O metodă de creștere grafit diamant

O metodă de creștere diamant grafit în camera de presiune, care acționează radiație laser repetitively în impulsuri la limita de diamant-grafit prin una transparentă pentru pereții camerei de radiație laser. Tipul de celulă Presiunea diamant nicovala este menținută la 5 la 50 GPa, în funcție de capacitățile camerei, un puls laser încălzește un strat de piele foarte mică de grafit la temperaturi de 1000 K, care sunt suficiente pentru a converti grafit diamant. Datorită gradienților mari de temperatură în stratul de piele și conductivitatea termică ridicată a diamant are loc răcirea rapidă anormal a stratului și transformarea sa în transparent pentru diamant radiații laser. lungime de undă cu laser trebuie să intre în zona transparentă diamant de 0,2 până la 5 microni. Următorului impuls laser, trebuie să se încălzească următorul strat de grafit și transformarea acestuia într-un diamant, adică, lumina laser stimulează germinarea transparent la grafit diamant opac. 1 il.

Invenția se referă la un procedeu de fabricare a diamantelor sintetice.

Este bine cunoscut faptul că diamant are proprietăți fizice și chimice unice. Acesta este cel mai greu și cel mai puțin compresibil substanță, care are o rezistență chimică extrem de mare la acizi, are o valoare record de câmp electric defalcării și o conductivitate termică este de câteva ori mai mare decât conductivitatea termică a cuprului, la temperatura camerei. Aceste proprietăți determină utilizarea pe scară largă a diamant în industrii, cum ar fi electronice, utilaje, scule de foraj si materiale abrazive, piatra de lucru, medicina, bijuterii, etc.

În prezent, există mai multe metode de sinteză a diamantelor. Cea mai comună metodă este cristalizarea diamant de carbon în soluția de metal topit prin asamblare atomwise.

Această metodă se caracterizează printr-o rată scăzută de sinteză care să nu depășească valoarea de 10 -6 cm / s, iar prezența diamant impuritățile metalice rezultate. O alta aproape de prima, este sinteza diamant din formele non-cristaline de carbon obținute prin descompunerea termică a hidrocarburilor în stare condensată. Deși această metodă reușește să scape de impurități metalice rata de sinteză rămâne la fel de scăzută ca în cazul precedent.

Prin a treia metodă poate include în creștere diamant filme epitaxiale din faza gazoasă. Prepararea carbonului atomic în acest caz, se realizează prin descompunerea termică a hidrocarburilor în amestecul de gaze cu hidrogen. Pentru vapori de carbon prin descompunerea termică a substanțelor cărbunoase, uneori foloseste un laser, care în acest caz este utilizat numai pentru evaporarea substanțelor carbonice.

Prototipul metodei propuse pentru sinteza de diamant este o metodă de conversie grafit diamant în stare comprimată prin încălzirea puls de curent electric. În această metodă, presiunea statică creată în „centura“ tip nicovală și a fost de 20 GPa și o temperatură maximă poate fi de până la 5000 de sinteză K. diamant are loc în înălțimea cilindrului de grafit de 3 mm și un diametru de 2 mm, prin care a fost trecut curentul electric la presiuni de 10- 20 GPa la temperaturi de 3000-4000 K. un dezavantaj al acestei metode este încălzirea neuniformă a materialului de pornire și, prin urmare, obținerea de probe de diamant policristalin întuneric.

Metoda propusă rezolvă problema sintezei diamantelor transparente în cantități mari.

În metoda propusă, ca în stadiul anterior al tehnicii, comprimarea și încălzirea grafitului realizate în mod independent. Cu toate acestea, încălzirea în prezentul procedeu se realizează radiație laser în impulsuri repetitively prin peretele transparent al camerei de presiune pentru aceasta, având radiații care este absorbit într-un strat foarte subțire de piele de grafit. Deoarece peretele transparent poate servi ca diamantul în sine sau alt material transparent și suficient de puternic, cum ar fi safir sau nitrură de bor. Pentru ca lumina laser a trecut prin diamant crescut, este necesar ca h foton valoarea cuantică nu depășește valoarea benzii interzise de diamant E0 eV 5,2, adică lungime de undă laser trebuie să fie mai mare de 230 nm. Pe de altă parte, lungimea de undă laser nu trebuie să se extindă la regiunea în infraroșu departe, și în care impuritatea începe absorbția diamant răzuirea, adică, Ar trebui să fie mai mică de 5 microni. radiația laser este absorbită în grafit la o adâncime a stratului de piele frecventa conductibilitate grafitului a radiației laser. Pentru Nd laser (= 1,06 mm) adâncimea pielii din grafit este de 0,26 microni pentru un XeCl laser (= 0,31 m), este de 0,14 microni, adică, în jurul benzii optic poate presupune 0,2 timp de răcire subțire cu grosimea stratului încălzit, de ordinul a: t = 2 / a, unde a = k / raportul C- de temperatură conductivitate, k conductivitatea termică, densitatea, C căldura specifică. Grosimea stratului încălzit este d

Desenul prezintă o schemă generală pentru faza diamant camera de sinteză prin iradiere cu laser de grafit într-o stare comprimată, în care unul dintre peretele camerei de presiune; regiunea de absorbție a radiației laser 2; 3 un perete de cameră de presiune transparentă. Folosind un laser pentru a încălzi grafit (și în general substanțe cărbunoase opace), presate de diamant, rezultând într-o calitativ noi rezultate. Datorită adâncimea anormal de mici a stratului fiind încălzit și apare ca o consecință o mare gradienți de temperatură, și de asemenea, datorită conductivității termice ridicate de diamant căldură subțire de strat încălzit lăsând peretele înconjurător al nicovalei pentru un timp anormal de scurt. Astfel, cauza gradienți de temperatură mari în materialul și tensiunile de forfecare care, așa cum arată experiența, contribuie la formarea de diamant. Prin variația intensității impulsului laser, este posibil să se creeze practic orice temperatură de la inițială până la 5000 K și temperaturi mai ridicate în stratul de grafit. Limita superioară a presiunii în camera definită de tipul nicovală, pentru a crea o presiune de volum extern și pentru o nicovale diamant tipic poate ajunge la câteva zeci de GPa. Limita inferioară conform experimentelor este în jur de 10 GPa. După încălzirea stratului unic de grafit și transformarea ei în diamant următor puls laser trece prin stratul de diamant format și încălzește următorul strat de grafit și t. D. I.E. procesul poate fi repetat de mai multe ori, până când toate grafitului iradiat nu se transformă într-un diamant. Spre deosebire de radiațiile laser de încălzire electric incalzeste format chiar accidental în diamant incluziuni de grafit opace, făcându-le să se transforme într-un diamant. Prin urmare, metoda propusă face posibilă obținerea unei pure și transparente mostre de diamant în volume mari.

Procedeul se realizează după cum urmează. Grafitul a fost plasat într-o cameră de presiune a unui perete din care este transparent la radiații laser. Presiunea în camera, de exemplu, folosind o presă hidrostatice se menține constantă tot timpul, la 10 GPa. Prin peretele transparent al camerei este alimentată o radiație laser în impulsuri periodice, de exemplu, armonicele 2 ale Nd-lasere = 0,53 microni, în care produsul a densității de intensitate pe puls la lățimea impulsului Ioo satisface condiția de 0,2 J / cm 2. Dacă intensitatea I0 50 MW / cm2 temperatură de 1000 K este atinsă într-un timp de 2 ns. După răcirea stratului încălzit de același ordin de mărime timp și converti într-un diamant următor puls laser încălzește următorul strat de grafit comprimat și procesul continuă până la transformarea completă a grafitului în diamant. După oprirea a radiației laser și îndepărtarea diamant de presiune rezultată este îndepărtată din camera.

Trebuie remarcat faptul că radiația laser, în special în regiunea ultravioletă a celuilalt decât acțiunea pur termică pe grafit poate facilita rearanjarea grafit comprimat în atomi de carbon diamant traducere în stare-electron excitat spectru, stimulând astfel legăturile de valență rearanjare caracteristice structurii diamant. In acest diamant sinteza poate avea loc fără o creștere substanțială a temperaturii prin acțiunea fotochimică a radiației laser în tranziție de fază comprimat grafit-diamant. În acest ultim caz este posibil să se utilizeze un fascicul laser continuu, de intensitate scăzută pentru sinteza de diamant.

Dimensiunea diamant Cultivate este determinată numai de mărimea volumului, în care dispozitivul extern, de exemplu, o presiune hidrostatică este creat necesar pentru presiunea de sinteza de diamant, și poate fi acum până la câțiva centimetri cubi. Rețineți că metoda propusă este caracterizată ca o rată ridicată de creștere și de diamant de înaltă puritate obținut, deoarece nu sunt asociate cu utilizarea catalizatorilor și a impurităților care introduc în timpul sintezei. Acesta poate fi utilizat pentru a stimula creșterea oricărui material transparent la radiația laser, fiind în contact cu materialul opac care servește ca materie primă pentru ea.

O metodă de creștere grafit diamant în camera de înaltă presiune de presiunea de compresie

50 GPa, încălzire nu mai mică de 1000 K și răcire ulterioară, caracterizat prin aceea că încălzirea și răcirea grafitului realizată în stratul de piele, care acționează pe grafit repetitively pulsat radiație laser cu o lungime de undă mai mare de 0,23 microni și mai mică de 5 microni, printr-un mod transparent peretele camerei de presiune pentru el.