HPHT produceert synthetische diamanten, deel 1

Natuurlijke diamanten hebben een extreme hardheid en schaarste, waardoor sieraden en industriële waarde worden gecombineerd. Maar het knelpunt van de natuurlijke diamantproductiecapaciteit werd pas in het midden-20e eeuw doorbroken met de opkomst van de 'hoge temperatuur en hoge druk (HPHT)-technologie' - en HPHT-apparatuur is de belangrijkste 'moedermachine' voor het repliceren van de kernomgeving van de aarde en de massaproductie van synthetische diamanten.

 

HPHT staat voor High Temperature and High Pressure Manufacturing Technology

 

Deel één: Kernprincipe

De essentie van de HPHT-technologie, die het ‘diamantgeneratieveld’ van de kern van de aarde repliceert, is het reproduceren van de natuurlijke vormingsomstandigheden van diamant in een kunstmatige holte en het bevorderen van de omzetting van koolstofbron in diamant.

• Benchmark voor natuurlijke vorming: Natuurlijke diamanten worden geboren op een diepte van 150-200 kilometer in de mantel, waarbij hoge temperaturen van 1100-1500 graden Celsius en hoge drukken van 4,5-6 GPa (ongeveer 45.000 tot 60.000 keer de atmosferische druk) nodig zijn. Koolstofatomen zijn gerangschikt in een kubisch rooster om in deze omgeving diamanten te vormen.

• Kernlogica van de thermodynamica: het koolstoffasediagram laat zien dat grafiet (veel voorkomende koolstofvorm) onder hoge druk en hoge temperatuur in een metastabiele toestand verkeert en dat diamant de stabiele fase is. De kernmissie van HPHT-apparatuur is het nauwkeurig construeren van deze "diamantstabiele zone" en het bevorderen van de directionele conversie van koolstofbronnen (zoals grafiet)

 

 

Deel 2: Technische kern -

Drie reguliere routes van HPHT-apparatuur
HPHT-apparatuur bereikt extreme omstandigheden door "mechanische drukverhoging+elektrische verwarming", en de reguliere technologieroute kent aanzienlijke positioneringsverschillen als gevolg van structurele verschillen.

 

1. Dubbelzijdige persmachine: vroege gecommercialiseerde hoofdmacht

• Structuur: 2 aambeeldblokken van wolfraamcarbide voor relatieve druk, weerstandsverwarming van metalen buizen.
• Functies: Eenvoudige structuur, lage kosten, maar ongelijkmatige drukverdeling, niet in staat grote enkele kristallen te produceren.
• Huidige positionering:Wordt voornamelijk gebruikt voor de productie van kleine- producten van diamantmicropoeder en polykristallijne diamant (PCD).

 

2. Zeszijdige toppersmachine: de absolute kern van de huidige industrie (geleid door China)

• Structuur: Zes hydraulische cilinders drijven de wolfraamcarbide tophamer aan, die het kubieke drukmedium (Yelaishi) vanuit zes richtingen perst, waardoor synchroon hoge druk en uniforme verwarming worden bereikt.
• Kernvoordelen: uniforme drukverdeling, groot caviteitsvolume, geschikt voor industriële massaproductie (grote enkele kristallen van edelsteen-/gereedschapskwaliteit).

 

Vereenvoudigde workflow:

• A. Samenstelling: koolstofbron (grafiet met hoge-zuiverheid), metaalkatalysator (ijzer/kobalt/nikkel), entkristal ingebed in pyrofyllietholte;
• B. Drukverhoging: Zes hamers worden synchroon naar voren geduwd en vormen een statische waterdruk van 5-6 GPa in de kamer;
• C. Verwarming: De elektrode wordt geëlektrificeerd en verwarmd tot boven 1400 graden C om de katalysator te smelten;
• D. Groei: De katalysator lost grafiet op en laat diamant neerslaan op het entkristal;
• e. Kristallisatie: Verwijder het eindproduct na afkoelen en verlagen van de druk.

 

3. Kloofbal-/multi{1}}persmachine: gespecialiseerd voor baanbrekend-geavanceerd wetenschappelijk onderzoek.

• Structuur: 8 of meer aambeeldblokken vormen een bolvormig oppervlak en drukken de bolvormige holte samen.
• Functies: De meest uniforme statische waterdruk en het sterke aanpassingsvermogen van de kamer, maar de apparatuurkosten zijn extreem hoog (in de tientallen miljoenen).
• Positionering: Gebruikt voor baanbrekend-onderzoek naar superharde materialen en speciale diamantsynthese (niet-massaproductie).

 

 

Voor de tweede helft van de informatie over de methode en het proces van HPHT-productie van synthetische diamanten, blijft u deze website in de gaten houden. Bedankt voor uw steun.