Можно ли из алмаза получить графит

Как получить алмаз из графита?

Примерно 97 % алмазов, которые используются в промышленности — синтетические. Давайте разберём как их получают! Технологией производства синтетических алмазов владеют всего около десятка компаний во всем мире.

История

Желание синтезировать алмаз появилось у людей в конце XVIII века сразу, когда стало ясно, что от графита он отличается лишь кристаллической решёткой. С конца XIX века ученые предпринимали попытки превратить дешевые и доступные формы углерода (уголь или графит) в алмаз. Однако на практике, разрушить структуру алмаза оказалось легче, чем сформировать. Многие учёные сообщали миру о достигнутом успехе, однако реальных свидетельств не было. Первый искусственный алмаз, предъявленный миру, был получен в 1954 году в лаборатории компании General Electric.

Компания GE вдохновилась естественными процессами образования алмазов. По догадкам учёных, натуральные алмазы образуются при температуре 1300°С и давлении 50 000 атм. на глубине около двухсот километров под поверхностью Земли в толще мантии планеты. на глубине сотен. Лампроиты, кимберлиты и другие магматические породы выносят кристаллы на поверхность Земли.

Технология, имитирующая такие условия, называется HPHT (High Pressure High Temperature — высокое давление, высокая температура). Именно она была взята за основу при получении недорогих технических алмазов и алмазного порошка.

Как выращивают алмазы сегодня

На сегодняшний день существует множество технологий по производству алмазов, однако промышленность использует для этих целей преимущественно одну из двух технологий — это вышеупомянутая технология HPHT и технология CVD.

HPHT

Выращивание алмазов производится при высокой температуре (около 1500 °C, с нужным градиентом) и высоком давлении (50−70 тыс. атм.). В данном методе используются затравочные кристаллы алмаза (до 0,5 миллиметров в диаметре), которые кладут на пласт из графита. Сначала располагается основа с затравкой, потом идет сплав металла (железо, никель, кобальт и др.), который является катализатором, затем прессованный графит. Гидравлический пресс обжимает специальный контейнер со всеми вышеперечисленными компонентами. Сквозь камеру протекает электрический ток, разогревающий расплав до нужной температуры. Под воздействием температур и давления ковалентные пи-связи графита преобразуются в сигма-связи алмаза. Металл в процессе плавится, и графит оседает на затравку. На подложке может находится одна или несколько затравок, поэтому синтез продолжается от 4 до 13 дней, все зависит от требуемых размеров камня. — небольших кристаллов алмаза.

Иллюстрация с сайта https://habr.com/ru/company/dronk/blog/393875/

CVD

Синтез CVD-алмазов (Chemical Vapor Deposition, осаждение из газовой фазы). Второе название процедуры — пленочный синтез. Технология более старая и проверенная, чем HPHT-производство. С помощью этой технологии производятся промышленные алмазы, например для лезвий в микрохирургии. Алмазная затравка помещается на подложку в специальной камере. С помощью СВЧ-излучения углеводородный газ разогревается до высоких температур (~3000°С ), образуется ионизированный газ. Углерод, который был в газе, оседает на подложку, нагретую до температуры 600−700°С. Синтетический алмаз, созданный по этой технологии, получается более чистым, без примесей азота, однако он имеет ограниченное применение в электронике и оптике. Скорость роста — от 0,1 до 100 мкм/ч. Толщина пластин обычно ограничена 2−3 мм, поэтому вырезанные из нее алмазы можно использовать в качестве ювелирных, но их размер, как правило, не превышает 1 карата.

Иллюстрация с сайта https://habr.com/ru/company/dronk/blog/393875/

Детонационный метод синтеза

Методы взрывного синтеза алмазов основаны на кратковременном воздействии высоких давлений и температур на углеродсодержащий материал (графит, уголь, кокс) и с быстрым последующим охлаждением образовавшейся алмаза, чтобы он не перешёл в более стабильную форму — графит. Для этого используются взрывчатые вещества. Таким способом получают алмазные нанокристаллы диаметром 5 нм.

Бриллиант — это ограненный алмаз

Чем различаются природные и синтетические алмазы?

Одно из существенных отличий природных алмазов — дефекты кристаллической решетки, которые придают камням окраску. Например, желтый — последствие вкраплений атомов азота, коричневый и розовый оттенок камня — последствия искривления кристаллической решетки. При этом, управляя процессом создания, в искусственных алмазах можно добиться кристаллической решетки, близкой к идеальной, а чистота содержания углерода в них может доходить до 99,999%.

Чем отличается алмаз от графита можно узнать в этой статье.

Уважаемый читатель, очень рад что ты дочитал статью, Спасибо! Надеюсь тебе понравилось. Оценивай статью и пиши комментарии 🙂

Источник

Как самому сделать алмаз и возможно ли это в домашних условиях — лучшие способы

Вопрос, как сделать алмаз своими руками, минуя многовековые природные процессы, приходил в голову тысячам людей. Первым ответ нашел советский физик, положивший начало процессу. Есть способы получения камня дома.

Первые искусственные алмазы

Выращивание алмазов осуществляется с 1953 г. Первой производство синтетических кристаллов наладила Швеция. В СССР разработки велись с 1938 г. ученым Лейпунским, внесшим основной вклад в определение нужных условий, чтобы сделать из графита дорогой самоцвет.

Первый советский лабораторный камень был получен в 1961-м.

Далее много стран (Бельгия, США, Англия, Япония и др.) наладили производство искусственных алмазов. Для этого использовались иные методы:

• осаждение из газовой среды (ацетилен, метан, т. е. углеводороды);
• детонация взрывчатки;
• высокое давление, высокая температура (HPHT);
• ультразвуковая кавитация.

Можно ли из графита получить алмаз

300 лет назад уголь, графит и алмаз и относились к совершенно разным веществам. В 17-м веке появились первые исследования, подтверждающие родство непохожих друг на друга предметов.

В Англии Теннант, занимавшийся химией, смог сделать опыт, выявивший, что все они состоят из углерода. Действительно, внешне ни о каком сходстве не может быть и речи.

1. Темно-серый, блестящий, ближе к пастообразному, чем к твердому, состоящий из скользящих друг по другу чешуек — таков графит. Его твердость по шкале Мооса равна 2 баллам, где за 1 принят тальк. Применяется как смазка между скользящими друг по другу поверхностями и при изготовлении карандашей. Проводит ток.
2. Уголь черный, на изломе может блестеть. Абсолютно непрозрачен. Твердость от 2 до 5 баллов из-за примесей кислорода и азота, вступающих в реакцию с углеродом, позволяющих сделать структуру более плотной.
3. Алмазы — это эталон твердости среди камней, 10 из 10. Они прозрачны, применяются для резки стекла. Не проводят ток.

В 20-м веке проводилось много опытов, с помощью которых предполагалось сделать самоцвет из графита или угля.

В 1955 году эксперимент увенчался успехом — путем воздействия температуры и давления слоистая кристаллическая решетка графита перестроилась до тетраэдрической алмазной.

Условия превращения графита в алмаз:

• температура 1800 °С;
• давление в 120 тысяч атмосфер.

Современные методы синтеза алмазов из графита

Искусственный алмаз можно сделать из богатых углеродом веществ (сажи, графита, сахарного угля и др.) при высоком давлении (более 50 тысяч атмосфер) и температуре выше 1200 °С с добавлением катализаторов. Кристаллы нарастают в метане.

Выпускаемые синтетические камни отличаются по прочности:

• АСО — обычной прочности;
• АСР — повышенной прочности;
• АСВ — высокой прочности;
• АСК и АСС — алмазы монокристаллические.

Сделать синтетический алмаз из графита можно путем соблюдения этапов сложного технологического процесса.

1. Вначале в специальной камере создаются нужные условия для роста кристаллов. Каждый алмаз растет индивидуально. Одна лаборатория способна вырастить не более 200-300 алмазов в год.
2. После выращивания камню придают цвет. Окраска лабораторного алмаза медово-желтая из-за азота. Для получения желтого, розового, зеленого, красного оттенка применяются технологии постростовой термобарической обработки (HPHT) — дополнительный отжиг минерала при высоких температурах и давлениях.

Самостоятельное получение алмаза из графита

Есть 2 основных способа, позволяющих вырастить довольно крупный алмаз в домашних условиях.

1-й способ

Чтобы своими руками быстро сделать алмаз из графита, потребуется:

• источник тока, к примеру, сварочный аппарат;
• графит из карандаша;
• провод;
• холодная вода или жидкий азот.

Суть процесса такова:

• графит нужно соединить с проводом и опустить в емкость;
• конструкцию нужно сильно охладить, сделать это можно жидким азотом либо путем замораживания в морозильной камере;
• после охлаждения подать ток к проводу.

После прохождения электрического заряда графит преобразуется в алмаз. Нужно соблюдать меры предосторожности при работе с электроприборами. При пропускании тока емкость может представлять опасность.

По теме видеоролик:

2-й способ

Настоящий алмаз можно сделать из графита более безопасным способом. Для него необходимы:

• дистиллированная вода (40 мл);
• поваренная соль (100 гр.);
• грифель из карандаша (12 гр.);
• прочная нить.

Вначале нужно смешать сухие компоненты, затем залить дистиллятом и оставить на сутки. Далее образовавшийся раствор сливается в другую емкость, лучше — с узким горлом, но не выливается совсем, он еще пригодится.

На дне тары обнаруживаются кристаллы — основа будущего камня. Самый крупный привязывается к одному концу нити и опускается в слитый раствор. Второй конец привязывается на зубочистку, карандаш или любую деревянную палочку, расположенную сверху посуды с раствором.

При испарении воды на кристаллической основе будут оседать новые составляющие будущего камня. Если раствора много, то можно сделать несколько точек наращивания самоцвета одновременно. Для получения крупного камня раствор готовится повторно. Новая порция подливается по мере испарения предыдущей.

Для повторного получения жидкости можно растворить в теплой воде маленькие кристаллы, образовавшиеся на дне тары.

Чтобы сделать минерал успешно, нужно соблюдать условия:

• в комнате не должно быть перепадов температур;
• следить за уровнем жидкости — растущий камень не должен оказаться на воздухе.

Смотрите как на практике можно самому вырастить кристалл:

Можно ли из угля получить алмаз

Вырастить бриллиант в домашних условиях из угля вполне реально. Для этого будут нужны:

• термостойкая колба или стакан на 2-3 литра;
• колба поменьше;
• пестик и ступка;
• древесный уголь, можно магазинный;
• затравка в виде натурального кристалла алмаза;
• бумажные фильтры.

Для отслеживания процесса пригодится микроскоп, но и без него осуществится рост самоцвета. Этапы выращивания:

1. Измельчение древесного угля в ступке при помощи пестика. Подойдут мелкие кусочки размером 3-5 мм.
2. Полученная масса засыпается в термостойкую емкость, заливается дистиллированной водой так, чтобы полностью скрыться. Целиком заполнять тару нельзя — жидкость убежит при нагревании.
3. Емкость ставится на очень медленный огонь. По мере выкипания вода подливается. Этот этап может занимать от нескольких часов до нескольких дней.
4. Получаемый желтый, насыщенный углеродом раствор пропускается через бумажные фильтры, наливается в маленькую пробирку и снова выпаривается. Это повторяется 3-4 раза. Цвет жидкости становится густо-желтым.
5. Через 2-3 дня маленькая пробирка с полученным раствором ставится в теплое место. В нее опускается маленький кристалл алмаза, на котором начинается рост углеродных решеток. При испарении нужно подливать новый раствор — будущий бриллиант не должен контактировать с воздухом.

Процесс идет очень медленно — за год нарастает 0,01 карата. Поэтому чем больше кристалл для затравки, тем скорее пойдет рост.

Наука не стоит на месте. Разработанная технология LifeGem позволяет получить бриллианты даже из человеческих останков путем их нагревания и дальнейшего прессования.

В дополнение к теме видео, как происходит процесс изготовления алмаза из стекла:

Сделать алмаз своими руками и без существенных затрат — это реально. Полученные камни можно использовать для создания декора, украшения интерьера. Главное, что нужно при выращивании самоцвета, — это терпение.

Хотите сделать алмаз сами? Имеете опыт выращивания? Расскажите в комментариях. Поделитесь информацией с друзьями и знакомыми — она будет им интересна.

Источник

Алмаз и графит. И то, и другое — углерод. Можно ли из графита сделать алмаз и наоборот?))

Ryuu Nightingale Мастер (2224) 9 лет назад

Синтез

Изображение синтетических алмазов, полученное на растровом электронном микроскопе

В 1961 году появились первые публикации фирмы «DuPont» о реализации идей получения алмаза путём прямого фазового перехода из графита. Синтез производился с использованием энергии взрыва [12], или непосредственно из продуктов взрыва некоторых взрывчаток, с отрицательным кислородным балансом (работы Шабалина) , особенно удобен для получения алмазов троти́л. Это наиболее дешёвый способ получения алмазов, однако, «взрывные алмазы» очень маленькие и пригодны лишь для абразивов и напылений.

В настоящее время существует крупное промышленное производство синтетических алмазов, которое обеспечивает потребности в абразивных материалах. Для синтеза используется несколько способов. Один из них состоит в подготовке высокоуглеродистого сплава никель-марганец и его охлаждении под давлением в формах из твёрдого сплава (типа ВК) . Выкристаллизовавшиеся мелкие алмазы отделяют после растворения металлической матрицы в смеси кислот.

Современные способы получения алмазов используют [13] газовую среду, состоящую из 95 % водорода и 5 % углесодержащего газа (пропана, ацетилена) , а также высокочастотную плазму, сконцентрированную на подложке, где образуется сам алмаз (CVD). Температура газа от 700-850 °C при давлении в тридцать раз меньше атмосферного. В зависимости от технологии синтеза, скорость роста алмазов от 7 до 180 мкм/час на подложке. При этом алмаз осаждается на подложке из металла или керамики при условиях, которые в общем стабилизируют не алмазную (sp3) а графитную (sp2) форму углерода. Стабилизация алмаза объясняется в первую очередь кинематическими процессами на поверхности подложки. Принципиальным условием для осаждения алмаза является возможности подложки образовывать стабильные карбиды (в том числе и при температурах осаждения алмаза: между 700°C и 900°C). Так например осаждение алмаза возможно на подложках из Si, W, Cr и не возможно (на прямую, либо только с промежуточными слоями) на подложках из Fe, Co, Ni.

ОхО Просветленный (25522) 9 лет назад

Превращение алмаза в графит может быть осуществлено при нагреве примерно до 1500oС, 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 лабораторию «Дженерал электрик» в 1948 г. и с 1951 г. стал членом небольшой исследовательской группы, занимающейся «Проектом сверхдавления», как были закодированы работы по синтезу алмаза. Хотя Холл был химиком, он понял, что главное препятствие на пути успешного решения проблемы синтеза алмаза — отсутствие оборудования высокого давления, и разработал эскизный проект системы, впоследствии названной «халфбелт». Это был только первый шаг к успеху, но он наметил путь к новой, ставшей знаменитой конструкции «белт».

16 декабря 1954 г. пришел первый успех. Холл позднее писал: «Руки мои тряслись, учащенно билось сердце, я ощутил слабость в коленях и вынужден был сесть. Мои глаза поймали сверкнувший свет от дюжин мелких треугольных граней октаэдрических кристаллов.. . и я понял, что наконец-то алмазы сделаны человеком». Этот эксперимент был выполнен при давлении 70 000 атм и температуре 1600oС с использованием графита и троилита (FeS). Алмазы прилипли к танталовому диску, который используется для подводки электрического тока при нагреве образца.

Источник