Lịch sử hình thành kim cương tổng hợp

Từ sau năm 1797 người ta phát hiện ra rằng kim cương là cacbon nguyên chất, và đã có rất nhiều cố gắng để biến các dạng cacbon rẻ tiền thành kim cương. Thành công đầu tiên được James Ballantyne Hannay loan báo vào năm 1879 và Ferdinand Frédéric Henri Moissan vào năm 1893. Phương pháp của họ là đốt nóng than đá với sắt bên trong khối cacbon lập phương ở trong lò nung đến nhiệt độ 3500 °C. Trong khi Hannay sử dụng một ống lửa nung nóng, Moissan áp dụng lò hồ quang điện mới được phát triển của mình, trong đó một hồ quang điện xảy ra giữa thanh carbon bên trong khối đá vôi. Sắt nóng chảy sau đó nhanh chóng được làm lạnh bằng cách ngâm trong nước. Sự co bóp tạo ra bởi làm nguội được cho là tạo ra áp lực cao cần thiết để biến đổi than chì thành kim cương. Moissan đăng tải công việc của mình trong một loạt các bài viết trong những năm 1890.

Nhiều nhà khoa học khác đã cố gắng để nhân rộng các thí nghiệm của ông. William Crookes tuyên bố thành công vào năm 1909. Otto Ruff tuyên bố vào năm 1917 đã sản xuất kim cương đường kính lên đến 7 mm, nhưng sau đó đã rút lại tuyên bố của ông. Trong năm1926, Tiến sĩ Willard Hershey McPherson nhân rộng thí nghiệm của Moissan và Ruff, và sản xuất một viên kim cương tổng hợp, đó là mẫu vật được trưng bày tại Bảo tàng McPherson ở Kansas. Mặc dù Moissan, Ruff, và Hershe đã công bố, thí nghiệm khác như vậy đã không thể tạo lại được sự tổng hợp của họ.

Những nỗ lực nhân rộng bài bản nhất đã được thực hiện bởi Charles Algernon Parsons. Một nhà khoa học nổi tiếng và là kỹ sư được biết đến với phát minh của mình với tuabin hơi nước, ông đã dành khoảng 40 năm (1882-1922) và một phần đáng kể tài sản của ông cố gắng tái tạo các thí nghiệm của Moissan và Hannay, nhưng đồng thời cũng tạo ra quá trình thích ứng của riêng mình. Parsons đã được biết đến với cách tiếp cận sửa chữa chính xác và phương pháp lưu trữ ghi chép, tất cả các mẫu kết quả của mình được bảo quản để phân tích thêm bởi một bên độc lập. Ông đã viết ra một số điều khoản, một trong những điều đầu tiên về kim cương HPHT, trong đó ông tuyên bố đã sản xuất những viên kim cương nhỏ. Tuy nhiên, vào năm 1928, ông được ủy quyền của tiến sĩ C.H.Desch để xuất bản một bài báo, trong đó ông khẳng định niềm tin của ông rằng không có kim cương nhân tạo (bao gồm cả những người của Moissan và những người khác) đã được sản xuất cho đến ngày đó. Ông gợi ý rằng hầu hết các viên kim cương đã được sản xuất đến thời điểm đó giống như spinel tổng hợp.

Dự án kim cương của GENERAL ELECTRIC (GE)

Máy ép kiểu vành đai do KOBELCO sản xuất

Máy ép kiểu vành đai do KOBELCO sản xuất

Vào năm 1941, một thỏa thuận giữa General Electric (GE), Norton và công ty Carborundum về phát triển sản xuất kim cương tổng hợp đã được ký kết. Họ có khả năng đốt nóng cac bon lên đến khoảng 3000 °C dưới áp suất 3.5 Gpa trong một vài giây. Ngay sau đó, chiến tranh thế giới lần thứ 2 đã làm ngắt quãng dự án. Dự án được khôi phục lại vào năm 1951 ở phòng thí nghiệm Schenectady của GE và một nhóm kim cương áp suất cao được hình thành với F.P. Bundy và H.M. Strong. Tracy Hall và một số đối tác đã tham gia liên kết ngay sau đó.

Nhóm Schenectady đã cải thiện những khối đe do Percy Bridgman, người được giải thưởng Noben năm 1946, thiết kế. Bundy và Strong đã tạo nên những cải thiện đầu tiên, sau đó do Hall chế tạo, Nhóm của GE đã sử dụng các khối đe bằng các-bít vôn-phơ-ram (WC) với một máy ép thủy lực để ép chặt mẫu các bon trong một hộp chứa bằng catlinite, lớp hạt mịn phủ bên ngoài hộp chứa bị ép ra ngoài tạo nên một miếng đệm. Nhóm đã ghi nhận kim cương tổng hợp một lần, nhưng thí nghiệm không thể tái thực hiện do các điều kiện tổng hợp không chắc chắn và cho thấy cần sử dụng một viên kim cương tự nhiên như một hạt mầm.

Hall đã lần đầu tiên đạt được việc tổng hợp kim cương thương mại vào 16/12/1954 và đã công bố vào 15/2/1955. Bước đột phá của ông là đã sử dụng một máy ép kiểu "vành đai" có khả năng tạo ra áp lực trên 10 GPa và nhiệt độ trên 2000 ° C. Máy ép kiểu "vành đai" sử dụng một "nhân phản ứng" chứa trong hộp bằng pyrophyllite trong đó graphite được hòa tan với niken, coban, hoặc sắt ở trạng thái nóng chảy. Những kim loại hoạt động như một "chất xúc tác tan chảy", hòa tan carbon và tăng tốc độ chuyển đổi carbon thành kim cương. Viên kim cương lớn nhất ông đã sản xuất có kích thước ngang 0,15 mm, nó quá nhỏ và nhìn không hoàn hảo để làm đồ trang sức, nhưng có thể sử dụng trong công nghiệp mài. đồng nghiệp của Hall có khả năng nhân rộng công việc của ông ta, và phát hiện này đã được đăng tải trên trang chính của tạp chí Nature. Ông là người đầu tiên phát triển một viên kim cương tổng hợp với một quá trình tái sản xuất, kiểm chứng và hoàn chỉnh tài liệu. Ông rời GE vào năm 1955, và ba năm sau đó phát triển một thiết bị mới cho sự tổng hợp kim cương – một máy ép tứ diện với bốn đe để tránh vi phạm của Mỹ. Sở Thương mại đã giữ bí mật các ứng dụng bằng sáng chế của GE . Hall nhận được giải thưởng của Hiệp hội Hóa học Mỹ cho phát minh sáng tạo của mình về kim cương tổng hợp.

 

Tìm kiếm

Mới Cập Nhật