HPHT ผลิตเพชรสังเคราะห์ส่วนที่ 1

เพชรธรรมชาติมีความแข็งและความขาดแคลนสูง ซึ่งผสมผสานเครื่องประดับและมูลค่าทางอุตสาหกรรมเข้าด้วยกัน แต่ปัญหาคอขวดของกำลังการผลิตเพชรธรรมชาติไม่ได้ถูกทำลายลงจนกระทั่งกลาง-ศตวรรษที่ 20 โดยมี "เทคโนโลยีอุณหภูมิสูงและความดันสูง (HPHT)" เกิดขึ้น และอุปกรณ์ HPHT ก็เป็น "เครื่องจักรหลัก" หลักสำหรับการจำลองสภาพแวดล้อมแกนกลางของโลกและเพชรสังเคราะห์ที่ผลิตในปริมาณมาก

 

HPHT ย่อมาจากเทคโนโลยีการผลิตที่อุณหภูมิสูงและแรงดันสูง

 

ส่วนที่หนึ่ง: หลักการสำคัญ

สาระสำคัญของเทคโนโลยี HPHT ซึ่งจำลอง "สนามการสร้างเพชร" ของแกนกลางของโลก คือการจำลองสภาพการก่อตัวตามธรรมชาติของเพชรในช่องเทียม และส่งเสริมการเปลี่ยนแหล่งคาร์บอนเป็นเพชร

• เกณฑ์มาตรฐานการก่อตัวตามธรรมชาติ: เพชรธรรมชาติถือกำเนิดขึ้นที่ระดับความลึก 150-200 กิโลเมตรในเนื้อโลก ซึ่งต้องการอุณหภูมิสูง 1,100-1,500 องศา C และแรงดันสูง 4.5-6 GPa (ประมาณ 45,000 ถึง 60,000 เท่าของความดันบรรยากาศ) อะตอมของคาร์บอนถูกจัดเรียงเป็นลูกบาศก์ตาข่ายเพื่อสร้างเพชรในสภาพแวดล้อมนี้

• ตรรกะหลักทางอุณหพลศาสตร์: แผนภาพเฟสคาร์บอนแสดงให้เห็นว่าภายใต้แรงดันสูงและอุณหภูมิสูง กราไฟท์ (รูปแบบคาร์บอนทั่วไป) จะอยู่ในสถานะที่สามารถแพร่กระจายได้ และเพชรคือเฟสที่เสถียร ภารกิจหลักของอุปกรณ์ HPHT คือการสร้าง "โซนเสถียรเพชร" อย่างแม่นยำ และส่งเสริมการแปลงทิศทางของแหล่งคาร์บอน (เช่น กราไฟท์)

 

 

ส่วนที่ 2: หลักทางเทคนิค -

สามเส้นทางหลักของอุปกรณ์ HPHT
อุปกรณ์ HPHT บรรลุสภาวะที่รุนแรงผ่าน "แรงกดดันทางกล+เครื่องทำความร้อนไฟฟ้า" และเส้นทางเทคโนโลยีกระแสหลักมีความแตกต่างตำแหน่งที่สำคัญเนื่องจากความแตกต่างทางโครงสร้าง

 

1. เครื่องกดสองด้าน: กำลังหลักเชิงพาณิชย์ในช่วงต้น

• โครงสร้าง: บล็อกทั่งทังสเตนคาร์ไบด์ 2 อันสำหรับแรงดันสัมพัทธ์, ความต้านทานความร้อนของท่อโลหะ
• คุณสมบัติ: โครงสร้างเรียบง่าย ต้นทุนต่ำ แต่การกระจายแรงดันไม่สม่ำเสมอ ไม่สามารถสร้างผลึกเดี่ยวขนาดใหญ่ได้
• ตำแหน่งปัจจุบัน:ส่วนใหญ่ใช้สำหรับการผลิตผลิตภัณฑ์ขนาดเล็ก-ที่เป็นผงไมโครเพชรและเพชรโพลีคริสตัลไลน์ (PCD)

 

2. เครื่องปั้มหกด้าน: แกนหลักของอุตสาหกรรมปัจจุบัน (นำโดยจีน)

• โครงสร้าง: กระบอกสูบไฮดรอลิกหกกระบอกขับเคลื่อนค้อนทังสเตนคาร์ไบด์ด้านบน ซึ่งจะบีบตัวกลางแรงดันลูกบาศก์ (Yelaishi) จากหกทิศทาง ทำให้เกิดแรงดันสูงและให้ความร้อนสม่ำเสมอพร้อมกัน
• ข้อได้เปรียบหลัก: การกระจายแรงดันสม่ำเสมอ ปริมาณช่องขนาดใหญ่ เหมาะสำหรับการผลิตจำนวนมากทางอุตสาหกรรม (ผลึกเดี่ยวขนาดใหญ่เกรดอัญมณี/เครื่องมือ)

 

ขั้นตอนการทำงานที่ง่ายขึ้น:

• ก. ส่วนประกอบ: แหล่งคาร์บอน (กราไฟท์ที่มีความบริสุทธิ์สูง-) ตัวเร่งปฏิกิริยาโลหะ (เหล็ก/โคบอลต์/นิกเกิล) ผลึกเมล็ดที่ฝังอยู่ในโพรงไพโรฟิลไลท์
• ข. แรงดัน: ค้อนหกตัวถูกผลักไปข้างหน้าพร้อมกัน ทำให้เกิดแรงดันน้ำคงที่ที่ 5-6 GPa ภายในห้องเพาะเลี้ยง
• ค. การทำความร้อน: อิเล็กโทรดถูกไฟฟ้าและให้ความร้อนที่สูงกว่า 1,400 องศาเซลเซียสเพื่อละลายตัวเร่งปฏิกิริยา
• ง. การเจริญเติบโต: ตัวเร่งปฏิกิริยาละลายกราไฟท์และตกตะกอนเพชรบนผลึกเมล็ด
• จ. การตกผลึก: นำผลิตภัณฑ์สำเร็จรูปออกหลังจากเย็นลงและลดความดัน

 

3. เครื่องแยกลูกบอล/-เครื่องกดหลายเหลี่ยม: เฉพาะสำหรับ-การวิจัยทางวิทยาศาสตร์ที่ล้ำหน้า

• โครงสร้าง: บล็อกทั่ง 8 ชิ้นขึ้นไปสร้างพื้นผิวทรงกลมและบีบช่องทรงกลม
• คุณสมบัติ: แรงดันน้ำคงที่สม่ำเสมอที่สุดและความสามารถในการปรับตัวที่แข็งแกร่งของห้องเพาะเลี้ยง แต่ราคาอุปกรณ์สูงมาก (เป็นสิบล้าน)
• การวางตำแหน่ง: ใช้สำหรับการวิจัยขั้นสุดยอด-เกี่ยวกับวัสดุที่มีความแข็งยิ่งยวดและการสังเคราะห์เพชรแบบพิเศษ (การผลิตที่ไม่ใช่จำนวนมาก)

 

 

สำหรับการแบ่งปันครึ่งหลังเกี่ยวกับวิธีการและกระบวนการผลิตเพชรสังเคราะห์ HPHT โปรดติดตามเว็บไซต์นี้ต่อไป ขอบคุณสำหรับการสนับสนุนของคุณ