Белорусский государственный университет

Географический факультет

Кафедра Динамической геологии

Реферат

Технология производства синтетических алмазов

Подготовила студентка 1 курса 8 группы

Гружевская Елизавета

1. Понятия алмаз и синтетический алмаз

Алмаз является самым твердым минералом (твердость 10 по минералогической шкале; плотность 3,5 г/см3) с высоким показателем преломления 2,417. Кроме того, алмаз  – полупроводник. На воздухе алмаз сгорает при 850С с образованием СО2; в вакууме при температуре свыше 1500С переходит в графит. Свойства алмаза резко меняются в зависимости от наличия (тип I) или отсутствия (тип II) примеси азота.

Для типа I  характерно аномальное двупреломление, низкая фотопроводимость, отсутствие электропроводности, поглощение в инфракрасном (между 8-10 мкм) и ультрафиолетовом (от 3300 А) диапазонах, высокая теплопроводность.

Безазотные алмазы (тип II) практически изотропны, с высокой фотопроводностью, не поглощают инфракрасное излучение и прозрачны в ультрафиолетовом (до 2200 А), обладают чрезвычайно высокой теплопроводностью. Рентгеновская дифракция выявляет в первом типе дополнительные линии, свидетельствующие о «дефектности» кристаллической структуры.

Трудно представить, что самый твердый из известных природных материалов является одной из полиморфных (отличающихся расположением атомов в кристаллической решетке) модификаций углерода, другая модификация которого — графит, мягкое вещество, использующееся в качестве смазки и грифелей для карандашей. В алмазе, имеющем кубическую структуру, каждый атом углерода окружен четырьмя такими же атомами, которые образуют правильную четырехгранную пирамиду. Графит же имеет слоистую структуру, в которой прочные связи между атомами углерода существуют только внутри слоя, где атомы образуют гексагональную сетку.

Синтетические алмазы (также известные как  алмазы, созданные в лаборатории или  лабораторно выращенные алмазы) — это алмазы, получаемые в результате искусственного процесса, в отличие от натуральных алмазов, создаваемых в результате геологических процессов. Синтетические алмазы также широко известны под именами HPHT-алмазы или CVD-алмазы, названные так в честь двух популярных методов производства синтетических алмазов. HPHT расшифровывается как ''высокие давление и температура (high-pressure high-temperature), а CVD — химическое осаждение из пара (chemical vapor deposition,CVD-процесс).

Термин синтетические  считается недостаточно удачным. Федеральная торговая комиссия США предложила альтернативные термины:  выращенные в лаборатории, созданные в лаборатории, и созданные [название_производителя]. По их словам, эти термины "будут точнее выражать происхождение камня", так как термин синтетические обычно ассоциируется у потребителей с продуктами, имитирующими оригинал, тогда как произведенные искусственно алмазы являются аутентичными (т.е. чистым углеродом, кристаллизованным в трехмерной изотропической форме).

Синтезом алмазов занимались многие ученые. Ведущая роль принадлежит советскому физику О.Л. Лейпунскому, который в 1938 г. провел теоретический анализ условий образования алмаза из графита и определил области стабильного существования алмаза. В результате им была изучена диаграмма состояния алмаз — графит, которая явилась основой для научного решения проблемы создания синтетических алмазов.

Развитие исследований по сечению аппаратов высокого давления, необходимых для синтеза алмазов, связано с именем пионера исследований в области высоких давлений профессора Гарвардского университета П.У. Бриджмена. Бриджмен быстро понял, что одно только высокое давление не способно превратить графит в алмаз. Согласно теории, алмаз представляет собой стабильную кристаллическую форму углерода уже при давлениях примерно 20 000 атм., но при давлениях в 425 000 атм. при комнатной температуре и 70 000 атм. при температуре красного каления превращения графита в алмаз не происходило. В то же время алмаз при нормальном атмосферном давлении ведет себя как вполне стабильная фаза.

Превращение алмаза в графит может быть осуществлено при нагреве примерно до 1500С, и это позволило предположить, что для обратного превращения при высоких давлениях необходимы температуры того же порядка.

Человеком, которому посчастливилось первому осуществить синтез алмаза, был Трейси Холл. Холл пришел в лаборатории «Дженерал Электрик» в 1948 и с 1951 г. стал членом небольшой исследовательской группы, занимающейся «Проектом сверхдавления», под таким названием были закодированы работы по синтезу алмаза. Холл разработал эскизный проект системы, впоследствии названной «Халфбелт». Это был только первый шаг к успеху, но он наметил путь к новой, ставшей знаменитой конструкции «белт». Ученые фирмы "Дженерал Электрик Кo" создали искусственные алмазы размером около 0,8 мм. 16 декабря 1954 г. пришел первый успех. Эксперимент по получению синтетических алмазов был проведен при давлении 70 000 атм. и температуре 1600С, с использованием графита и троилита (FeS).