شنبه , ۲۰ آذر ۱۳۹۵
دانلود رایگان نرم افزار آنالیز تصویر + فیلم آموزشی
الماس

روشهای تولید الماس

روشهای تولید الماس

ارسالی از : بهنازبهشتیان

مقدمه :

قدمت الماس ها حداقل به ۹۹۰ میلیون سال باز می گردد.بسیاری از آنها متعلق به ۲/۳ میلیارد سال پیش اند.

(الماس) Diamond  نام خود را از خاصیت سختی بالای آن و از کلمه یونانی  گرفته است هیچ چیز از نظر سختی نمی تواند با الماس رقابت کند سختی الماس (با درجه سختی۱۰) ۱۴۰ بار بیشتر از کرندم با درجه سختی ۹ وگوهر های مربوط به این خانواده یعنی Ruby (یاقوت‌ سرخ‌) و Sapphire (یاقوت کبود) می باشد با وجود اینکه سختی الماس در جهت های مختلف کریستالی متفاوت است یک الماس را فقط می توان با یک الماس دیگر یا پودر الماس برش داد.

در مقیاس موهو الماس سخت ترین و گرافیک نرم ترین است.حال آنکه اتمهای تشکیل دهنده هر دو کربن است.این تفاوت ناشی از آن است که در الماس اتمهای کربن در یک شبکه سه بعدی به یکدیگر متصل هستند در حالی که در گرافیک ورقه هایی هستند که با پیوند های سست به یکدیگر متصل اند.

برای به دست آوردن تنها ۵ گرم الماس می باید به میزان ۱۰۰۰ کیلو گرم استخراج معدن داشته باشیدکه تنها ۲۰ ذرصد آن کیفیت لازم جواهری را دارد و مابقی در صنعت مورد استفاده قرار می گیرد(که این نوع الماس به عنوان خرده الماس تراش دار یا نوعی الماس کدر (ریزتر) شناخته شده می باشد. خصوصیات نوری ، سختی بالا و کمیابی ، الماس را پادشاه گوهرها نموده است .

برش های زیر در الماس از شهرت جهانی برخوردارند:

معروفترین برش به نام برلیانت (Brilliant)

برش مارکیز(Marquise)

برش باگت ومعروفترین برش آن برش زمردی (Emerald)

برش اشک (Pear)

برش قلب (Heart Shape)

برش تخم مرغی شکل (Oval)

  مشخصات کلی الماس (Diamond)

C فرمول شیمیایی : کربن ناب

گروه کانی شناسی (شیمیایی): عناصر

رنگ: بیرنگ،زرد،قهوهای،آبی،سبز،قرمزرنگ،سیاه،نارنجی

جلا: شیشه ای

سیستم تبلور: کوبیک

رخ: چهار جهت کامل

شکستگی: صدفی

سختی: ۱۰

رنگ خاکه: ندارد

وزن مخصوص: ۵/۳

ضریب شکست:۴۱۹/۲-۴۱۷/۲

شفافیت: شفاف تا کدر

کانیهای همراه: کانیهای فرامافیک به ویژه اولیوین

نامهای دیگر این کانی  : Boartخرده های الماس و Booart و  Carbonado الماس کدر

کانیهای پاراژنز: اکلوژیت،پریدوتیت،گرانولیت،گارنت،پیروکسن،فلوگوپیت

 شرایط تشکیل :

زمانی که گرافیت( پلیمورف) در شرایط دما و فشار فوق العاده زیاد است سیستم تبلور آن کوبیک و با سختی بسیار بالا.دمای ذوب ۳۸۲۰ درجه کلوین به دلیل اتصال با تمام ظرفیت پیوندی عنصر کربن با سایر کربنها می باشد .

  محل پیدایش :

الماس برای نخستین بار در گالکوندا در هندوستان استخراج شد و شماری اندک از برنئو به دست می آمد. از زمان باستان تا سده هفدهم همین دو سرچشمه شده بود تا این که در این قرن در حفاری برای طلا در برزیل مورد دیگری یافت شد. در آن زمان الماس به عنوان سنگی گرانبها مورد نظر بود و از دید خواست مردم در رده سوم پس از یاقوت سرخ و زمرد قرار داشت

الماسها به طور معمول در دو منطقه پیدا می شوند :

کهن ترین و رایجترین مکان در میان ریگ های ته نشین شده بستر رودخانه های کهن است. در این حالت ، الماس ها از فرسایش سنگ ها و تخته سنگهای مادر به وجود آمده اند. تا پیش از کشف سرچشمه های جدیدتر در آفریقا تمامی الماسها از همین مکانها به دست می آمده اند .

در مناطق کیمبرلیتی الماسها درون دودکشهای آتشفشانی خاموش یافت میشود. این اولین باری بود که سنگهای قیمتی از میان سنگهای مادر برداشت می شدند. اکنون چنین استخراجهایی از رگه هایی در سیبری ، استرالیا و بوتسوانا انجام می شود.

تشکیل الماس :

کانی های گرانبها با خاستگاه آذرین ساختمانی بلورین دارند و پیدایش آنها در شرایطی آرام و پایدار و غلظتی متناسب و زمانی بسیار دراز انجام می شود. محلول های سازنده اغلب در حالت اشباع نیستند یا دما و فشار آنها را از شرایط اشباع دور می سازد و تغییر شرایط یا در اصل انجام نمی شود ویا به طور کلی تغییر اندک می یابد. در مجموع افت دما نه تنها در پیدایش کانی موثر نیست، بلکه ممکن است حتی بر مرغوبیت آن نیز زیان وارد آورد.

آن چه یک بلور بیش از هرچیز بدان نیازدارد، به دست آوردن دمای مناسب و شرایط پایدار در طول ساخت است به گونه ای که کاتیون ها و آنیون ها کم ترین نیروی ربایش- رانش را با یکدیگر داشته باشند.

ماگمای بازیک و اولترابازیک نمونه ای از خاستگاه ماگمایی است که مناسب برای تشکیل الماس می باشد. معمولا‌ شرایط فشار و درجه حرارت موجود همراه با این سنگ ها در حد گوشته بالایی است.یکی از کانی های قیمتی منحصر به این شرایط، الماس است. کربن در پوسته زمین به صورت آزاد به شکل ذغال یا گرافیت است و در ترکیب به صورت سنگ های کربناته و co۲ یافت می شود که در شرایطی خاص به شکل الماس متبلور می گردد.

شرایط خاص برای الماس، فشار خیلی بالا می باشد. به همین دلیل الماس منحصر به سنگهایی است که شرایط پیدایش آنها توسط آتشفشان هایی کنترل می شود که تنوره آنها تا گوشته ادامه می یابد، مانند کیمبرلیت ها. فزون بر کیمبرلیت ها، اکلوژیت ها نیز اگر دارای کربن باشند و هنگام تشکیل آنها فشار لیتواستاتیک معادل ۱۰۰ کیلوبار باشد، تشکیل الماس را می دهند (معمولا ‌هنگام تشکیل اکلوژیت، فشار درحد فشار گفته شده است و از طرفی درجه حرارتی کم تر از ژرفای ۱۰۰ کیلومتر دارند که مناسب برای پیدایش و پایداری الماس می باشد)

فزون بر الماس،کانی های گرانبهای دیگری نیز مانند برخی از گروناها، یاقوت کبود، یاقوت، اسپینل و الیوین وابسته به سنگهای بازیک و اولترابازیک هستند .

الماس‌ها از کربن تشکیل می‌شوند- کربن کاملا سازمان‌یافته.زمین شناسان تشکیل الماس‌ها درون کره زمین را از یک تا سه میلیارد سال قبل تخمین می زنند.به بیان ساده مراحل پیدایش و تشکیل الماس این‌گونه است :

دی‌اکسید کربن را در ۱۸۰ کیلومتری عمق زمین دفن کنید .

آن را تا بیش از ۱۲۰۰ درجه حرارت دهید .

آن را زیر فشار بیش از ۵۰۰۰۰ کیلوگرم نیرو بر سانتی‌متر مربع قرار دهید .

به سرعت آن را به سطح زمین بیاورید تا به سرعت سرد شود .

الماس بیشتر در کیمبرلیت یافت می شود کیمبرلیت به سنگهای آذرین فرامافیک غنی از پتاسیم اطلاق می شود اکثر کیمبرلیت ها متعلق به دوره کرتاسه می باشند کیمبرلیتهای مهم در قاره افریقا (به خصوص کشور افریقایی جنوبی ) ، روسیه و آمریکا و هندوستان واقع شده است .

تمام کیمبرلیت ها حاوی الماس نیستند عمق و ترکیب شیمیایی مهمترین عوامل در تبلور الماس هستند الماس به صورت پراکنده در زمینه سنگهای کیمبرلیتی یافت می شود عیار الماس در این سنگها بین ۱/۰ تا ۶/۰ گرم در تن است.

بر طبق یافته های جدید الماس می تواند در لامپورئیت ها نیز وجود داشته باشد بطور مثال الماس های یافت شده در معادن لامپورئیت استرالیا از این نمونه هستند دانستن این مطلب از این سو مهم است ، که سنگهای لامپورئیتی در کشورمان ایران نیز وجود دارد بنابراین پژوهش در مورد امکان وجود الماس در ایران بهشت زمین شناسی دنیا، امری ضروری به نظر می رسد.

مطالعه ادخال های سیال (inclusion) در الماس منطقه ای از آفریقا نشان داده است که دمای تبلور الماس حدود ۱۱۰۰ و فشار ۵۰ کیلو بار است.الماسها در عمقی بین ۱۰۰-۲۰۰ کیلومتر زیر سطح زمین تشکیل می شوند.در این اعماق درجه حرارت در حدود ۹۰۰-۱۳۰۰ درجه سانتی گراد و فشار بین ۴۵- ۶۰ کیلو بار است .

۵۰کیلوبار=۱۵۰ کیلومتر=۹۰ مایل زیر سطح زمین

۶۰کیلو بار=۲۰۰ کیلومتر=۱۲۰ مایل زیر سطح زمین

الماس ها طی فرایند های آتشفشانی به سطح زمین آورده می شوند.مجرای آتشفشانی تحت عنوان مجرای کیمبرلیت یا الماس شناخته شده است.این جواهر سنگها به صورت میان بار در صخره های آتشفشانی به نام کیمبرلیت یافت می شوند.توجه داشته باشید ماگماهای کیمبرلیتی ازمعمولا از الماسهایی که با خود به سطح زمین می آورند اغلب جوانتر اند(ماگمای کیمبرلیت به عنوان یک کمربند حامل عمل می کند).

سرعت فوران گدازه های کیمبرلیت حاوی الماس ۱۰-۳۰ کیلومتر در ساعت است. (اگلر ۱۹۸۹) اما در اواخر این فرایند میزان سرعت ممکن است به چندین کیلومتر در ساعت برسد .

کانسارهای جواهر سنگی آبرفتی، با آمدن سنگها به سطح زمین ممکن است جواهر سنگها بر اثر هوازدگی نمودار شوند. جواهر سنگها کانی هایی هستند که غالبا در برابر هوازدگی شیمیایی مقاوم اند. آنها عموما در بستر رودخانه ها و ماسه های ساحلی متمرکز می شوند که به نام کانسارهای آبرفتی شناخته شده اند.

الماس مصنوعی :

الماسهای مصنوعی از نظر شکل ظاهری شبیه به الماس هستند. بین الماس مصنوعی ( الماس دست ساز بشر که در آن اتم های کربن بر اساس ساختار خاص الماس طبیعی آرایش یافته اند) و الماس بدلی تفاوت وجود دارد.

 متداولترین انواع گوهرهای بدلی :

YAG گارنت آلومینیم یوتیرم

GGG گارنت گالیم گادولیم

CZ زیرکون مکعبی

الماس بدلی موسیانیت (کربید سیلیسیم یا کربوراندم) در سال ۱۹۹۸ وارد بازار جواهرات شد، این الماس بدست کمپانی C۳ و Cree Research ساخته شد. طی چند سال اخیر این نوع پایه استاندارد الماسهای بدلی شده است .

الماسهای مصنوعی غالبا زرد رنگ اند به ندرت به عنوان جواهرآلات مورد استفاده قرار می گیرند و بیشتر برای اهداف صنعتی به کار برده می شوند.یک الماس ۵ میلیمتری(۰/۵ قیراط) حدود یک هفته طول می کشد تا بزرگ شود. برای ساخت الماسهای مصنوعی دما و فشار بالا ، نوعی دستگاه خاص مورد نیاز است.گاهی اوقات الماسهای مصنوعی بوسیله میان بارهای گدازآور از الماسهای طبیعی قابل تشخیص هستند .

روشهای ساخت الماس مصنوعی : 

دو روش برای ساخت الماس در آزمایشگاه وجود دارد اولین روش مصنوعی روش “فشار بالا، حرارت بالا” (HPHT) نامیده می‌شود.این روش بیشترین شباهت را با نحوه تشکیل الماس درون کره زمین دارد و در آن گرافیت تحت فشار و گرمای شدید قرار می‌گیرد‌.سندان‌های کوچک در ماشین HPHT در حالی که الکتریسیته شدید از گرافیت عبور می‌کند، بر روی آن فشار می‌‌آورد، و تنها پس از چند روز یک الماس با کیفیت جواهر به وجود می‌آورد.البته این الماس‌ها به اندازه الماس‌های طبیعی خالص نیستند، زیرا یک محلول فلزی با گرافیت مخلوط می‌شوند .

روش دیگر تولید الماس- رسوب بخار شیمیایی نامیده می شود-بر مبنای فشار شدید عمل می‌کند، اما الماس‌هایی بی‌‌نقص‌تر از طبیعت می‌تواند تولید کند.یک قطعه الماس در وان یک محفظه کاهش فشار قرار داده می‌‌شوند، سپس گاز طبیعی با تابش مایکروو‌یو به درون این محفظه فرستاده می‌شود. هنگامی گاز تا تقریبا ۲۰۰۰ درجه حرارت داده می‌شود، اتم‌های کربن روی الماس درون محفظه “می بارند” و به آن می‌چسبند، و غلاف کاملی شبانه دور الماس رشد می‌کند.این الماس‌های مصنوعی بیش از هر چیز در صنایع تولید رایانه ها استفاده می شود.در درجه حرارت‌هایی که در آن تراشه‌های سیلیکونی ذوب می شوند، غلاف های الماس مصنوعی مثل سنگ سخت باقی می‌مانند .

  کاربرد الماس در صنعت :

در صنعت قطعات الماس برای بریدن شیشه بکار می‌رود. پودر دانه ریز الماس برای تراش و صیقلی الماس‌های بزرگ و جواهرسازی بکار می‌رود. برای بریدن سنگها و قطعات سخت از تیغه‌هایی که از الماس است استفاده می‌شود. در روی مته حفاری از آن استفاده می‌‌شود.الماس به صورت جواهرات و سنگهای قیمتی از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. الماس مهمترین سنگ قیمتی است و ارزش آن به سختی و به تراش آن (برلیان) که به ضریب شکست آن وبه انعکاس نور از سطوح آن بستگی دارد. بطور کلی با ارزش‌ترین نمونه‌ها آنهایی است که فاقد ترک یا شکستگی است و بی‌رنگ و یا سفید متمایل به آبی هستند. رنگ زردی که الماس از خود نشان می‌دهد از ارزش آن می‌‌‌کاهد .

ارزش گذاری بر روی الماس :

چهار ویژگی که بر ارزش یک الماس تاثیر می گذارد عبارت است از:رنگ، وضوح،برش و وزن آن به قیراط است.همواره مقدار رنگ زرد را در الماس مد نظر داشته باشید(چرا که این رنگ از ارزش آن می کاهد). سفید مایل به آبی>سفید>نقره ای>زرد

جواهر سنگهای پررنگ که دارای رنگ بسیار قوی اند ارزش و جذابیت مخصوص به خود را دارند.الماسهای رنگی زرد،سبز یا قهوه ای اند یا هاله هایی از رنگ صورتی دارند.الماس های صورتی رنگ بزرگ غالبا نادر اند و در حال حاضر قیمت آنها بسیار بالاست.الماسهای آبی رنگ طبیعی از برن تشکیل شده اندکه این امردر رسانش الماسها تغییر گذار است.در حالی که در ساختمان الماسهای زرنیتروژن وجود دارد .

ترک خوردگی،شکستگی،خراش وشکاف از وضوح الماسها می کاهد. الماسهای فاقد ترک الماسهایی اند که با بزرگنمایی x۱۰فاقد هر گونه میان بار قابل مشاهده و یا ترک خارجی هستند.درجه وضوح را با بزرگنمایی x۱۰ می سنجند.چنانچه اندازه بزرگنمایی مطلوب باشد میان بار ها در هر نوع الماسی دیده می شوند .

پیکه یک وازه تجاری قدیمی است که توسط استاندارد بین المللی GIA-DEVELOPED ازIF به I۳تغییر کرده است.اولین پیکه میان بار هایی هستند که با بزرگنمایی  x۱۰ قابل مشاهده اند. دومین پیکه شامل میان بار هایی هستند که می توان آنها را با چشم غیر مسلح دید.سومین پیکه میان بارهای بسیار بزرگ اند که درخشندگی آنها کاهش یافته است.سطوح برشی جواهر سنگها به گونه ای قرار گرفته اند که به درخشندگی الماسها می افزاید.برش برلیانی (برش تالکوسکی نوعی برش.معمول در الماسهاست.)

ارزش یک الماس بر اساس حروف الفبا از D (سفید) تا Y (زرد) رتبه‌بندی می‌شود. الماس های Z ، الماس‌های ”فانتزی” یا الماس‌های ”پررنگ” هستند. برش الماس به صورتی‌ست که بیشترین شکست نور سنگ را به دست دهد، بطوریکه برش درخشان ترجیح داده می‌شود. وضوح الماس به تعداد و اندازه ترک‌ها و تداخل‌های سایر کانیها (مانند کوارتز) بستگی دارد .

وضوح از FI (بدون ترک) ، IF (بدون ترک در بزرگ‌نمایی ۱۰) ، سری‌های رتبه‌بندی V (ترک‌های بسیار ریز در بزرگ‌نمایی ۱۰) ، سری‌های رتبه‌بندی S (ترک‌های ریز در بزرگ‌نمایی ۱۰) ، تا I۳,I۲,I۱ (دارای تداخل‌های قابل روئیت با چشم غیر مسلح) رتبه‌بندی می‌شود. وزن قیراطی الماس نیز از فاکتورهای مرتبط با وزن الماس مؤثر در ارزش‌گذاری آن است. (هر قیراط حدود ۲/۰ گرم و ۰۰۷/۰ اونس است) .

بزرگترین و باارزش‌ترین الماس‌ها شامل الماس کولینان (Cullinan) یا ستاره آفریقا به وزن ۲۰/۳۵۰ قیراط، الماس اگزسیور (Exezisior) ، الماس منگول بزرگ (Great mo.gul) که یک الماس هندی‌ست و گفته می‌شود ۰/۷۸۷ قیراط وزن داشته ، اما محل آن ناشناخته است، دریای نور ، کوه ‌نور، الماس هپ (Hope diamond) که به نام خریدار آن ، هنری توماس هپ است، می‌باشند .

پرتو افکنی:

پرتو افکنی به منظور تغییر رنگ الماس صورت می گیرد و متداولترین نوع رنگی که ایجاد می کند سبز است.اما الماسهایی که در معرض رادیم قرار می گیرندهمچنان رادیو اکتیو باقی می مانند.هرچند ا این مشکل امروزه حل شده است.سنگهایی مانند کیمبرلیت، سنگهای آتشفشانی فورانی هستند که از اعماق پایین جبه به بالا آمده و همراه خود الماس می آورند. عنصر سازنده الماس کربن است .

شکل پایدار کربن در سطح زمین گرافیک است. برای آنکه گرافیک به الماس تبدیل شود به دما و فشار بالا نیاز است. لذا تقریبا تمامی الماسها در حدود ۱۰۰ مایل پایین تر از اعماق زمین ایجاد می شوند. تاریخ تشکیل این سنگها مربوط به چند میلیارد سال قبل است. ندرتا الماسها در دما و فشار بسیار بالای سنگهای متامورفیکی ایجاد می شوند.

آشنایی کلی با الماسهای مصنوعی و تولید آن  :

در سال ۱۷۹۶دانشمندان موفق شدند ساختار شیمیایی الماس را کشف کرده و پس از آن به شرایط تشکیل آن در دل زمین پی بردند. تلاشهای زیادی صورت گرفت تا اینکه پس سالیان دراز ساخت الماس مصنوعی محقق شد.

روشی که طی آن الماس مصنوعی بدست آمد الهام گرفته از طبیعت و با استفاده از فشار و درجه حرارت بالاست ، که اصطلاحاً به آنHPHT گفته می شود

نزدیک به سه دهه است که از روش دیگری به نام رسوب گذاری شیمیایی الماس در فاز بخار CVD برای تولید الماس مصنوعی استفاده می شود .محصولاتی که از هر کدام از این روشها بدست می آید ویژگیهای متفاوت و کاربردهای مخصوص خودشان را دارند .

برای درک بهتر سیر مراحل تحقیقاتی و تولید الماس با روش CVDچندین مقاله و همچنین مطالب منتشره کارخانه ها و شرکت های سازنده اینگونه الماسها مطالعه گردید و مقاله حاضر نتیجه بررسی و جمع بندی این مطالب می باشد..

سالیان درازی است که الماس در قلب و فکر دانشمندان و عامه مردم جای گرفته است . برای برخی افراد واژه الماس یک تصویر جادویی از سنگ جواهر است که درخشندگی ، توانگری و موقعیت به همراه دارد و به دلیل ویژگیهای فراوان و منحصر به فردش آن را برای دانشمندان پر ابهت و برانگیزاننده احساسات معرفی می نماید .

بزرگترین و بهترین سختی بین مواد مربوط به الماس است ، پایین ترین ضریب انبساط حرارتی ، خنثی بودن در برابر مواد شیمیایی ، مقاوم در برابر سایش ، هدایت حرارتی بالا و …….. از جمله این ویژگیهاست..

تعجبی ندارد که با داشتن این ویژگیها ، کاربرد های بسیار زیاد ، متفاوت و حتی متضادی از الماس وجود دارد .

ضمن اینکه کاربرد عام آن مصرف جواهر است ولی به عنوان پوششهای مقاوم به سایش در ابزارهای برشی و سایشی ، سمباده ، الکترودهای شیمیایی ، تجهیزات الکترونیکی و نوری استفاده می شود .

با توجه به عدم یکنواختی هر کدام از این ویژگیها در الماسهای طبیعی ، کمیابی و گران بودن آنها ، دانشمندان را بر آن داشت تا نسبت به تحقیق و تولید الماسهای مصنوعی اقدام کنند .

در سال ۱۷۹۶ دانشمندان پی بردند که الماس از کربن ساخته شده است. بیشتر از ۱۵۰ سال طول کشید تا روش ساخت الماس مصنوعی اختراع شد ولی اطلاعات آن منتشر نشد تا اینکه در سال ۱۹۵۰ و تقریبا همزمان شرکت جنرال الکتریک امریکا و شرکت سویدی    موفق به تولید الماس مصنوعی با استفاده از روش ASEA HPHT  شدند. گرچه بیشتر الماسهایی که با این روش تولید می شوند زرد رنگ بودند ولی در سالهای اخیر پیشرفت قابل ملاحظه ای انجام شده و الماسهای بیرنگ ، آبی ، سبز ، نارنجی و صورتی تولید شده است .

تولید الماس با روش CVD :

به دلیل نیاز روز افزون بشر به الماس و پیشرفت فناوری ، روشی جدید برای تولید الماس مصنوعی اختراع شد . در این روش پوششی از الماس بر سطح هسته )زیر لایه( رسوب می کند.

در سال ۱۹۸۰ انستیتو ملی تحقیق مواد معدنی ژاپن گزارش کرد که با استفاده از روش رسوب گذاری موفق شدند لایه بسیار نازکی از الماس با سرعت بیشتر از یک میکرون در ساعت بر سطح هسته ای رشد دهند.

اواخر همین سال شرکت De Beerکه بیش از ۸۰% تجارت الماس جهان را در اختیار دارد ، موفق به تولید الماس مصنوعی با همین روش شد .

در این فرایند از تکنیک ها و مواد اولیه متفاوتی استفاده می شود ولی ماده اولیه رایج متان است که به عنوان منبع تامین کربن و هیدروژن به عنوان فعال کننده گازی بکار می رود. برای تامین انرژی از المنت های حرارتی ، شعله ، پرتو میکروویو و……. استفاده می شود.

برای انجام واکنش ابتدا مخلوط گازی از متان و هیدروژن به نسبت ۱-۲% متان و ۹۸-۹۹% هیدروژن به صورت مداوم وارد راکتور می شود . دمای راکتور در ۱۲۷۰-۱۶۷۰ درجه سانتیگراد کنترل می شود . نتیجه واکنش تشکیل آرام و پیوسته لایه ای نازک از الماس بر سطح هسته است.

سرعت رشد رسوب گذاری الماس بر این سطح متفاوت بوده و به نوع انرژی حرارتی بستگی دارد . هر قدر سرعت رسوب گذاری بیشتر شود از کیفیت محصول نهایی کاسته می شود ، بنابراین فرایند رشد طوری کنترل می شود که هم سرعت رشد مناسب و هم کیفیت بهینه باشد ، که در این صورت از نظر اقتصادی ، تولید مقرون به صرفه خواهد بود .

مشخص شده است که با استفاده از المنت حرارتی سرعت رشد ۰٫۱-۱۰ میکرومتر )هر میلیمتر ۱۰۰۰میکرومتر است( بر ساعت خواهد بود و اگر از شعله به عنوان منبع تامین انرژی استفاده کنند سرعت رشد تا ۱۰۰ میکرومتر بر ساعت خواهد رسید ، ولی کیفیت خوبی بدست نخواهد آمد .

برای رفع این مشکل و ایجاد تعادل بین سرعت رشد و کیفیت ، تحقیقات زیادی صورت گرفت تا اینکه پی بردند که پرتو میکروویو ضمن اینکه انرژی لازم را تامین می کند فرایند رسوب گذاری را یکنواخت و سرعت آن را افزایش خواهد داد.

با توجه به اینکه گرافیت نیز همان کربن است و از لحاظ ترمودینامیکی شکل پایدار آن است ، بنابراین همزمان با تشکیل الماس این ماده نیز ساخته می شود ولی وجود آن در الماس ناخالصی تلقی می شود.

هیدروژن دو نقش تعیین کننده در فرایند ایفا می کند.  

۱) فعال کننده گازی است و رادیکالهای فعال متیل را ایجاد می کند ، که می توانند در سطح هسته پراکنده شده و پیوندهای c-c را شکل داده و شبکه الماس را گسترش دهند

۲) از ایجاد سطوح گرافیتی جلوگیری می کند

یکی از مشکلات این فرایند مکانیسم رشد غیر یکنواخت الماس بر سطح هسته است و دلیل آن متفاوت بودن جنس هسته و الماسی است که بر سطح آن می نشیند. پس از مطاله و آزمونهای فراوان به این نتیجه رسیدند که سوهان کاری مقدماتی سطح هسته قبل از قرار دادن آن در راکتور هم باعث رسوب گذاری یکنواخت و هم در بهبود سرعت رشد موثر است. سوهان کاری یا پولیش توسط پودر الماس به صورت مکانیکی و یا همزن اولتراسونیک انجام می شود .

بعضی مواقع برای انجام آن از بمباران یونی استفاده می شود.

ساختار سطح تولید شده در فرایند CVD شدیدا به نسبت گاز مخلوط و درجه حرارت هسته بستگی دارد . اگر غلظت نسبی گاز متان در مخلوط گاز و یا درجه حرارت زیاد شود ، کیفیت سطح الماس ایجاد شده منظم نخواهد بود .

با توجه به اینکه فرایند رشد در حرارت بالا انجام می شود ، بنابراین نقطه ذوب هسته باید بالاتر از این دما )دمای راکتور( باشد تا ذوب نگردد. معمولا از سیلیسیوم به عنوان هسته استفاده می شود ،ولی  عناصری مانند ،مولیبدن و تنگستن نیز بکار می روند.

شبکه محکم آن باعث استفاده در ابزارهای سایشی و برشی شده ، از خاصیت انتقال صوت و مقاومت آن  در مقابل پرتوها ، در تجهیزات مربوط به آشکارسازها استفاده می شود.

خاصیت انتقال انرژی جنبشی و کوانتوم الماس ، به طور استثنایی این ماده را هادی حرارت نموده است.

استحکام آن برای ساخت دریچه در تجهیزات میکروویو مناسب است . شفافیتی که در محدوده وسیعی از طول موجهای دارد ، از نظر تکنیکی آن را جذاب و بینهایت مفید کرده است .

روشهای تولید الماس با تکنیک بخار شیمیایی

لایه نشانی بخار شیمیایی عبارت است از یک سری واکنشهای فاز گازی که بر روی یک زیر لایه جامد صورت می گیرد و موجب لایه نشانی بر روی سطح آن می شود. تمام روشهای لایه نشانی بخار شیمیایی برای تولید فیلمهای الماس و لایه های نازک شبه الماسی نیاز به وسیله ای دارند تا مولکولهای گاز کربن دار را برای شروع واکنش فعال کنند.

روش جدید ساخت الماس

امروزه دیگر آنچنان که شیمیدان ها می پنداشتند تهیه الماس کار دشواری به نظر نمی رسد.روشی که به تازگی جهت تولید ساده و ارزان الماس به کار گرفته شده می تواند در آینده به روشی صنعتی با کاربردی گسترده جهت پوشاندن مواد با الماس بینجامد.در این فرایند الماس به شکل جواهر و با قیمت بالا تولید نمی شود چنان که قطر بلورهای الماسی که از این روش به دست می آید بیش از ۵ نانو متر نیست.هزینه های تولید این نوع الماس به اندازه ای چشمگیر پایین است از این رو از آن می توان برای کاربردهایی همچون تولید بالشتک های ترمز خودروها بهره گرفت.در کنار این روش دو فرایند دیگر نیز برای تولید الماس وجود دارد .

در این فرایند ها در فشارهای بسیار بالا یا در جریان پلاسمای پرانرژی سیلسیم از ترکیب سیلسیم کربید حذف می شود.اما هزینه هر دو روش بسیار بالاست و تنها در مقیاس های کوچک کاربرد دارند .

یوری گوگتسی از دانشگاه درکسل فیلادلفیا در فشار هواکره موفق به پیاده سازی روش یاد شده برای تولید الماس در یک کوره شد.گروه پژوهشی او مخلوطی از گاز کلروهیدروژن را در دمای ۱۰۰۰درجه سلسیوس واکنش می دهد..SiC  کلر  با سیلسیم کربن به جا مانده به صورت بلورهایی در ابعاد نانو متر در شکل الماس و یا گرافیت و چند شکل غیر معمول کربن ترتیب می یابد که از آن جمله می توان به لوله های نانو ,کربن های پیازی شکل و لونسدانیت که شکلی کمیاب از کربن با بلورهای شش وجهی است اشاره کرد.گفتنی است که این شکل کمیاب به طور طبیعی تنها در محل برخورد شهاب سنگ ها با زمین ایجاد میشود.

لایه نازک بلورهای کربن که به این ترتیب تشکیل می شود پوششی سخت شبیه به الماس است و ساختار غیر معمول آن ویژگی های خاصی به آن داده است.این ماده جاذب رطوبت و رسانای جریان الکتریسیته است.

منابع :

www.zar.ir

www.njavan.com

chemikhomein.blogfa.com

درخواست انجام پروژه آنالیز تصویر

همچنین ببینید

تشکیل فریت فوق ظریف (UFF) درفولاد فریتی – پرلیتی با کارسرد و آنیل

با توجه به استفاده گسترده فولادهای فریتی – پرلیتی درکاربردهای صنعتی بهینه سازی خواص آنها …

2 دیدگاه

  1. سلام.وقت بخیر مطالب فوق العاده جالب و کاربردی است لطفا اگر امکانش هست این مقاله را با فرمت pdfبرای دانلود قراردهید.تشکر

  2. سلام و عرض خسته نباشید مطالب بسیار اموزنده بود من دنبال روشی هستم که الماس تولید کرد اما نمیدونم این کار من ارزش خواهد داشت یا خیر تا حدودی هم ایده های خودم رو به سر انجام رسوندم اما تاامروز هیچ نتیجه ای نگرفتم اگر امکانش هست در زمینه های ایده های جدید که تو کشور مون مورد استفاده قرار بگیره کمکم کنید من لیسانس الکترونیک و مدرک مهندسی پزشکی دارم و ۱۲ سال سابقه کار مفید اما نمیدونم هر کاری میکنم به نتیجه مطلوب نمیرسم مرسی منتظر پاسخ از جانب شما هستم

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

Time limit is exhausted. Please reload the CAPTCHA.