HPHT производит синтетические алмазы. Часть 1

Природные алмазы обладают чрезвычайной твердостью и редкостью, сочетая в себе ювелирную и промышленную ценность. Но узкое место в мощности по производству природных алмазов не было преодолено до середины-20-го века с появлением «технологии высокой температуры и высокого давления (HPHT)», а оборудование HPHT является основной «материнской машиной» для воспроизведения основной среды Земли и массового производства синтетических алмазов.

 

HPHT означает технологию производства при высокой температуре и высоком давлении.

 

Часть первая: Основной принцип

Суть технологии HPHT, повторяющей «поле генерации алмазов» ядра Земли, заключается в воспроизведении естественных условий образования алмаза в искусственной полости и содействии превращению источника углерода в алмаз.

• Эталон естественного образования: Природные алмазы рождаются на глубине 150–200 километров в мантии, что требует высоких температур 1100–1500 градусов Цельсия и высокого давления 4,5–6 ГПа (приблизительно в 45 000–60 000 раз выше атмосферного давления). Атомы углерода располагаются в кубической решетке, образуя в этой среде алмазы.

• Основная логика термодинамики: фазовая диаграмма углерода показывает, что при высоком давлении и высокой температуре графит (обычная форма углерода) находится в метастабильном состоянии, а алмаз является стабильной фазой. Основная задача оборудования HPHT — точно построить эту «зону стабильности алмазов» и способствовать направленному преобразованию источников углерода (таких как графит).

 

 

Часть 2. Техническое ядро ​​-

Три основных направления использования HPHT-оборудования
Оборудование HPHT работает в экстремальных условиях благодаря «механическое давление+электрическое отопление«, а основной технологический маршрут имеет значительные различия в позиционировании из-за структурных различий.

 

1. Двухсторонняя прессовая машина: первая коммерциализированная основная сила.

• Структура: 2 наковальни из карбида вольфрама для относительного давления, резистивный нагрев металлических трубок.
• Функции: Простая структура, низкая стоимость, но неравномерное распределение давления, не позволяет производить крупные монокристаллы.
• Текущее позиционирование:В основном используется для производства небольших-изделий из алмазного микропорошка и поликристаллического алмаза (PCD).

 

2. Шестисторонний верхний пресс: абсолютное ядро ​​современной отрасли (во главе с Китаем)

• Структура: Шесть гидравлических цилиндров приводят в движение верхний молоток из карбида вольфрама, который сжимает среду кубического давления (Yelaishi) в шести направлениях, синхронно достигая высокого давления и равномерного нагрева.
• Основные преимущества: равномерное распределение давления, большой объем полости, подходит для промышленного массового производства (крупные монокристаллы ювелирного/инструментального качества).

 

Упрощенный рабочий процесс:

• а. Сборка: источник углерода (графит высокой-чистоты), металлический катализатор (железо/кобальт/никель), затравочный кристалл, встроенный в полость пирофиллита;
• б. Герметизация: шесть молотков синхронно выдвигаются вперед, создавая внутри камеры статическое давление воды 5-6 ГПа;
• в. Нагрев: электрод электризуется и нагревается до температуры выше 1400 градусов Цельсия, чтобы расплавить катализатор;
• д. Рост: катализатор растворяет графит и осаждает алмаз на затравочном кристалле;
• е. Кристаллизация: Готовый продукт удаляют после охлаждения и снижения давления.

 

3. Шаровой/многогранный-пресс-машина: специализирована для передовых-научных исследований.

• Структура: 8 или более блоков наковальни образуют сферическую поверхность и сжимают сферическую полость.
• Функции: Максимально равномерное статическое давление воды и высокая технологичность камеры, но стоимость оборудования чрезвычайно высока (десятки миллионов).
• Позиционирование: используется для передовых-исследований сверхтвердых материалов и специального синтеза алмазов (немассовое производство).

 

 

Во второй половине рассказа о методе и процессе производства синтетических алмазов HPHT, пожалуйста, продолжайте уделять внимание этому сайту. Спасибо за вашу поддержку.