Как выполняется синтез алмазов?

Оглавление:

Синтез алмазов - это технология, которой человечество обязано химии высоких давлений. Первые искусственные кристаллы был синтезированы более 60 лет назад - в 1954 г. Данная технология требует соблюдения особых условий. Производство искусственных алмазов осуществляется при температуре 2000°С и давлении 50000 атм. Получить первые синтетические камни было непросто, поэтому их цена существенно превосходила цену на натуральные камни - примерно в 30 раз. Однако всего за десятилетие совершенствования технологии камни стали существенно дешевле. Благодаря этому, производство искусственных алмазов стало выгодным.

АлмазВ современном мире синтетических алмазов гораздо больше производится и продается, чем получается натуральных. Они составляют около 75% от общего оборота данного вида камней. По своим свойствам продукция промышленного производства отличается от натуральных самоцветов незначительно. Определить происхождение камня можно только при помощи специальных приборов высокой точности.

Особенности технологии

Производство алмазов в современной промышленности основано на том, что эти камни по своему атомному составу не что иное, как форма углерода. Из атомов углерода состоят и другие материалы, например, графит. Графит под высоким давлением в специальном реакторе превращают в алмазы. Для этого необходимы специальные вещества - катализаторы. Без них реакция невозможна. В качестве катализаторов могут использоваться:

Алмазная шахта

  •  смесь карбида железа и графита;
  • смесь хрома, никеля и железа;
  • металлический никель и пр.

Кристаллизация возможна при высокой температуре и под высоким давлением, под воздействием ударных волн.

Как правило, в результате синтеза получают небольшие кристаллы. Их максимальный размер достигает 1 мм. Для использования в промышленных целях полученные камни пригодны, но использовать в ювелирном деле их практически невозможно.

Современные технологии дают возможность синтезировать крупные камни размером до 6 мм. Для этого маленькие кристаллы растворяются в расплавленном катализаторе. В наименее горячие участки раствора помещают крошечные кристаллы, которые послужат затравкой. Кристаллизация требует нескольких суток, на протяжении которых необходимо поддерживать высокое давление и температуру. Для получения искусственных алмазов таких размеров, которые можно использовать для изготовления ювелирных изделий, требуются существенные затраты, поэтому их стоимость превосходит стоимость натуральных камней в несколько раз.

Применение искусственных кристаллов

Широко применяются синтетические алмазы в разнообразных отраслях промышленности.

Использование искусственных алмазовИз них делают пасты и порошки для шлифовки, оборудование для бурения скважин и резки различных твердых материалов. Использование этого чрезвычайно твердого материала позволяет существенно повысить производительность труда во многих отраслях промышленности - от 30% до 100%.

Искусственные камни применяют при изготовлении часов. Также с их помощью хорошо резать твердые материалы: металлы, стекло, керамику. Камни используются для производства очень тонкой и при этом очень прочной проволоки.

Специально для использования в промышленных целях синтезирован особый черный алмаз - карбонадо. Эта разновидность кристаллов еще тверже, чем природные самородки, поэтому их можно использовать для огранки и камней в ювелирных целях, и для прочих методов обработки. Их получают методом порошковой металлургии. Для этого используется алмазный порошок, который спекается при температуре 1000°С и под давлением от 30000 до 80000 атм. Также широко распространено изготовление сверхтвердых буровых коронок из карбонадо.

Таким образом, синтез алмаза из графита возможен благодаря тому, что оба эти вещества состоят из атомов углерода, которые образуют неодинаковую кристаллическую решетку. В алмазах атомы расположены более плотно, поэтому для получения алмазов и необходимы особые условия: высокая температура и давление (или ударная волна), наличие катализаторов. Превращение графита в алмаз позволяет широко использовать этот материал в промышленности.

Table of contents:

Synthesis of diamonds - a technology that mankind owes to the high-pressure chemistry. The first artificial crystals were synthesized more than 60 years ago - in 1954. This technology requires special conditions. Production artificial diamonds It carried out at 2000 ? C and pressure of 50,000 bar. Get the first synthetic stones was not easy, so their price is significantly superior to the price of natural stones - about 30 times. However, in just a decade, improvements in technology have become significantly cheaper stones. Due to this, the production of artificial diamonds was advantageous.

Diamondsynthetic diamonds in the modern world is much more produced and sold, than it turns positive. They make up about 75% of the total turnover of this type of stone. The properties of industrial products different from the natural gems slightly. Determine the origin of the stone can only be by means of special high-precision instruments.

technology Features

Diamond production in modern industry is based on the fact that these stones in their atomic composition is nothing but a form of carbon. It consists of atoms of carbon and other materials, such as graphite. Graphite is converted under high pressure in a special reactor in diamonds. This requires special substances - catalysts. Without them, the reaction is impossible. The catalysts can be used:

Diamond mine

  • ?a mixture of iron carbide and graphite;
  • a mixture of chromium, nickel and iron;
  • nickel metal and so on.

The crystallization is possible at a high temperature and high pressure under the influence of shock waves.

Typically, synthesis yields smaller crystals. Their maximum size up to 1 mm. For use in industrial applications obtained stones are suitable, but used in jewelry are virtually impossible.

Modern technology makes it possible to synthesize large stones of up to 6 mm. For this small crystals are dissolved in the molten catalyst. At least portions of the hot solution is placed tiny crystals, which will serve as a seed. Crystallization takes several days, during which the need to maintain high pressure and temperature. For artificial diamonds of this size, which can be used to make jewelry, significant costs are required, so the cost exceeds the cost of natural stones in several times.

The use of artificial crystals

Widely used synthetic diamonds in a variety of industries.

The use of synthetic diamondsOf them make pastes and powders for grinding equipment for drilling and cutting of different solid materials. The use of this extremely hard material can significantly increase productivity in many industries - from 30% to 100%.

Artificial stones are used in the manufacture of watches. Also, with their help a good cutting hard materials: metals, glass and ceramics. The stones used for the production of very thin and still very strong wire.

Especially for industrial use synthesized a special black diamond - Carbonado. This kind of crystals even harder than natural nuggets, so they can be used for cutting stones and jewelry purposes, and for other processing methods. They are produced by powder metallurgy. For this purpose the diamond powder, which is sintered at 1000 ? C and a pressure of 30,000 to 80,000 atmospheres. Also widespread production of super-hard drill bits from Carbonado.

Thus, synthesis of diamond graphite is possible thanks to the fact that both these substances are composed of carbon atoms which form a dissimilar lattice. The diamond atoms are arranged more densely, so to get the diamonds and requires special conditions: high temperature and pressure (or shock wave), the presence of catalysts. Conversion of diamond into graphite allows this material is widely used in industry.

Зміст:

Синтез алмазів - це технологія, якої людство зобов'язане хімії високих тисків. Перші штучні кристали був синтезовано понад 60 років тому - в 1954 р Дана технологія вимагає дотримання особливих умов. виробництво штучних алмазів здійснюється при температурі 2000 ° С і тиску 50000 атм. Отримати перші синтетичні камені було непросто, тому їх ціна значно перевищувала ціну на натуральні камені - приблизно в 30 разів. Однак лише за десятиліття вдосконалення технології камені стали істотно дешевше. Завдяки цьому, виробництво штучних алмазів стало вигідним.

алмазУ сучасному світі синтетичних алмазів набагато більше виробляється і продається, ніж виходить натуральних. Вони складають близько 75% від загального обороту даного виду каменів. За своїми властивостями продукція промислового виробництва відрізняється від натуральних самоцвітів незначно. Визначити походження каменю можна тільки за допомогою спеціальних приладів високої точності.

особливості технології

Виробництво алмазів в сучасній промисловості засновано на тому, що ці камені по своєму атомному складу нічим іншим, як форма вуглецю. З атомів вуглецю складаються і інші матеріали, наприклад, графіт. Графіт під високим тиском в спеціальному реакторі перетворюють в алмази. Для цього необхідні спеціальні речовини - каталізатори. Без них реакція неможлива. В якості каталізаторів можуть використовуватися:

Алмазна шахта

  •  суміш карбіду заліза і графіту;
  • суміш хрому, нікелю і заліза;
  • металевий нікель та ін.

Кристалізація можлива при високій температурі і під високим тиском, під впливом ударних хвиль.

Як правило, в результаті синтезу отримують невеликі кристали. Їх максимальний розмір досягає 1 мм. Для використання в промислових цілях отримані камені придатні, але використовувати в ювелірній справі їх практично неможливо.

Сучасні технології дають можливість синтезувати великі камені розміром до 6 мм. Для цього маленькі кристали розчиняються в розплавленому каталізаторі. У найменш гарячі ділянки розчину поміщають крихітні кристали, які послужать запалом. Кристалізація вимагає декількох діб, протягом яких необхідно підтримувати високий тиск і температуру. Для отримання штучних алмазів таких розмірів, які можна використовувати для виготовлення ювелірних виробів, потрібні істотні витрати, тому їх вартість перевищує вартість натуральних каменів в кілька разів.

Застосування штучних кристалів

Широко застосовуються синтетичні алмази в різноманітних галузях промисловості.

Використання штучних алмазівЗ них роблять пасти і порошки для шліфування, обладнання для буріння свердловин і різання різних твердих матеріалів. Використання цього надзвичайно твердого матеріалу дозволяє істотно підвищити продуктивність праці в багатьох галузях промисловості - від 30% до 100%.

Штучні камені застосовують при виготовленні годин. Також з їх допомогою добре різати тверді матеріали: метали, скло, кераміку. Камені використовуються для виробництва дуже тонкою і при цьому дуже міцного дроту.

Спеціально для використання в промислових цілях синтезований особливий чорний алмаз - карбонадо. Цей різновид кристалів ще твердіше, ніж природні самородки, тому їх можна використовувати для огранки і каменів в ювелірних цілях, і для інших методів обробки. Їх отримують методом порошкової металургії. Для цього використовується алмазний порошок, який спікається при температурі 1000 ° С і під тиском від 30000 до 80000 атм. Також широко поширене виготовлення надтвердих бурових коронок з карбонадо.

Таким чином, синтез алмазу з графіту можливий завдяки тому, що обидва ці речовини складаються з атомів вуглецю, які утворюють неоднакову кристалічну решітку. В алмазах атоми розташовані більш щільно, тому для отримання алмазів і необхідні особливі умови: висока температура і тиск (або ударна хвиля), наявність каталізаторів. Перетворення графіту в алмаз дозволяє широко використовувати цей матеріал в промисловості.


» » » Как выполняется синтез алмазов?