Метод за отглеждане на диамант графит

Метод за отглеждане на диамант графит в камерата за налягане, в качеството многократно импулсно лазерно излъчване на границата на диамант графит чрез един от прозрачните стени за лазерно лъчение камера. Налягането диамант наковалня на клетъчен тип се поддържа от 5 до 50 GPa, в зависимост от възможностите на камерата, лазерен импулс нагрява много малък кожен слой от графит до температури от 1000 К, достатъчно за превръщане на графита към диамант. Поради големите температурни градиенти в слой на кожата и високата топлопроводимост на диамант настъпва ненормално бързо охлаждане на слоя и неговото превръщане в прозрачен за лазерното лъчение диамант. лазер дължина на вълната трябва да влезе диамант прозрачен участък от 0,2 до 5 микрона. Следващата лазерен импулс трябва загрява следващия слой от графит и превръщането му в диамант, т.е. лазерната светлина стимулира кълняемост прозрачен за непрозрачна диамант графит. 1-ил.

Изобретението се отнася до метод за производство на синтетични диаманти.

Добре известно е, че диамант има уникални физични и химични свойства. Това е най-трудната и поне свиваем вещество, което има изключително висока химическа устойчивост на киселини, има запис стойност на електрическото поле разбивка и топлопроводимост е няколко пъти по-голяма от термичната проводимост на мед при стайна температура. Тези свойства предизвикват широко разпространеното използване на диамант в такива отрасли като електроника, машини, пробивни инструменти и абразиви, Обработка на камък, медицина, бижута и т.н.

Понастоящем има няколко метода за синтез на диаманти. Най-разпространеният метод е кристализацията на диамант въглерод в стопен метал разтвор от atomwise монтаж.

Този метод се характеризира с ниска скорост на синтез не надвишава стойността от 10 -6 см / сек, и присъствието на диамант в получените метални примеси. Друг близо до първата, е синтезата на диамант от не-кристални форми на въглерод, получени чрез термично разлагане на въглеводороди в кондензирано състояние на. Въпреки че този метод успява да се отърве от метални примеси, скорост синтез остава толкова ниски, колкото и в предишния случай.

От третия метод може да включва отглеждане диамантени епитаксиални филми от газовата фаза. Получаване на атомната въглерод в този случай се извършва чрез термично разлагане на въглеводороди в газовата смес с водород. За въглероден пара чрез термично разлагане на въглеродсъдържащи вещества понякога използва лазер, който в този случай се използва само за изпаряване на въглеродсъдържащи вещества.

Прототипът на предложения метод за синтез на диаманти е метод за превръщане на графит с диамант в свити чрез загряване на пулса на електрически ток. При този метод, за статично налягане, създадено в "пояс" на наковалня тип и е 20 GPa и максимална температура може да бъде до 5000 синтез К. диамант среща в височината на графит цилиндър на 3 mm и диаметър 2 mm, чрез който електрическият ток се прекарва при налягане 10- 20 GPa при температура 3000-4000 К. недостатък на този метод е неравномерно загряване на изходния материал и следователно получаване диамантени проби тъмно поликристални.

Предложеният метод решава проблема на синтеза на прозрачни диаманти в големи количества.

В предложения метод, както в предшестващото състояние на техниката, компресия и нагряване на графита извършва самостоятелно. Въпреки това, нагряване в настоящия процес се извършва многократно импулсни лазерно лъчение през прозрачната стена на камерата за налягане към него, като радиация, която се абсорбира в много тънък повърхностен слой от графит. Както прозрачната стена може да служи като самия диамант или друг прозрачен и достатъчно здрав материал, като сапфир или борен нитрид. За лазерна светлина преминава през диаманта зрял, че е необходимо час фотон квантовата стойност не надвишава стойността на забранена лента на диамант E0 5,2 ЕГ, т.е. Лазерно дължина на вълната трябва да бъде по-голям от 230 пМ. От друга страна, лазерно дължина на вълната не трябва да обхване и далеч инфрачервена област и където онечистване започва абсорбция диамант решетка, т.е. Тя трябва да бъде по-малко от 5 микрона. Лазерно излъчване се абсорбира в графита до дълбочина на кожен слой проводимост графит честотата на лазерното лъчение. За Nd-лазер (= 1.06 mm) дълбочината на кожата в графита е 0.26 микрона за XeCl-лазер (= 0,31 м), е 0.14 микрона, т.е. около оптична лента може да се предположи, 0.2 охлаждане време тънък нагрява слой с дебелина от порядъка на: т = 2 / а, където а = к / С- съотношение температура проводимост, К термичната проводимост, плътност, C специфичната топлина. Дебелината на нагретият пласт е г

Чертежът показва обща схема за етапа на синтез камера диамант с лазерно излъчване на графит в компресирано състояние, където един от стената на камерата за налягане; 2 лазер област абсорбция радиация; 3 прозрачна стена камера налягане. С помощта на лазер за нагряване на графит (и по-общо непрозрачни въглеродсъдържащи вещества), притисната към диамант, в резултат на качествено нов резултати. Поради необичайно малка дълбочина на слоя нагряване и възниква като следствие на големи температурни градиенти, и също така поради високата топлопроводимост на диамант тънък топлина от загрява слой оставяйки околната стена на ударника за необичайно кратко време. По този начин да предизвика големи температурни градиенти в материала и срязващи напрежения, които, както показва опитът, допринасят за образуването на диамант. Чрез промяна на интензитета на лазерния импулс, е възможно да се създаде практически всяка температура от първоначалната до 5000 К и по-високи температури в графитния слой. Горната граница на налягането в камерата, определена от вида на ударника, за създаване на външен натиск на обем, и за типичен диамантени наковални може да достигне няколко десетки GPa. Долна граница според експериментите е около 10 GPa. След нагряване на единичен слой от графит и неговото превръщане в диамант следващата лазерен импулс преминава през оформен диамант слой и нагрява следващия слой от графит и т. Г. Т.е. процесът може да се повтори няколко пъти, докато всички облъчената графит не се превърне в диамант. За разлика от електрическо отопление лазерно лъчение отоплява помещенията дори случайно оформен в диамантени непрозрачни графитни включения, карайки ги да се превърне в диамант. Следователно, предложен метод дава възможност да се получи особено чисти и прозрачни диамантени проби в големи обеми.

Процесът се провежда както следва. Графит се поставя в камера за налягане едната стена на който е прозрачен за лазерното лъчение. Налягането в камерата, например, с използване на хидростатични преса се поддържа постоянна през цялото време, при 10 GPa. Чрез прозрачната стена на камерата се подава импулсен периодично лазерно лъчение, например, 2-ри хармоници на ND-лазери = 0.53 микрона, при който продуктът на плътността на интензивност на импулс на импулса Ioo изпълнява условието за 0.2 J / cm 2. Ако интензитетът I0 50 MW / ст2 температура от 1000 К е достигната по време на 2 NS. След охлаждане на нагретият пласт от същия порядък на величина време и го превърне в диамант следващата лазерен импулс нагрява следващия слой на сгъстен графит и процесът продължава до пълното превръщане на графит в диамант. След изключване на лазерното лъчение и отстраняване на получената диамант налягане се отстранява от камерата.

Трябва да се отбележи, че лазерното лъчение, особено в ултравиолетовата област на спектъра, различни от чисто термичен ефект върху графит може да допринесе за преструктурирането на сгъстен графит в диамант превода въглеродни атома в електронен възбудено състояние, като по този начин стимулира преструктурирането на валентните връзки, характерни за структурата на диамант. В този диамант синтез може да се случи без значително повишаване на температурата от фотохимично действието на лазерно излъчване на фазов преход сгъстен графит-диамант. В последния случай е възможно да се използва непрекъснат лазерен лъч с ниска интензивност за синтез на диамант.

Отглеждани размер диамант се определя само от големината на обема, при което външното устройство, например, е създаден изисква хидростатично налягане за диамант синтез налягане и сега може да бъде до няколко кубически сантиметра. Имайте предвид, че предложеният метод се характеризира като висок процент на растеж и висока чистота диамант получава, защото не са свързани с използването на катализатори и въвеждане на примеси по време на синтеза. Тя може да се използва за стимулиране на растежа на всеки прозрачен материал на лазерното лъчение, които са в контакт с непрозрачен материал служи като изходен материал за него.

Метод за отглеждане на диамант графит в камерата за високо налягане от налягането на компресиране на

50 GPa, нагряване не по-ниска от 1000 К и последващо охлаждане, характеризиращ се с това, че загряването и охлаждането на графита извършва в кожния слой, по графит многократно импулсни лазерно лъчение с дължина на вълната по-дълъг от 0.23 микрона и по-малко от 5 микрона, чрез прозрачна стената на камерата под налягане за него.