens einem Metall aus der Gruppe Kupfer, Silber und Gold ist, und daß die genannte Umwandlung der Diamantkristalle unter einem Druck von über 50,000 Atmosphären und einer Temperatur von über 1200⁰C durchgeführt wird.

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   2» Eine Methode gemäß Anspruch 1,

   dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator die Form einer Legierung oder einer Mischung besitzt·

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