روش های ساخت الماس مصنوعی
انواع معادن الماس
الماس در اعماق زمین‌شکل گرفته و به وسیله سنگ‌های آتشفشانی به نام کیمبرلایت و لمپورایت به سطح می‌رسد، البته در بسیاری از اینسنگ‌های آتشفشانی الماس وجود ندارد یا بهره‌برداری از آنها مقرون به صرفه و اقتصادینیست.
اگر الماس درون این سنگها و در محل اولیه به سطح رسیدن یافت شود به این نوع معادنprimary یا اولیه می‌گویند، گاهی اوقات فشارهای محیطی و هوازدگی باعثشکسته‌شدن سطح کیمبرلایت و لمپورایت می‌شوند، سپس الماسهای موجود به وسیله جریان آبشسته و وارد جریان رودخانه می‌شوند و در محل‌های خاصی از کناره رودخانه‌ها انباشتهمی‌شوند یا با جریان آب به دریا می‌رسند. به این نوع معادن ” ثانویه” می‌گویند. کیفیت ۹۵ درصد الماسهای این معدن‌ها مرغوب است . در حالیکه کیفیت کمتر از ۵۰ درصدالماس‌های استحصال شده از معدن‌های ” اولیه ” مرغوب است. الماس یکی از سنگ‌های قیمتی و یکی از آلوتروپهای کربن است که در فشارهای بالا پایدار است. آلوتروپ دیگر کربن گرافیت نام دارد.الماس در حالت پایدار دارای ساختار بلندروی (مکعبی) است. الماس ساختار منشوری نیز دارد که این ساختار بصورت شبه‌پایدار در طبیعت به صورت کانی لونسدالنیت وجود دارد.
الماس‌ها از کربن تشکیل می‌شوند- کربن کاملا سازمان‌یافته.
بر اساس تحقیق جدیدی که در نشریه Nature منتشر شده است، دانشمندان حدس می‌زنند الماس‌ها درون کره زمین از یک تا سه میلیارد سال قبل تولید شده‌امند.
آنها فکر می‌کنندکه دستورالعمل ساخته‌شدن الماس این‌گونه است:
1.دی‌اکسید کربن را در 180 کیلومتری عمق زمین دفن کنید.
2.آن را تا بیش از 1200 درجه حرارت دهید.
3. آن را زیر فشار بیش از 50000 کیلوگرم نیرو بر سانتی‌متر مربع قرار دهید.
4.به سرعت آن را به سطح زمین بیاورید تا به سرعت سرد شود.
بیشتر از هشتاد درصد از الماس های معدنی طبیعی به مصارف صنعتی از قبیل ابزارهای برش یا مواد ساینده برای تراشکاری و پرداخت دیگر سنگ های قیمتی، فلزات، گرانیت و شیشه می رسند.
الماس خواص نیمه رسانایی بسیار بالایی نیز دارد. امروزه نیمه رساناهای زیادی مانند سیلیکون در گستره وسیعی از دستگاه های الکترونیکی به کار می روند، اما الماس با توجه به دامنه تغییرات حرارتی و سرعت فوق العاده بیشترش، تنها در مقایسه با خلاء است که عنوان دومین نیمه رسانای برتر جهان را به خود اختصاص می‌دهد.
این دانه متبلور کربن سخت ترین ماده جهان است و به مانند تفلون در مجاورت هوا، روانی طبیعی فوق العاده ای دارد. به دلیل این خواص و منحصر به فرد و البته جنبه بسیار ارزشمند تزئینی آن، محققان شروع به آزمایش تولید الماس در شرایط آزمایشگاهی کردند.
انواع الماس
- الماس طبیعی:
هنوز اساسا تنها منبع جواهرات بوده و بالاترین قیمت را دارد.
- الماس سنتزی فشار بالا:
سهم گسترده‌ای از بازار صنعت را در اختیار داشته و به عنوان ساینده و ابزار برشی و ماشینکاری به کار می‌رود.
- الماس سی‌وی‌دی (CVD)
پتانسیل‌های زیادی برای کاربرد در صنعت دارد ولی هنوز به صورت آزمایشگاهی تولید می‌شود. انباشت به روش تبخیر شیمیایی یا رسوب شیمیایی فاز
بخار (Chemical vapor deposition) که به اختصار CVD نامیده می‌شود، یکی از روش‌های شیمیایی است که در تولید لایه‌های بسیار خالص میکروبلورین در فناوری نیم رساناها به کار می‌رود.
- کربن شبه-الماس (DLC)
به تازگی تولید شده، اما دارای کاربردهایی در زمینه ابزار نوری دقیق است. کربن شبه الماس از جدیدترین ساختارهای کربنی و دارای خواص و کاربردهای شگرفی در زمینه های شیمی، پزشکی، فیزیک و مهندسی ست. از جمله خواص بارز آن سختی این نانو ساختار است که حتی از الماس نیز بیشتر بوده و بدین جهت توجه بسیاری از پژوهشگران را بخود جلب نموده است.
الماس مصنوعی چیست
در دهه 1950 بود که روش های جدید شکل گیری الماس در روی سطح زمین نیز کشف شد و دانشمندان توانستند با ایجاد درجه حرارت بالا و فشار مورد نیاز، آن را در یک آزمایشگاه تولید کنند.
با اینکه روند شکل‌گیری الماس در طبیعت علاوه بر دما و فشار بالا به زمان زیادی نیز احتیاج دارد، اما در آزمایشگاه با فرایند فشار بالا _ دما بالا (HP HT) که اساسا تقلیدی است از فرایند طبیعی شکل‌گیری الماس می‌توان زمان تشکیل را به حداقل رساند.
درحالیکه الماس های ساخته شده توسط انسان همان جنس الماس واقعی را دارند (یعنی کربن خالص تبلور یافته در شکل همسانگرد سه بعدی)، اما اغلب با عنوان الماس مصنوعی شناخته می‌شوند.
خواص الماس مصنوعی بستگی به جزئیات فرایندهای ساخت آن دارد؛ البته، برخی الماسهای مصنوعی (چه ساخته شده طی HPHT یا CVD) دارای خواصی مثل سختی، رسانندگی گرمایی و تحرک پذیری هستند که نسبت به همین خواص الماسهای طبیعی کیفیت بهتری دارند.
الماس مصنوعی به‌طور گسترده‌ای در سایندهها، در ابزارهای برنده و صیقل دهنده و در گرماخورها مورد استفاده قرار می‌گیرد. استفاده‌های الکترونیکی الماس مصنوعی در حال توسعه هستند که شامل استفاده در کلیدهای (مدارهای) نیروگاه‌ها، ترانزیستورهای اثر میدان با فرکانس بالا و ال ئی دی‌ها است.
روش های ساخت الماس مصنوعی
برای ساخت الماس مصنوعی روش های مختلفی وجود دارد.
فشار بالا، دمای بالا:
اصلی ترین روش تولید الماس مصنوعی است و به علت کم هزینه بودن هنوز به‌طور گسترده‌ای به کار می‌رود. در روش HPHT، سه طرح اصلی فشار موجودند که برای تأمین فشار و دمای لازم برای تولید الماس مصنوعی به کار می‌روند: ماشین فشار کمربندی، ماشین فشار مکعبی و ماشین فشار تقسیم کروی
2. انباشت به روش تبخیر شیمیایی (CVD):
در این روش الماس را در یک مخلوط گازی هیدورکربنی پرورش می‌دهند. توانایی رشد دادن الماس در مناطق وسیع و بسترهای متنوع و کنترل بهتر ناخالصی‌های شیمیایی و در نتیجه خواص بهتر الماس ساخته شده از مزیت‌های پرورش الماس با روش CVD است. برخلاف HPHT، فرایند CVD نیاز به فشارهای بالایی ندارد. معمولا تولید الماس با این شیوه در فشارهای زیر 27 کیلوپاسکال انجام می‌شود.
انفجار مواد منفجره:
نانوبلورهای الماس (با قطر ۵ نانومتر) را می‌توان با انفجار مواد منفجره کربن دار خاصی در یک اتاق فلزی تشکیل داد. این نانوبلورها به “نانو الماسهای انفجاری” معروف هستند. در این روش ساخت الماس، فشار و دمای اتاق به اندازه‌ای بالا می‌رود که کربن‌های حاصل از انفجار به الماس تبدیل شوند. با شناورشدن در آب، اتاق به سرعت پس از انفجار سرد می‌شود تا مانع تبدیل الماسهای تازه تولید شده به گرافیت پایدارتر گردد.
4. حفره زایی مافوق صوت:
این تکنیک نیازمند تجهیزات و فرایندهای نسبتا ساده‌ای بوده، اما هیچ استفاده صنعتی ندارد. هزینه تخمینی تولید الماس به این روش با مقدار روش HPHT قابل مقایسه است
[html_block id=”28290″]