Các phương pháp tổng hợp kim cương

Định nghĩa của vật liệu tổng hợp là vật liệu được tạo ra trong một phòng thí nghiệm bằng cách sử dụng các thành phần cơ bản tương tự được tìm thấy trong các sản phẩm tự nhiên. Kim cương tổng hợp có các tính chất giống hệt nhau về vật lý, hóa học và tính chất quang học như của kim cương tự nhiên.

Mặc dù kim cương tổng hợp tái tạo đá quý tự nhiên, chúng phải được xác định và mở đầu với từ "tổng hợp", "nhân tạo", hoặc một số chỉ báo nguồn gốc.

Giản đồ trạng thái của cacbon

Giản đồ trạng thái của carbon

Các hình thức tổng hợp

Kim cương tổng hợp có thể được phát triển bằng nhiều kỹ thuật khác nhau. Theo Dr. R.J. Wedlake (De Beers Diamond Research Laboratory, Johannesburg), bao gồm:

1. Nuôi cấy trong một chất xúc tác tan chảy - HPHT

2. Tổng hợp bằng sóng xung kích – Phương pháp nổ

3. Chuyển đổi trực tiếp

4. Nuôi cấy từ các bon nóng chảy

5. Phương pháp bốc hơi ngưng tụ hoá học dưới áp suất thấp - CVD

Kim cương tổng hợp bằng kỹ thuật HPHT

Kim cương tổng hợp với nhiều màu sắc được tạo ra bằng kỹ thuật HPHT

Trong những năm 1940, các nghiên cứu có tính hệ thống đã được bắt đầu ở Mỹ, Thụy Điển và Nga để nuôi cấy kim cương theo quy trình CVD và HPHT. Việc tổng hợp tái tạo đầu tiên được công bố vào khoảng năm 1953. Hai quy trình sản xuất này vẫn chiếm ưu thế trong sản xuất kim cương tổng hợp.

Một phương pháp thứ 3 được biết đến như là phương pháp tổng hợp nổ, gia nhập thị trường kim cương trong những năm 1990. Ở phương pháp này, các hạt kim cương cỡ nanomet được tạo ra trong một vụ nổ của chất nổ có chứa cacbon.

Trong những năm gần đây, các trung tâm nghiên cứu vật liệu nổi tiếng của Mỹ, Châu Âu và Nhật Bản đã nghiên cứu phương pháp chuyển đổi trực tiếp Cac-bon tinh khiết thành kim cương trong điều kiện nhiệt độ và áp suất cực cao.

Synthetic nano-polycrystalline diamond

Các đặc tính của kim cương tổng hợp phụ thuộc vào thủ thuật công nghệ của quá trình sản xuất, nó có thể kém đi hoặc tốt hơn so với kim cương tự nhiên, độ cứng, độ dẫn nhiệt và tính linh động điện tử được tăng thêm trong một số viên kim cương tổng hợp (hoặc HPHT hoặc CVD).

Do đó, kim cương tổng hợp được sử dụng rộng rãi trong đá mài, công cụ cắt và đánh bóng và bộ tản nhiệt. Các ứng dụng điện tử của kim cương tổng hợp đang được phát triển, bao gồm các thiết bị chuyển mạch công suất lớn tại các nhà máy điện, các transistor trường tần số cao và các điốt phát quang. Đầu dò tia cực tím hoặc các hạt năng lượng cao bằng kim cương tổng hợp được sử dụng ở các thiết bị nghiên cứu năng lượng cao và đã được thương mại hóa. Vì sự kết hợp độc đáo giữa sự ổn định nhiệt và hóa chất, giãn nở nhiệt thấp và độ trong suốt quang học cao trong một phạm vi quang phổ rộng, kim cương tổng hợp đang trở thành vật liệu phổ biến nhất cho các cửa sổ quang học laser CO2 công suất cao và gyrotrons.

Cả hai loại kim cương CVD và HPHT có thể cắt thành đá quý và có thể sản xuất nhiều loại màu: Trắng trong, vàng, nâu, xanh da trời, xanh đậm, và mầu cam. Sự xuất hiện của đá quý tổng hợp trên thị trường tạo ra mối quan tâm lớn trong các doanh nghiệp kinh doanh kim cương, dẫn đến việc các thiết bị quang phổ và kỹ thuật đặc biệt đã được phát triển để phân biệt kim cương nhân tạo và kim cương tự nhiên.

Tìm kiếm

Mới Cập Nhật