Dezvoltarea cercetării asupra recipientelor sub presiune necesar pentru sinteza de diamant, din cauza numele unei cercetări pionier în domeniul de înaltă presiune, câștigătorul premiului Nobel, profesor la Universitatea Harvard PW Bridgman. Bridgeman a considerat sinteza diamantului drept o provocare pentru ingeniozitatea și abilitățile sale tehnice și, așa cum se spune, în experimente a încercat de fiecare dată să folosească o nouă tehnică care să sporească presiunea maximă. Bridgman nu numai că a fost un om de știință și inventator remarcabil, dar și un scriitor interesant. El a scris despre sinteza de diamant [111: „Încercările de a reuși în această problemă interesant expus întregul spectru al umanității: oameni, sau oameni de știință genial la șarlatani și escroci simple, ea a dat inteligența și pasiunea lui.“ Bridgeman remarcat faptul că timp de 25 de ani, în medie, de 2-3 pe an, a susținut că dețin secretul sintezei de diamant, și sa oferit să intre într-o pondere în distribuirea profiturilor în schimbul finanțarea construcției aparatului pentru punerea în practică a ideii. De asemenea, el a scris, cu umor caracteristic faptul că „problema și solicită într-un roman detectiv, și de multe ori am ajuns la concluzia că cei care rezolva cu succes, prin aceasta expune viața pericol din Sindicatul Diamond.“
Ca și Parsons, Bridgeman și-a dat seama rapid că numai presiunea ridicată nu putea transforma grafitul într-un diamant. Conform teoriei, diamantul este o formă cristalină stabilă de carbon la presiuni de aproximativ 20.000 de atmosfere, dar experimentele BRIDGMAN la presiuni de 425000 atm la temperatura camerei și 70.000 atm la căldură roșu, transformarea diamant grafit nu a avut loc. În același timp, diamantul se comportă la o presiune atmosferică normală ca o fază complet stabilă. Soția mea, care nu sa schimbat încă inelul cu diamant pe care i-am dat în timpul angajamentului ei, pentru a grenade mai mari, nu a vrut să creadă că o zi diamant se poate transforma în grafit, chiar dacă grafit este de fază mai stabil decât diamant, în timp ce temperaturi și presiuni de zi cu zi. La presiuni scăzute, diamantul este metastabil, la fel cum graful poate rămâne metastabil chiar și în condițiile în care diamantul este stabil.
Conversia diamant în grafit poate fi efectuată la circa iagreve până la 1500 ° C, și se sugerează că transformarea inversă la presiuni ridicate temperaturi de același ordin necesar. În 1941, cu sprijinul financiar al companiilor „Norton“ și „General Electric“ Bridgman a lansat un proiect, dar sinteza de diamante la temperaturi ridicate. Precalcinat la 3000 „C grafit a fost plasat într-un special vas 1000 tone de presă. În interiorul cilindrului a fost utilizat termite pentru reacție, care creează o temperatură de până la 3000 ° C timp de câteva secunde la un moment dat, cu o presiune de 30.000 atm. Experimentele au durat timp de patru ani, dar diamante și nu au fost primite. Echipamentul a fost transportat la uzina companiei "Norton", unde a fost folosit pentru a continua experimentele și alte lucrări.
Aparate pentru sintetizarea de diamant, propus Hall, numită „Belt“ (centură), deoarece partea centrală, unde sinteza de diamant, inel de carbură de tungsten a sprijinit cu o oțel de înaltă tensiune manta lang \ 19]. Două pistoane conice au fost conduse de o presă hidraulică mare din oțel armat. Principala dificultate în crearea aparatelor cu presiuni și temperaturi ridicate constă în faptul că oțelul și alte materiale structurale își pierd repede puterea atunci când sunt încălzite. Această problemă poate fi rezolvată prin încălzirea numai a volumului de lucru intern și a izolației termice corespunzătoare pentru a preveni încălzirea excesivă a pistoanelor și centurii. „General Electric“ Grupul a folosit cu succes un material pirofolita mineral natural este moale suficient de transmitere de presiune bună și, în același timp, având un punct de topire ridicat. Cavitatea formată de către piston și centura, plasat celula din pirofilit cu cuptor electric montat sub forma unui tub de grafit, cu care se obține temperatura dorită. Gapurile dintre pistoane și centură erau etanșate cu garnituri metalice și pirofilite, care serviseră, de asemenea, ca izolatoare termice și electrice.
Spre deosebire de Parsons și experimentele Bridgman în aceste experimente catalizatorul utilizat, în special fier, și care a determinat soluția cu succes a acestei probleme. Se cunoaște acum că catalizatorul joacă rolul unui solvent în care grafitul se dizolvă mai întâi și apoi cristalizează ca diamant. Fără solvent rată de conversie de grafit metalic într-un diamant este foarte mică, chiar dacă temperatura și presiunea corespund domeniului de stabilitate diamant. Conform brevetului, „General Electric“ [20], o încărcare tipică în camera de reacție este un amestec format din 5 părți grafit, 1 parte de fier] / z părți ale porțiunii de mangan și 7z „yatnokisi vanadiu. Acest amestec a fost sigilat și încălzit la 1700 ° C n“> la o presiune de 95.000 atm timp de 2 minute, apoi s-a răcit la 1500 ° C. Peste S min. De atunci, au fost efectuate numeroase studii privind selecția solvenților, în special Wentorf [21J. Acum, ca amestec de solvent cel mai frecvent utilizat de nichel și fier, care permite sinteza de diamant în condiții mai puțin stricte,
de exemplu la 50.000 atm și 1400 ° C. Se dovedește de asemenea; că grafitul ca sursă de carbon poate fi înlocuit cu alte materiale organice: lemn, cărbune, gudron, gudron și chiar unt de arahide!
In ASEA tehnologie presiune de 80 000 până la de 90 000 N atm Temperatura aplicată la 2760 „C. Pentru a concentra presiunea ridicată într-un volum mic, aparatul a fost creat în care șase piramidă patrulateră au fost montate în așa fel încât să formeze o bază cubică și vertex trunchiată conturare camera sferică internă având un volum de aproximativ 400 cm3. pentru a crea forțe pe fiecare piramida folosite trei perechi de pistoane hidraulice. întregul set de pistoane plasate într-un tub cu un diametru de 52 cm și o înălțime de 78 cm, o armat coliere pentru cabluri de oțel. în răcni efectuat arderea amestecului termit de magneziu metalic peroxid I bariu. Reacția chimică din volumul de lucru ajunge la o temperatură foarte ridicată. Izolarea termică în jurul termite asigurat strat steatit 5 mm grosime, plasată într-o mandrină de cupru. Reactivii, grafit, și carbură de fier au fost plasate nnutrya termite n un container realizat din tantal. căldura produsă de termit ardere menținut doar câteva minute, apoi se încadrează din cauza căldurii prin pistoanele relativ masive. Caracteristic, pentru diamante mici, care sunt utilizate în industrie pentru fabricarea de ferăstraie diamant-TION abrazive și lustruire pulberi, atât prin tehnologia ASEA și „General Electric“, a luat doar două sau trei minute. Dimensiunile diamantelor obținute în ambele cazuri au fost semnificativ mai mici de 1 mm. De obicei, în experimentele ASEA s-au format 20-50 cristale de dimensiune de 0,1-0,5 mm. Ulterior, ASEA a devenit o oaza a volumului de lucru si a aparaturii folosite de ASEA; b-schimbarea temperaturii în timp după aprinderea amestecului de termit.
Utilizați încălzirea electrică cu curent de până la 1500 A, ceea ce a permis creșterea randamentului diamantelor.
Compania "General Electric" a înlocuit ulterior aparatul de înaltă presiune "Belt" cu un tetraedru și același tip proiectat de Hall la aproximativ același timp [25]. Principalul său avantaj a fost utilizarea preselor relativ ieftine. În prima variantă a acestui proiect, au fost montate patru prese independente de lucru, montate într-un cadru simetric și convergând în partea centrală a volumului de lucru. Pentru o altă modificare mai simplă este necesară numai o presare hidraulică, iar forțele din celelalte trei direcții se datorează interacțiunii pistoanelor cu suprafața conică a suportului puternic din oțel. În ultima modificare a dispozitivului, suprafața de lucru este sferică și se folosesc inserții din carbură de tungsten, care au o duritate și o rezistență mai mari decât oțelul de la care sunt fabricate pistoanele. În spațiul tetraedic format de suprafețele interioare ale acestor inserții, o piesă specială este făcută din pirofilită cu un cuptor electric, care este un tub de grafit. Curentul electric este furnizat prin intermediul a două pistoane opuse sau prin intermediul unor linii electrice speciale. Grafitul și solventul metalic sunt plasate în cuptor.
Acum, diamantele sunt produse în mai multe țări, iar mai mult de jumătate din cele folosite în industrie sunt diamante sintetice - 3hli care concurează la un preț cu mine din insulele Pământului. Prin
la o lună după mesajul "General Electric" din 1955, conducerea corporației miniere din Africa de Sud "De Beers" a ajuns la o decizie privind necesitatea fabricării diamantelor sintetice. Fabrica din Springs, lângă Johannesburg, Africa de Sud, deținută de De Beers, a început să producă produse în 1958 și are acum 75 de echipamente de înaltă presiune. Filiala a fost deschisă la Shannon. Irlanda, în 1963 și în 1967 De Beers și ASEA (care nu au început producția comercială de diamante până în 1964) au încheiat un acord comun de producție. Diamantele tehnice sunt produse în China, Cehoslovacia, Olanda, Japonia și în cantități mari în Uniunea Sovietică.
Consumul mondial de diamante tehnice este de peste 100 de milioane de carate (20 tone) pe an, iar pentru producția lor sunt necesare câteva sute de tone de grafit.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: