CN105363386A - 生命钻石的高温高压制备工艺 - Google Patents

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李洪
李伟
简德志
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Abstract

本发明一种生命钻石的高温高压制备工艺，在真空、还原性气氛或惰性气氛中，对人体或动物毛发，所有动植物的组成部分的碳水化合物进行高温处理，从中提取出固态碳；浸入强酸及强碱中，去除杂质，进行提纯处理；进行高温石墨化处理；处理后的石墨和金属触媒条件下，在高温高压下生成金刚石粉或颗粒；将生成的金刚石粉或颗粒为原料，应用温差法和晶种法，在高温高压下生长宝石级大颗粒金刚石单晶；将该宝石级金刚石单晶切割加工为生命钻石。本发明使用金刚石粉或金刚石粉及石墨粉的混合物作为碳源，可以避免腔体压力下降及变形问题，有利于高质量单晶的生长。

Description

生命钻石的高温高压制备工艺
技术领域
本发明涉及钻石制备领域，具体的说，涉及一种以人体/动物毛发或其它动植物有机体中提取的碳元素为原料制备钻石的方法。
背景技术
金刚石是由碳元素组成，具有立方晶型构造的结晶体。金刚石在已知的所有材料中具有最高的硬度和热传导率，广泛应用于各种工业加工及半导体散热行业。宝石级大颗粒金刚石经过切割加工后一般称之为钻石。
天然钻石在地幔内部大约150公里以下的高温高压环境下形成，随火山爆发和地壳的运动被带到地表。因其坚硬、稀有和璀璨夺目的视觉效果，被誉为“宝石之王”。
工业金刚石于1955年美国通用电气(GE)公司，由石墨和铁，钴，镍等元素周期表第八族的金属触媒，首次在高温高压(压力大于5GPa，温度大于1200℃。)环境下成功合成。上世纪70年代，GE公司用温差法(晶种法)成功生长出克拉级大颗粒金刚石单晶。上世纪90年代，日本无机材料研究所发表了碳酸盐，硫酸盐，食盐，硫，磷等非金属材料作为触媒从石墨转变金刚石的方法，但是该方法需要更高的压力(大于7GPa)和温度(大于1700℃)。
中国专利号CN101124158A公开了从人体或动物角蛋白(包含毛发)中提取碳元素，进而在高温高压下生长钻石的一种方法。中国专利号CN101171987A公开了从人体或动物毛发提取碳元素，进而在高温高压下生长钻石。但是，该专利没有公布具体的实施方法。中国专利号CN104030284A公开了从人体或动物毛发提取碳元素，然后将碳石墨化，进而在高温高压下生长钻石。如附图1所示，以上几种方法包含提取碳，碳的高温石墨化的过程，以及石墨为碳源的高温高压下的金刚石单晶生长过程。
本发明使用人体/动物毛发，或其它动植物有机体为原料提取出固态碳，通过独特的高温高压生产工艺，生长出专属特有个体的钻石。从而赋予了钻石生命的特征，对毛发的提供者具有特殊的纪念意义。
发明内容
针对现有技术中存在的上述问题，本发明所要解决的技术问题在于提供一种用人体/动物毛发，或其它动植物有机体为原料制备生命钻石的方法。
本发明目的是这样实现的：
一种生命钻石的高温高压制备工艺，按如下步骤进行：
(1)在真空、还原性气氛或惰性气氛中，对人体或动物毛发，所有动植物的组成部分的碳水化合物进行高温处理，从中提取出固态碳；
(2)对该固态碳浸入强酸及强碱中，去除杂质，进行提纯处理；对提纯后的固态碳进行高温石墨化处理；
(3)处理后的石墨和金属触媒条件下，在高温高压下生成金刚石粉或颗粒；
(4)将生成的金刚石粉或颗粒为原料，应用温差法(晶种法)，在高温高压下生长宝石级大颗粒金刚石单晶；该金刚石单晶包括黄色，红色(粉红色)，蓝色，无色(白色)等不同颜色。
(5)将该宝石级金刚石单晶切割加工为生命钻石。
上述步骤1中固态碳大部分为非晶态碳。
上述步骤2中石墨化处理在真空或保护性气氛炉中进行，石墨化温度大于2000℃。
上述步骤3和步骤4中合成压力大于5GPa，温度大于1200℃。
有益效果：使用传统方法的石墨碳源时，由于金刚石的理论密度(3.5克/立方厘米)比石墨的理论密度(2.2克/立方厘米)大，石墨转变成金刚石的体积收缩会引起合成腔体压力下降，同时引起合成腔体的变形，进而影响单晶的质量。
附图说明
图1为传统的工艺流程图；
图2本发明的工艺流程图。
具体实施方式
实施例一：
如图2所示，
1、将100克人体毛发置于高温炉中，抽真空后通入氢气，然后将还原炉进行加热至1000℃，并保温1小时，得到11克固态碳。
2、将该固态碳在王水(盐酸/硝酸＝3/1)中加热至沸腾处理1小时，然后在加热的氢氧化钠中处理1小时，得到纯净碳9克。
3、将提纯后的固态碳置于石墨化炉中，抽真空后通入氮气至微正压，在2900℃下加热10小时，得到石墨7克。
4、将该石墨置于特定的合成块中，在铁镍钴金属触媒催化下，压力5.5GPa，温度1350℃条件下，30分钟得到金刚石粉4克。
5、将该金刚石粉作为碳源，用温差法(晶种法)生长180小时，得到大约3克拉的金刚石单晶。
6、将该金刚石单晶经过切割加工，得到1克拉生命钻石。
实施例二：
如图2所示，
1、将70克人体毛发在氮气中，加温至950℃，并保温2小时，得到9克固态碳。
2、将该固态碳在王水中加热至沸腾处理2小时，然后在加热的氢氧化钾中处理1小时，得到纯净碳7克。
3、将提纯后的固态碳置于石墨化炉中，抽真空后通入氩气，在3000℃下加热5小时，得到石墨5克。
4、将该石墨置于特定的合成块中，CaCO3非金属触媒催化下，压力在7GPa，温度1850℃下1小时得到金刚石粉3克。
5、将该金刚石粉作为碳源，用温差法(晶种法)生长100小时，得到大约1克拉的金刚石单晶。
6、将该金刚石单晶经过切割加工，得到0.3克拉生命钻石。
实施例三：
如图2所示，
1、将150克动物毛发在真空环境中，加温至900℃，并保温2小时，得到15克固态碳。
2、将该固态碳在王水中加热至沸腾处理2小时，然后在氢氟酸中处理1小时，得到纯净碳13克。
3、将提纯后的固态碳置于石墨化炉中，抽真空后通入氮气，在3100℃下加热3小时，得到石墨10克。
4、将该石墨置于特定的合成块中，在没有任何触媒的情况下，压力在10GPa，温度3000℃下10分钟得到金刚石粉6克。
5、将该金刚石粉作为碳源，用温差法(晶种法)生长250小时，得到大约5克拉的金刚石单晶。
6、将该金刚石单晶经过切割加工，得到2克拉生命钻石。

Claims (4)

1.一种生命钻石的高温高压制备工艺，按如下步骤进行：
(1)在真空、还原性气氛或惰性气氛中，对人体或动物毛发，所有动植物的组成部分的碳水化合物进行高温处理，从中提取出固态碳；
(2)对该固态碳浸入强酸及强碱中，去除杂质，进行提纯处理；对提纯后的固态碳进行高温石墨化处理；
(3)处理后的石墨在金属触媒或非金属触媒条件下，在高温高压下生成金刚石粉或颗粒；
(4)将生成的金刚石粉或颗粒为原料，应用温差法，在高温高压下生长宝石级大颗粒金刚石单晶；
(5)将该宝石级金刚石单晶切割加工为生命钻石。
2.根据权利要求1所述生命钻石的高温高压制备工艺，其特征在于：所述步骤1中固态碳大部分为非晶态碳。
3.根据权利要求1所述生命钻石的高温高压制备工艺，其特征在于：所述步骤2中石墨化处理在真空或保护性气氛炉中进行，石墨化温度大于2000℃。
4.根据权利要求1所述生命钻石的高温高压制备工艺，其特征在于：所述步骤3和步骤4中合成压力大于5GPa，温度大于1200℃。
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