Nuôi cấy kim cương bằng phương pháp HPHT

Ở sâu trong lòng trái đất, sự kết tinh các nguyên tử cacbon thành kim cương diễn ra ở áp suất rất cao (70.000kg/cm2) và nhiệt độ gần 2000oC.

Quá trình tổng hợp kim cương từ carbon có thể được coi như là một quá trình ba giai đoạn:

Quá trình tổng hợp kim cương từ carbon

Graphite dưới nhiệt độ và áp suất rất cao có thể được chuyển đổi trực tiếp thành kim cương chỉ trong vòng vài phút, trong khi đó phải mất ít nhất 3 ngày để nuôi cấy1carat tinh thể kim cương tổng hợp có chất lượng đá quý.

Graphite có mật độ 2,27g/cc, trong khi kim cương là 3,52g/cc. Do đó cho than chì cùng một đơn vị trọng lượng sẽ chiếm thể tích nhiều hơn. Khi graphite được chuyển đổi thành kim cương có một sự hao hụt về thể tích dẫn đến việc giảm áp lực mà cuối cùng làm giảm tốc độ tăng trưởng dẫn đến hạt kim cương có kích thước nhỏ.

Graphite thường xuyên được sử dụng như nguyên liệu ban đầu để sản xuất kim cương nhỏ tổng hợp. Sau nhiều năm nghiên cứu, các nhà khoa học đi đến kết luận rằng khi dùng hạt kim cương tổng hợp thay thế cho than chì để sử dụng như nguồn nguyên liệu, ta có thể sản xuất những viên kim cương đá quý chất lượng cao.

HPHT là phương pháp nuôi cấy kim cương theo nguyên lý mô phỏng điều kiện hình thành kim cương ở độ sâu 150 – 200km trong lòng trái đất. Có nhiều phương pháp HPHT đã được phát triển. Hai hệ thống phổ biến nhất là hệ thống BELL và hệ thống BARS.

Khoa học cục bộ đã trở thành một công nghệ, trong đó nhiều quá trình được chặt chẽ giữ bí mật. Cả hai phương pháp sử dụng một nhân phản ứng trong đó những viên kim cương được nuôi trồng. Nhân phản ứng này được đặt trong một môi trường có áp suất và nhiệt độ cực cao. Bên trong các nhân phản ứng có một nguồn carbon, cũng như một số tinh thể mầm mà carbon lắng đọng và phát triển trong quá trình này.

Máy ép thuỷ lực sử dụng cho phương pháp BELL

Máy ép thuỷ lực sử dụng cho phương pháp BELL

Sơ đồ nguyên lý nuôi cấy kim cương - kiểu BELL

Sơ đồ nguyên lý nuôi cấy kim cương-Kiểu BELL

Bất kỳ thiết bị HPHT được sử dụng cho việc tạo ra các tinh thể kim cương tổng hợp cần phải có sự điều khiển một số lượng lớn các thông số quá trình để đạt được viên kim cương đủ lớn với chất lượng cao. Tốc độ tăng trưởng viên kim cương được điều chỉnh chậm là điều cần thiết, với một khoảng thời gian ổn định lâu dài, gần đến điểm bão hòa.

Thiết bị nuôi cấy kim cương không cần dùng máy ép, kiểu BARS

Thiết bị nuôi cấy kim cương không cần dùng máy ép, kiểu BARS

Sơ đồ nguyên lý thiết bị BARS

Sơ đồ nguyên lý thiết bị BARS

Tìm kiếm

Mới Cập Nhật