روش های ساخت الماس مصنوعی
-تولید الماس
الماس بطور طبیعی تحت فشارهای زیاد اعماق زمین و در زمانی طولانی شکل می‌گیرد. اما در آزمایشگاه می‌توان به کمک دو فرایند مجزا در زمانی بسیار کوتاهتر الماس تولید کرد. فرایند فشار بالا _ دما بالا (HP HT) اساساً تقلیدی است از فرایند طبیعی شکل‌گیری الماس در حالی که فرایند رسوب‌گیری بخار شیمیایی ، دقیقاً خلاف آن عمل می‌کند.
-تایلر
به گفته باتلر که هفده سال روی تولید الماس با استفاده از تکنیک CVD کار کرده‌است «از آنجا که پیشگامان تولید الماس بدون فشار بالا در دهه ۱۹۵۰ با تمسخر سایرین از میدان به در شدند. تکنولوژی CVD هنوز دوران کودکی‌اش را سپری می‌کند.» هر دو فرایند قادرند با سرعتی خیره‌کننده الماسهایی با کیفیت جواهر تولید کنند، اما در نهایت این فرایند CVD است که بخاطر کنترل ساده ناخالصی و اندازه محصول برای تکنولوژی‌های الکترونیکی مناسب‌ترین خواهد بود.
-فرآیندCVD
فرایند CVD با قرار دادن ذره بسیار کوچکی از الماس در خلأ آغاز می‌شود. سپس گازهای هیدروژن و متان به محفظه خلأ جریان می‌یابند. در ادامه پلاسمای تشکیل شده باعث شکافته شدن هیدروژن به هیدروژن اتمی می‌شود که با متان واکنش می‌دهد تا رادیکال متیل و اتمهای هیدروژن بوجود آیند. رادیکال متیل نیز به ذره الماس می‌چسبد تا الماس بزرگ شود. رشد الماس در تکنیک CVD، فرایندی خطی است، بنابراین تنها عوامل محدودکننده اندازه محصول در این روش بزرگی ذره ابتدایی و زمان قرار دادن آن در دستگاه است.
-دیویدهلیر
به گفته دیوید هلیر (D. Hellier)، رئیس بخش بازاریابی کمپانی ژمسیس، «فرایند HP HT نیز با ذره کوچکی از الماس آغاز می‌شود. هر ذره الماس در محفظه‌های رشدی به اندازه یک ماشین رختشویی، تحت دما و فشار بسیار بالا درون محلولی از گرانیت و کاتالیزوری فلزی غوطه‌ور می‌شود.
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.
1. 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.
3. 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
روش های شکل‌گیری الماس طبیعی
بسیاری از مردم بر این باورند که از دگرگونی زغال سنگ الماس شکل می‌گیرد. این ایده حتی در بسیاری از کلاس های علمی در پاسخ به سوال چگونگی تشکیل الماس همچنان گفته می‌شود.
بعید است که زغال سنگ در شکل گیری الماس نقش داشته باشد. بیشتر الماس هایی که کشف شده‌اند، بسیار قدیمی‌تر از گیاهان اولیه زمین -مواد اصلی تشکیل دهنده زغالسنگ- هستند.
فرآیند تشکیل الماس های طبیعی به 4 روش زیر است.
1. شکل گیری الماس در گوشته زمین
همان طور که در ابتدا نیز گفته شد. زمین شناسان بر این باورند که گوشته زمین مهمترین منبع برای چگونگی تشکیل الماس است و الماس تولید شده از این روش با فوران های آتشفشانی عمیق به سطح زمین می‌آیند.
این فوران های آتشفشانی باعث تشکیل لوله های کیمبرلیت (kimberlite) و لام‌پرویت (lamproite) می شوند. جویندگان الماس بیشتر این مناطق را جستجو می‌کنند.
تحقیقات نشان می‌دهد که شکل گیری الماس طبیعی در همین مناطق گوشته و در عمقی در حدود 150 کیلومتری و با دمایی بالای 1050 درجه سانتیگراد انجام می‌گردد. الماس های تشکیل شده، در این محدوده که به “مناطق پایداری الماس” مشهور هستند، قرار دارند.
2. تشکیل الماس در مناطق فرورانش
در زمین‌شناسی به منطقه‌ای که دو پوسته از سطح کره زمین به سمت یکدیگر حرکت کرده و یکی از پوسته‌ها بزیر پوسته دیگر می‌لغزد، پهنه فرورانش گفته می‌شود. پوسته پایین‌رونده در گوشته زمین فرومی‌رود و ذوب می‌شود.
الماس های کوچک در سنگهایی یافت می‌شوند که به نظر می‌رسد طی فرایندهای تکتونیکی صفحات عمیق درون گوشته قرار گرفته و سپس به سطح بازگشت کرده‌اند.
شکل گیری الماس در مناطق فرورانش ممکن است که در عمق 80 کیلومتری از سطح زمین و در دماهای پایینی در حدود 200 درجه سانتیگراد اتفاق بیفتد.
3. تشکیل الماس در دهانه های برخوردی
دهانهٔ برخوردی در ستاره‌شناسی به فرورفتگی، حفره یا گودالی در زمین که در اثر برخورد شهاب‌سنگ پدید آمده باشد، گفته می‌شود.
زمین در طول تاریخ خود، بارها و بارها توسط سیارک های بزرگ تحت تاثیر قرار گرفته است. هنگامی که این سیارک ها به زمین برخورد می کنند، دما و فشار زیادی تولید می‌شود.
به عنوان مثال، هنگامی که یک سیارک 10 کیلومتری به جو زمین وارد می‌شود، می‌تواند با سرعتی در حدود 15 تا 20 کیلومتر در ثانیه حرکت کند. برخورد این سیارک با سطح زمین آن هم با چنین سرعت بالایی، انرژی را تولید می‌کند که معادل بسیاری از سلاح های هسته ای بوده و درجه حرارت آن حتی گرمتر از سطح خورشید است.
شرایط دمایی و فشار بالا در دهانه های برخوردی سیارک ها برای شکل گیری الماس کاملا مناسب است. کشف الماس های کوچک در اطراف چندین دهانه برخوردی سیارکی درست بودن این ایده را تایید می‌کند.
[html_block id=”28290″]