Eljárás növekvő gyémánt egykristály
B01J3 / 06 - módszerek alkalmazásával ultra-nagy nyomás, például kialakítására gyémánt; az eszköz erre a célra, mint például a mátrix (B01J 3/04 előnyben részesítendő; nyomja meg az általános B30B)
A tulajdonosok a szabadalmi RU 2320404:
Szövetségi állam intézmény „Technológiai Intézet szuperkemény és újszerű szén anyagok” (FGU TISNCM) (RU)
A találmány tárgya a területén növekvő egykristályok és gyémánt lehet előállításához használt egykristályok gyártásához gyémánt-üllő nagynyomású kamrákban. Eljárás növekvő gyémánt egykristályok a régióban a termodinamikai stabilitása végezzük az oltókristályt, hogy elkülönül a szénforrás, oldószerben fém, amely a használt egy vas ötvözet, alumínium és szén, a létrehozása közötti hőmérséklet-gradiens a szénforrást és oltókristályt 20-30 # x000B0; S. Az ötvözet vas, alumínium és szén hozott a következő arányban, tömeg%: vas - 89-92 ;. Alumínium - 4-6; szén - 4-5. Fűtés hajtunk végre egészen a kezdeti hőmérséklet a növekedési zónában 10-20 # x000B0; C felett oldószer fémötvözet olvadási hőmérséklet, előállítása áztatás át ezen a hőmérsékleten legfeljebb 20 órán át, és ezután ismételt ciklus hőmérséklet-változás, a hopping lépés, amelyben a hőmérséklet emelésével, hogy 10 25 # x000B0; C az eredeti hőmérséklet fölé redukciós lépés előtt egy kezdeti sebessége 0,2-3 fok per perc. A műszaki hatás abban áll, egyre nagyobb egyetlen nagy kristályok gyémánt (legfeljebb 3 karátos) a tömeg növekedés üteme több mint 2 mg / óra, alacsony lumineszcenciaintenzitás, nitrogéntartalmú szennyeződés nem több, mint 0,1 rész per millió, fémes zárványok nem több, mint 0,5 tömeg. %. 1. táblázat.
A találmány tárgya a növekvő egykristályok gyémánt, különösen a nagy értékű maloazotnyh gyártására szánt nagynyomású gyémánt üllő kamrák tanulmányokhoz a fázisátalakulások és tulajdonságai különböző anyagok nagy nyomáson Raman szórt fény (Raman-szórás).
Ezekre a célokra maloazotnye természetes típusú IIa gyémánt lehet használni, de ez a szám az összes gyémánt termelt nem haladja meg a 2% -ot. Tekintettel arra, hogy az ilyen típusú gyémánt használják, hogy a gyémánt, a költség magas. Továbbá, a számos nagy hibamentes kristályok előállítására alkalmas 6-8 mm átmérőjű, rendkívül kicsi. Így a természetes IIa gyémánt nem tudják biztosítani a szükségleteinek a tudomány és a technológia a kristályok a kívánt minőség és méret a gyémánt.
Elegendően nagy, súlya több karátos gyémánt egykristályok lehet termeszteni alkalmazásával nagynyomású készülékben.
Eljárás gyémánt egykristály egy nagynyomású készülékben (HPA), hőmérséklet grádiens, ahol a szénforrást (grafit vagy gyémánt) van a területen a magasabb hőmérsékletű, míg az oltókristály elválasztjuk a szénforrás réteg olvasztott oldószerben fém, található kevesebb hőt. forrása oldott szén a fémolvadék átdiffundál az olvadékban, és az oltókristály van lerakva egy gyémánt (US 4.340.576, S01V 31/06, PUB. 1982/07/20).
Ahhoz, hogy egy gyémánt egyetlen kristály, amelynek csökkentett koncentrációban a nitrogén szennyeződések hozzáadandó a táptalajba olyan anyag, amely képes kötődni a nitrogén reakció-térfogatban (nitrogén getter), és megakadályozza annak belépését a növekvő gyémánt rács.
A műszaki hatás a találmány abból áll, hogy a növekvő egyetlen nagy kristályok gyémántot tartalmazó kisebb koncentrációban a nitrogén szennyeződések, fémes szennyeződések és egy alacsony intenzitású lumineszcencia készítésére alkalmas gyémánt üllő nagynyomású kamrákban.
A műszaki eredmény érhető el egy olyan eljárással, a növekvő gyémánt egykristályok a régióban a termodinamikai stabilitás a oltókristályt, amely el van választva egy szénforrást, egy oldószerben, fém, amely a használt egy vas ötvözet, alumínium és szén, a létrehozása közötti hőmérséklet-gradiens a szénforrást és oltókristályt 20-30 # x000B0; C, ahol az ötvözet vas, alumínium és szén hozott a következő arányban, tömeg%: vas - 89-92, alumínium - 4-6, szén - 4,5, a melegítést végezzük kezdeni. második hőmérséklet a növekedési zónában, amelynek értéke 10-20 # x000B0; C felett oldószer fémötvözet olvadási hőmérséklet, előállítása áztatás át ezen a hőmérsékleten legfeljebb 20 órán át, és ezután ismételt ciklus hőmérséklet-változás, a hopping lépés, amelyben a hőmérséklet emelésével, hogy 10 25 # x000B0; C az eredeti hőmérséklet fölé redukciós lépés előtt egy kezdeti sebessége 0,2-3 fok per perc.
Ezen feltételek mellett növekszik gyémántkristályok súlya több mint három karátos tömeges növekedési üteme több mint 2 mg / óra. A kristályok nem tartalmaznak több, mint 0,1 ppm nitrogén-szennyező, nem több, mint 0,5 tömeg.% Fémes szennyeződések, van egy lumineszcencia intenzitás 2-3-szor alacsonyabb, mint a kristályokat által termesztett választott módszert egy prototípus.
Megállapítást nyert, kísérletileg, hogy az időtartam kristályosodási kevesebb, mint 20 órán át, végzett a rendszerben vas-alumínium-szén állandó hőmérsékleten, amikor a növekvő gyémánt kristály elég kicsi, a roham fém zárványok a képernyőn, kivéve egy kis régió közelében a mag nem fordul elő. Növelésével időtartama kristályosodás figyelhető gyűrűs Capture növekvő kristályt fémes zárványok amelyek koncentrációja 4 tömeg.%. A kapott adatokat, a gyakorlatban, az következik, hogy annak érdekében, hogy csökkentsék a valószínűségét elfogása zárványok, miközben elegendően nagy a növekedési arány szükséges, hogy rendszeresen előállítani oldódását a felületi réteg a növekvő gyémánt kristály által hirtelen hőmérséklet-emelkedés, majd ahhoz, hogy lassítják a kezdeti érték.
Amikor az alumínium tartalom kisebb, mint 4 tömeg.% Tömegének az oldószer a fém szennyezéseket nitrogén koncentrációja a kapott gyémánt kristály meghaladja a 0,1 ppm, és amikor több, mint 6 tömeg.% Megtörténik az olvadék köteg oldószerben fém-két nem elegyedő fázis és a növekedés a gyémánt az oltókristályokat ez nem fordulhat elő. Amikor a szén-dioxid-tartalom kisebb, mint 4 tömeg. Tömeg% az oldószer fém fordul elő gyakori oldódását az oltókristály, és amikor több, mint 5 tömeg.% Gyakran megfigyelhető parazita növekedését gyémánt képződött kristályok spontán, versenyben a növekedés a gazdaszervezet kristály, hogy csökkentse a végső tömeg. Amikor melegítjük kezdeti hőmérséklete kisebb, mint 10 # x000B0 C felett oldószer fémötvözet olvadási hőmérsékletének kristálynövekedési sebesség kisebb, mint 2 mg / óra és a koncentrációt a fémes szennyezők a kapott kristályokat meghaladja 0,5 tömeg.%. Amikor melegítjük kezdeti hőmérséklete nagyobb, mint 20 # x000B0; C fölött az ötvözet az oldószer fém olvadási hőmérséklete, és lehet egy újabb növekedési folyamat egyidejűleg, a maximális hőmérséklet különbség a szénforrást és az oltókristály és a méret hopping növekvő hőmérséklet, a koncentráció a nitrogénszennyeződés a növesztett kristályok haladja meg a 0,1 ppm. Ha hirtelen hőmérséklet-növekedés kevesebb, mint 10 # x000B0 C koncentrációja fémes szennyezők a kapott kristályokat meghaladja a 0,5 tömeg%, és miután a hirtelen megnövekedett hőmérséklet több mint 25 # x000B0 ;. Mivel a nitrogén koncentrációja szennyező anyag a kristályokban növesztett egyidejűleg maximális értékei a kezdeti túlmelegedés viszonyítva a fém ötvözet olvadáspontja az oldószer és a hőmérséklet különbség a szén-dioxid-forrás és oltókristályt meghaladja a 0,1 ppm. Amikor a hőmérséklet-csökkentő sebessége kisebb, mint 0,2 fok per perc és több mint 3 fokkal percenként koncentrációja fémes szennyeződések a kristály nagyobb, mint 0,5 tömeg.%.
Az alábbi példák szemléltetik a gyakorlati végrehajtását a módszer.
1. példa A reakció-térfogatban a nagynyomású sejtmosó szénforrás elhelyezkedésű 15 mm, magassága 2,75 mm grafit tisztasága 99,9995%; Ez alá helyezik oldószert fémötvözetből alátét, a következő komponensek aránya, tömeg%: vas - 90 alumínium - 5 szénatomos - 5, 15 mm átmérőjű, 4,5 mm magasság .. 0,5 mm oltókristály méret a gyémánt orientált arc (100) síkjával párhuzamos az oldószer fém alátétek és préseljük a szubsztrát cézium-klorid, amely alá helyezzük a fém alátétet oldószert.
A hőmérséklet-különbség a szénforrást és oltókristályt (növekedési zóna) által meghatározott, a felső és alsó vége fűtőberendezések különböző magasságú keverékéből készült grafit és cirkónium-oxid.
Az összeállított cellát behelyeztük egy AED típusú „toroid”, amely bekerül a munkatérben egy hidraulikus présben 044. létrehozása nyomást a reakció térfogatban 5,5 GPa, és fut egy automatikus ellenőrző rendszer növeli a kristályosodási folyamat a villamos energia olyan értékre, amely biztosítja az elérését hőmérséklet a növekedési zónában 10 # x000B0 C felett oldószer fémötvözet olvadási hőmérséklet, a hőmérséklet-különbség a szénforrást és az oltókristály 20 # x000B0; C. Az említett üzemmód tartjuk 18 órán át. Ezután, szabályozása alatt egy automatizált ellenőrző rendszer a kristályosodási folyamat lépésenként végezzük növekedése bemeneti villamos teljesítmény 40 W, amely egy hőmérséklet-emelkedés a 30 # x000B0; C. Továbbá, szabályozása alatt egy automatizált folyamatirányító rendszer végezzük kristályosítással egységes csökkentésének a villamos teljesítményt 30 percig, amely hőmérséklet-csökkentés a reaktorkamrában sebességgel 1 fok per perc.
Hasonlóképpen, ismételt ciklusait gazdaság „gyors fűtési-fokozatos hűtést” 400-szor. Letiltása a áramtáplalás, csökkenti a nyomást a feladatoknak az AED kinyert reakció sejt. Külön mosó oldószert fém termesztett gyémánt, és a fém elegyében oldjuk a sósav és a salétromsav. Kivonat felnőtt gyémánt. Súly kristály 682 mg (3,41 karátos). A teljes időtartama a tenyésztési eljárás ideje 218 óra, a tömeg átlagos növekedés - 3,13 mg / óra. Crystal zárványok nélkül képernyőn, kivéve három kis zárványok a vetőmag zónában. A mennyiségű fém szennyeződések mérjük a mágneses egyensúlyt GENEQ MSB AUTOMATIKUS, 0,32 tömeg.%. Nitrogén szennyezéskoncentrációjuk Nc. által kiszámított értékét az abszorpciós koefficiens 270 nm # X003B1 270 a rögzített spektrum Cary 4000 spektrométer:
0,08 ppm. A gerjesztési lumineszcencia és Raman-szórás spektrumát gyémánt végezzük szobahőmérsékleten, argon lézer hullámhossza 514,5 nm. A spektrumokat regisztrált spektrométeren JY TRIAX 552A, felszerelt hűtött CCD-érzékelő. A lumineszcencia kristály K, a becsült belső standard módszerrel az arány a maximális másodrendű Raman csúcsa gyémánt 2467 cm -1 I2467, hogy az átlagos háttér lumineszcencia mért 1000 (i1000) és 3000 (I3000) cm -1 képlet szerint:
Ez egy értéke 11,3. Minél magasabb az érték a K, a gyengébb lumineszcencia kristály.
2. példa A reakció-térfogatban a nagynyomású sejtmosó szénforrás elhelyezkedésű 15 mm, magasság 2,75 mm, tisztasága 99,9995% grafitot; Ez alá helyezik oldószert fémötvözetből alátét, a következő komponensek aránya, tömeg%: vas - 91 ;. alumínium - 4; szén - 5, 15 mm átmérőjű, 4,5 mm magas. Diamond oltókristály mérete 0,5 mm, orientált arc (100), amely párhuzamos az oldószert fém alátétek sík és préseljük a szubsztrát cézium-klorid, amely alá helyezzük a fém alátétet oldószert. A hőmérséklet-különbség a szénforrást és oltókristályt (növekedési zóna) által meghatározott, a felső és alsó vége fűtőberendezések különböző magasságú keverékéből készült grafit és cirkónium-oxid.
Az összeállított cellát behelyeztük egy AED típusú „toroid”, amely bekerül a munkatérben egy hidraulikus présben 044. létrehozása nyomást a reakció térfogatban 5,5 GPa, és fut egy automatikus ellenőrző rendszer növeli a kristályosodási folyamat a villamos energia olyan értékre, amely biztosítja az elérését hőmérséklet a növekedési zónában , 20 # x000B0; C fölött az ötvözet az oldószer fém olvadási hőmérséklet, a hőmérséklet-különbség a szénforrást és az oltókristály 20 # x000B0; C. Az említett üzemmód tartjuk 15 órán át. Ezután, szabályozása alatt egy automatizált ellenőrző rendszer a kristályosodási folyamat lépésenként végezzük növekedése bemeneti villamos teljesítmény 20 W, amely egy hőmérséklet-emelkedés 15 # x000B0; C. Továbbá, szabályozása alatt egy automatizált folyamatirányító rendszer végezzük kristályosítással egységes csökkentése felvett teljesítménye 20 W, 10 percig, egy sebesség 1,5 fokos hőmérséklet-csökkenés a reaktortérfogat percenként.
Hasonlóképpen ismételt gyakorlása ciklus gyors fűtés-hűtés fokozatos „1500 alkalommal. Letiltása a áramtáplalás, csökkenti a nyomást a feladatoknak az AED kinyert reakció sejt. Külön mosó oldószert fém termesztett gyémánt, és a fém elegyében oldjuk a sósav és a salétromsav. Kivonat felnőtt gyémánt. Súly kristály 608 mg (3,04 karátos). A teljes időtartama a tenyésztési eljárás ideje 265 óra, a tömeg átlagos növekedés - 2,29 mg / óra. Crystal tartalmaz egy kis felvétele a kerületi része, és a négy kis zárványok a régióban az oltókristályt. A mennyiségű fém szennyeződések 0,48 tömeg.%. Nc nitrogén szennyezettségi koncentrációja 0,06 ppm. A lumineszcencia kristály K értéke 12,4.
A többi példa, beleértve a választott módszer, mint egy prototípus, vannak a táblázatban megadott.
Így a javasolt módszer a növekvő gyémánt egykristályok előállítását teszi lehetővé kristályok súlya több mint 3 karátos alacsony lumineszcenciaintenzitás, nitrogéntartalmú szennyeződés nem több, mint 0,1 ppm, és a fémes zárványok nem több, mint 0,5 tömeg.%, At a növekedési ráta 2 tömeg mg / óra.
A kapott egykristályok gyémánt arra használják, hogy a gyémánt üllő nyomástartó edények a tanulmány az anyagtulajdonságokat Raman fényszórás.