1tom - 0501.htm
55
наличием примесей и включенidi, т. е. в конечном сч╦те условиями роста кристаллов.
Наиболее распростран╦нная гипотеза генезиса природных алмазов утверждает их глубинное (магматич.) происхождение при давлениях св. 4 ГПа и темп-рах бол$с 1000°С. Однако включения кальцита, кварца, барита, биотита, обнаруженные в Ам ставят под сомнение единственность этой гипотезы.
Теоретич. предпосылки получения А. искусств, пут╦м были научно обоснованы в кон. 30-х гг. 20 в. Син-тетич. А. впервые воспроизводимо получен в Швеции
Р.ГПа
100
20
Металлический
углерод
Жидкий углерод
Длмаз-- метастабипьный графит
1000 2000 ∙ кривая равновесия Графит-алмаз
нестабильный алмаз-_l______Lk 3000 4000
кривая плавления графита
кривая плавления метастабильного графита fграница существо-" вания метастабильного графита в области существования Д.) кривая плавления метастабильного А. (граница существова--ния метастабильного А,'а области существования графита) предполагаемая граница алмаз ≈металлический углерод (твердая фаза)
≈»≈≈.≈ кривая плавления А. и мвталич. углерода {гра|ица существования этих фаз)
Рис. 2. Фазовая р ≈ Т-диаграмма углерода: 1 ≈ область синтеза алмаза с применением: металлов ≈ растворителей-катализаторов (la ≈ область выращивания крупных кристаллов на затравку); 2 ≈ область экспериментальных работ по превращению графита в алмаз статичесним методом при прямом переходе; 3, 7 ~ области экспериментальных работ по прекращению графита в алмаз динамическим методом (7 ≈- метод фирмы
*Дкщон»); 4 ≈ область экспериментальных работ по кристаллизации алмаза из расплавленного углерода; 5 ≈ область изучении некаталитического превращения в алмаз элементарного углерода, находящегося в различных состояниях, и органических соединений; в ≈ область образования лосдейлита; S ≈ область кристаллизации алмаза в метастабильных условиях. Г≈ тройная точка графит ≈ алмаз ≈ жидкий углерод; Т' ≈ предполагаемая тройная точка жидкий углерод ≈ алмаз ≈
металлический углерод.
Точки на диаграмме состояния отвечают тем температурам и
давлениям, от которых производится сброс температуры (аакал-
на образцов) для сохранения образовавшейся фазы.
(1953), затем в США (1954) и СССР (1959). Наиболее распростран╦н метод синтеза А. из графита при статич. давлениях высоких. Синтез происходит в области тормо-динамич. устойчивости А..т.е. при давлениях 4≈Ю ГПа и темп-рах 1000≈2500°С, в присутствии металлов, выполняющих роль растворителей-катализаторов, в течение времени от 10≈15 с до 1 ч (размеры получаемых монокристаллов от ОД до 1,5 мм по ребру октаэдра; более крупные А.≈8 ≈ 10 мм ≈ выращивают на затравку св. 100 ч). По истечении времени синтеза для предотвращения обратного перехода А. в графит тсмп-ру резко снижают, и новая фаза фиксируется. Синте-тич. А. образуются также при действии динамич. высокого давления ок. 30 ГПа и темп-ры ~3000 °С и выше (размеры получаемых этим методом А. ≈10≈30 мкм). В метастабильных для А. условиях при давлениях от нсск. сотен ГПа до неск. Па и темп-рах 600≈800 °С синтез ведут из газовой фази.т (метан, пропан, двуокись углерода и т. п.), как правило на затравку (эггитакси-альное наращивание). При статич. давлении более 11 ≈ 13 ГПа и темп-ро выше 2500 °С возможно превращение графит ≈ алмаз без введения активирующих добавок, а также получение А. из расплава углерода (рис. 2). Синтстич. А. выпускают н ниде мнкропорошков, монокристаллов, поликрмсталлич, структур (баллас, карбонадо), алмазных спеков и пластин с металлич. подложкой.
Первая классификация А., в основу к-рой положено содержание в н╦м азота, была предложена в кон. 30-х гг. и уточнена в кон. 50-х гг. В соответствии с этой классификацией большинство А. (~98%) относится к типу I ≈ содержание азота до 0,2%, К типу II принадлежат А.т содержащие не более 10~3 % азота. А. I и II типов подразделяются на подгруппы. А. подгруппы 1а содержат азот в непарамагнитной форме, А -дефекты и др. азотсодержащие дефекты сложного строения. А. подгруппы 16 содержат одиночные замещающие атомы азота. А. подгруппы 1а прозрачны до длин волн Ъ~ ~320≈330 мкм, 16 ≈ в области Я>500≈550 мкм и имеют максимум поглощения при А,=270 мкм. А. II типа также делятся на две подгруппы: Па (безазотные А.) и Пб (А., содержащие примеси, ответственные за полупроводниковые свойства, в частности В), Выделяют также А. типа III, к к-рому относят А., характеризующиеся наличием ^-дефектов. А, этого типа поглощают излучение в области Х~225≈240 мкм. А. I и III типов характеризует поглощение ИК-излучения в области А~7≈11 мкм.
Физ. свойства А. связаны с его структурой и содержанием примесей, кол-во к-рых в природных А. достигает 5%, в синтетических 8≈10%. В качестве структурных примесей достоверно зафиксированы N, В, Ni. В процессе синтеза можно легировать А. пут╦м введения в шихту разл. добавок. Спайность граней А. no (111) совершенная. Критич. напряжение- скалывания по (111) ≈10,5±ОД ГПа, по (100) ≈13,5±0,1 ГПа. Предел прочности на сжатие кристаллов синтетич. А. без видимых включений 17≈17,5 ГПа. А. имеет максимальную среди всех известных материалов тв╦рдость, к-рая превышает тв╦рдость корунда в 150 раз. Кристалл А. анизотропен, для разных граней его тв╦рдость различна [для грани (111) природного А.≈ 110≈135 ГПа, для (100)^56≈60 ГПа; для грани (111) синтетического А.≈91 ≈101 ГПа, для (100)≈60≈ 68 ГПа].
Кристалл А., имеющий мин. кол-во примесей (А. «чистой воды»), прозрачен для излучения в видимой части спектра и встречается редко. Чаще всего А. окрашены в разл. цвета ≈ от ж╦лтого до серого и ч╦рного. Синтетич. А. обычно зеленые. Введение примесей в исходную шихту позволяет изменять цвет синтетич. А.
Теплопроводность нек-рых А. при комнатной темп-ре выше теплопроводности меди в 4 раза; ср. е╦ значения при 180°С (Вт/м«К) для А. типа 1а≈800, для Па≈
П
с;
61
")
}
