KR101328310B1 - Cell unit for manufacturing diamond - Google Patents

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Abstract

다이아몬드 제조용 셀 유닛이 개시된다. 본 발명에 따른 다이아몬드 제조용 셀 유닛은 탄소원료에 열 및 압력을 가하여 다이아몬드 분말을 제조하는 적층셀 및 상기 적층셀의 내부에 배치되고, 다이아몬드에 열 및 압력을 가하여 성장 및 색향상 시키는 튜브셀을 포함한다.Disclosed is a cell unit for producing diamond. The cell unit for producing diamond according to the present invention includes a laminated cell for producing diamond powder by applying heat and pressure to a carbon raw material, and a tube cell disposed inside the laminated cell and growing and improving color by applying heat and pressure to diamond. do.

Figure R1020110073262
Figure R1020110073262

Description

다이아몬드 제조용 셀 유닛{CELL UNIT FOR MANUFACTURING DIAMOND}Cell unit for diamond manufacturing {CELL UNIT FOR MANUFACTURING DIAMOND}

다이아몬드를 제조하는데 사용되는 다이아몬드 제조용 셀 유닛이 개시된다.Disclosed is a cell unit for making diamonds used to make diamonds.

다이아몬드는 우수한 경도를 갖는 물리적 특성과 화학적으로 안정한 구조를 갖는 특성상 산업적으로 널리 이용되고 있는 추세이다.Diamond has been widely used industrially due to its physical properties and excellent chemical stability.

산업상 사용되는 다이아몬드의 제조방법은 고온고압 방식(high pressure high temperature, HPHT) 및 화학 기상 증착 방식(chemical vapor deposition, CVD)이 널리 쓰이고 있다. 특히, 고온고압 방식에 의한 다이아몬드 제조방법은 양산을 위한 기계적 디자인이 쉽고, 작동의 간편성, 경제성, 빠른 생산 및 높은 수율로 인해 가장 많이 사용되고 있다.As a method of manufacturing diamonds used in industry, high pressure high temperature (HPHT) and chemical vapor deposition (CVD) are widely used. In particular, the diamond manufacturing method by the high temperature and high pressure method is most used due to the easy mechanical design for mass production, simplicity of operation, economical efficiency, fast production and high yield.

종래의 고온고압 방식에 따른 다이아몬드 제조장치에는 다이아몬드 분말을 제조하기 위한 셀과 벌크형 다이아몬드를 성장 및 색향상하기 위한 셀을 필요로 한다. 이러한 셀들은 그 용도가 각각 다름에 따라, 셀들의 구조 역시 각각 다르다. 따라서, 다이아몬드 분말을 제조하기 위한 셀을 다이아몬드 제조장치의 내부에 배치한 후, 고온고압의 조건을 가하여 다이아몬드 분말을 제조한다. 한편, 이와 별도로 벌크형 다이아몬드를 성장 및 색향상 시키는 셀에 벌크형 다이아몬드를 삽입하여 다이아몬드 제조장치의 내부에 배치시킨 후, 다시 고온고압의 조건을 가하여 가공된 다이아몬드를 제조한다.Conventional high temperature and high pressure diamond manufacturing apparatus requires a cell for producing diamond powder and a cell for growing and improving the color of the diamond type. As these cells have different uses, the structures of the cells are also different. Therefore, after the cell for producing the diamond powder is placed inside the diamond manufacturing apparatus, the diamond powder is manufactured under the conditions of high temperature and high pressure. Meanwhile, the bulk diamond is separately inserted into a cell for growing and improving the bulk diamond to be placed inside the diamond manufacturing apparatus, and then the processed diamond is manufactured by applying conditions of high temperature and high pressure again.

이와 같이, 종래의 기술은 동일 조건의 고온고압 공정을 반복적으로 수행하기 때문에, 에너지 소비가 크고, 양산시간이 오래 걸리며, 많은 수의 셀들을 제조해야만 하는 문제점이 있었다.As described above, since the conventional technology repeatedly performs the high temperature and high pressure process under the same conditions, there is a problem in that energy consumption is large, mass production time is long, and a large number of cells must be manufactured.

본 발명은, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 1회 고온고압 처리공정에 의해 다이아몬드 분말 제조 및 벌크형 다이아몬드의 색향상을 동시에 수행할 수 있는 다이아몬드 제조용 셀 유닛을 제공하는 것이다.The present invention has been made to solve the above problems, to provide a diamond unit cell unit capable of simultaneously performing diamond powder production and color enhancement of bulk diamond by a single high temperature and high pressure treatment process.

상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 다이아몬드 제조용 셀 유닛은 탄소원료에 열 및 압력을 가하여 다이아몬드 분말을 제조하는 적층셀 및 상기 적층셀의 내부에 배치되고, 다이아몬드에 열 및 압력을 가하여 성장 및 색향상 시키는 튜브셀을 포함한다.In order to achieve the above object, the diamond manufacturing cell unit according to the present invention is a laminated cell for producing a diamond powder by applying heat and pressure to the carbon raw material and disposed inside the laminated cell, the growth by applying heat and pressure to the diamond And it includes a tube cell for color enhancement.

상기 적층셀은 상기 탄소원료가 되는 적어도 하나의 탄소 디스크 및 용융된 탄소 디스크를 고용화시키는 적어도 하나의 촉매 디스크를 포함할 수 있다.The stacked cell may include at least one carbon disk to be the carbon raw material and at least one catalyst disk to solidify the molten carbon disk.

상기 탄소 디스크 및 상기 촉매 디스크 중 적어도 하나에는 관통홀이 형성되고, 상기 관통홀에 상기 튜브셀이 배치될 수 있다.At least one of the carbon disk and the catalyst disk may have a through hole, and the tube cell may be disposed in the through hole.

상기 탄소 디스크 및 상기 촉매 디스크는 서로 교차되어 적층될 수 있다. 상기 탄소 디스크의 적어도 일부가 상기 촉매 디스크의 적어도 일부와 서로 접촉될 수 있다.The carbon disk and the catalyst disk may be stacked to cross each other. At least a portion of the carbon disk may be in contact with at least a portion of the catalyst disk.

상기 촉매 디스크의 소재는 니켈(Ni), 철(Fe), 망간(Mn), 코발트(Co)를 포함할 수 있다. 상기 촉매 디스크에는 인산칼슘(calcium phosphate), 보론(boron), 알루미늄(aluminum), 티타늄(titanium)이 첨가될 수 있다.The material of the catalyst disk may include nickel (Ni), iron (Fe), manganese (Mn), cobalt (Co). Calcium phosphate, boron, aluminum, and titanium may be added to the catalyst disk.

상기 적층셀은 외부로부터 전기 에너지를 인가 받아 열을 발생시키고, 상기 다이아몬드에 열을 전달할 수 있다.The laminated cell may generate heat by receiving electrical energy from the outside, and transfer heat to the diamond.

상기 적층셀에는 외부로부터 상기 튜브셀로 상기 다이아몬드, 상기 다이아몬드를 성장시키는 탄소분말 및 상기 탄소분말을 고용화시키는 상기 촉매분말을 이동시킬 수 있는 홀이 형성될 수 있다.In the stacked cell, holes may be formed to move the diamond, the carbon powder for growing the diamond, and the catalyst powder for solidifying the carbon powder from the outside to the tube cell.

상기 튜브셀의 소재는 산화 마그네슘(MgO) 소결체를 포함할 수 있다. 상기 적층셀에 전기 에너지를 인가하는 전극체를 더 포함할 수 있다.The material of the tube cell may include a magnesium oxide (MgO) sintered body. It may further include an electrode body for applying electrical energy to the laminated cell.

상기 전극체는 상기 적층셀의 양 단부에 형성될 수 있다. 상기 적층셀의 외면 중 적어도 일부를 감싸는 개스킷을 더 포함할 수 있다. 상기 개스킷의 소재는 파이로필라이트(pyrophyllite)를 포함하고, 상기 개스킷의 형상은 육면체를 포함할 수 있다.The electrode body may be formed at both ends of the stacked cell. It may further include a gasket surrounding at least a portion of the outer surface of the stacked cell. The gasket material may include pyrophyllite, and the shape of the gasket may include a hexahedron.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따르면, 1회 고온고압 처리공정에 의해 다이아몬드 분말 제조 및 벌크형 다이아몬드의 색향상이 동시에 수행되므로, 에너지 소비가 적고, 양산시간이 짧으며, 복수의 셀을 제조해야만 하는 낭비를 줄일 수 있다.According to the present invention configured as described above, since the diamond powder production and the bulk improvement of the color of the diamond is simultaneously performed by a single high temperature and high pressure treatment process, the energy consumption is low, the mass production time is short, and the waste of having to manufacture a plurality of cells Can be reduced.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다이아몬드 제조용 셀 유닛의 사시도이다.
도 2는 도 1에서 도시된 I-I’선을 따라 절단한 단면도이다.
도 3은 도 2에서 도시된 다이아몬드 제조용 셀 유닛을 분해한 분해 사시도이다.
도 4는 도 1에 도시된 적층셀 및 튜브셀을 수납하는 개스킷을 도시한 사시도이다.
도 5는 다이아몬드 제조용 셀 유닛을 탑재하여 압력을 가하고, 전류를 공급하여 가열시키는 HPHT 장비의 도면이다.
도 6은 도 5의 HPHT 장비가 다이아몬드 제조용 셀 유닛에 압력을 가하는 내부 모식도이다.
도 7은 도 5 및 도 6에 도시된 HPHT 장비를 사용하여 제조된 벌크형 다이아몬드를 분광 분석(라만 분광기, Raman spectroscopy)한 데이터이다.1 is a perspective view of a diamond cell manufacturing unit according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line II ′ of FIG. 1.
FIG. 3 is an exploded perspective view illustrating an exploded diamond unit illustrated in FIG. 2.
4 is a perspective view illustrating a gasket for storing the stacked cells and the tube cells shown in FIG. 1.
FIG. 5 is a diagram of an HPHT device equipped with a diamond unit cell unit to apply pressure, supply current, and heat the same.
FIG. 6 is an internal schematic diagram in which the HPHT equipment of FIG. 5 pressurizes a cell unit for diamond production.
FIG. 7 is data obtained by spectroscopic analysis (Raman spectroscopy) of bulk diamonds manufactured using the HPHT apparatus shown in FIGS. 5 and 6.

후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The following detailed description of the invention refers to the accompanying drawings that show, by way of illustration, specific embodiments in which the invention may be practiced. These embodiments are described in sufficient detail to enable those skilled in the art to practice the invention. It should be understood that the various embodiments of the present invention are different, but need not be mutually exclusive. For example, certain features, structures, and characteristics described herein may be implemented in other embodiments without departing from the spirit and scope of the invention in connection with an embodiment. It is also to be understood that the position or arrangement of the individual components within each disclosed embodiment may be varied without departing from the spirit and scope of the invention. The following detailed description is, therefore, not to be taken in a limiting sense, and the scope of the present invention is to be limited only by the appended claims, along with the full scope of equivalents to which such claims are entitled, if properly explained. In the drawings, like reference numerals refer to the same or similar functions throughout the several views.

이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구성을 상세하게 설명하도록 한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, in order that those skilled in the art can easily carry out the present invention.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다이아몬드 제조용 셀 유닛의 사시도이다.1 is a perspective view of a diamond cell manufacturing unit according to an embodiment of the present invention.

도 2는 도 1에서 도시된 I-I’선을 따라 절단한 단면도이다.FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line II ′ of FIG. 1.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 다이아몬드 제조용 셀 유닛(100)은 적층셀(110), 튜브셀(120)을 포함한다.1 and 2, the diamond unit cell unit 100 according to an embodiment of the present invention includes a stacked cell 110 and a tube cell 120.

적층셀(110)은 다이아몬드 분말을 제조하며, 탄소 디스크(111) 및 촉매 디스크(112)를 포함한다.The stacked cell 110 manufactures diamond powder, and includes a carbon disk 111 and a catalyst disk 112.

탄소 디스크(111)는 탄소(Carbon)원료를 소재로 하며, 외부로부터 전기적 에너지를 인가 받아 발열된다. 탄소 디스크(111)는 열에 의해 용융될 수 있다. 탄소 디스크(111)는 일정한 두께를 갖는 원판 형상을 가질 수 있다. 탄소 디스크(111)의 두께 및 직경은 제조하고자 하는 다이아몬드 분말의 양을 고려하여 다양하게 변경될 수 있다.Carbon disk 111 is made of carbon (Carbon) material, and generates heat by receiving electrical energy from the outside. The carbon disk 111 may be melted by heat. The carbon disk 111 may have a disk shape having a constant thickness. The thickness and diameter of the carbon disk 111 may be variously changed in consideration of the amount of diamond powder to be produced.

촉매 디스크(112)는 열에 의해 용융된 탄소 디스크(111)가 균일한 상(phase)을 가질 수 있도록 고용화 시킨다. 촉매 디스크(112)의 소재는 3주기 전이금속을 포함할 수 있다. 예를 들면, 촉매 디스크(112)는 니켈(Ni), 철(Fe), 망간(Mn), 코발트(Co) 또는 이들의 합금(Ni77Fe11Mn9Co3)을 포함할 수 있다.Catalyst disk 112 solidifies the thermally molten carbon disk 111 to have a uniform phase. The material of the catalyst disk 112 may comprise a three-cycle transition metal. For example, the catalyst disk 112 may include nickel (Ni), iron (Fe), manganese (Mn), cobalt (Co) or alloys thereof (Ni 77 Fe 11 Mn 9 Co 3 ).

촉매 디스크(112)는 탄소 디스크(111)와 동일한 형상을 가질 수 있다. 예를 들면, 촉매 디스크(112)는 탄소 디스크(111)와 접촉하여 서로 교차되어 적층될 수 있다. 이때, 탄소 디스크(111)에 발생된 열에 의해 촉매 디스크(112)의 일부가 용융될 수 있다.The catalyst disk 112 may have the same shape as the carbon disk 111. For example, the catalyst disks 112 may be stacked in contact with each other in contact with the carbon disks 111. At this time, a portion of the catalyst disk 112 may be melted by the heat generated in the carbon disk 111.

촉매 디스크(112)가 탄소 디스크(111)와 접촉되어야 열 전달이 효과적으로 일어날 수 있고, 용융된 촉매 디스크(112)가 탄소 디스크(111)를 고용화 시킬 수 있다. 따라서, 촉매 디스크(112)가 탄소 디스크(111)와 일부분 접촉하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 상기 촉매 디스크(112)의 상면과 하면은 각각 상기 탄소 디스크(111)와 마주하여 접촉될 수 있다.The heat transfer can effectively occur when the catalyst disk 112 is in contact with the carbon disk 111, and the molten catalyst disk 112 can solidify the carbon disk 111. Thus, it is desirable for the catalyst disk 112 to be in partial contact with the carbon disk 111. For example, the upper and lower surfaces of the catalyst disk 112 may be in contact with the carbon disk 111, respectively.

촉매 디스크(112)는 니켈(Ni), 철(Fe), 망간(Mn), 코발트(Co) 또는 이들의 합금(Ni77Fe11Mn9Co3)을 포함하는 주원료에 고용성을 증가시키는 첨가물질이 첨가될 수 있다. 예를 들면, 상기 첨가물질은 인산칼슘(calcium phosphate), 보론(boron), 알루미늄(aluminum), 티타늄(titanium) 또는 이들의 합금을 포함할 수 있다. 한편, 촉매 디스크(112) 및 탄소 디스크(111)에는 이하에서 설명될 튜브셀(120)이 내부에 배치될 수 있도록 관통홀(Ph)이 형성될 수 있다.Catalyst disk 112 is an additive that increases solid solubility in main raw materials including nickel (Ni), iron (Fe), manganese (Mn), cobalt (Co) or alloys thereof (Ni 77 Fe 11 Mn 9 Co 3 ). This can be added. For example, the additive material may include calcium phosphate, boron, aluminum, titanium, or an alloy thereof. Meanwhile, through holes Ph may be formed in the catalyst disk 112 and the carbon disk 111 so that the tube cells 120 to be described below may be disposed therein.

도 3은 도 2에서 도시된 다이아몬드 제조용 셀 유닛을 분해한 분해 사시도이다.FIG. 3 is an exploded perspective view illustrating an exploded diamond unit illustrated in FIG. 2.

도 2 및 도 3을 참조하면, 튜브셀(120)은 적층셀(110)의 내부에 배치되고, 벌크형 다이아몬드 (DI)를 성장 및 색향상 시킨다.2 and 3, the tube cell 120 is disposed inside the stacked cell 110 and grows and improves the color diamond DI.

튜브셀(120)의 내부에는 벌크형 다이아몬드(DI)가 배치될 수 있다. 튜브셀(120)의 소재는 고온에서 물리적, 화학적 영향에 견딜 수 있는 내화재료를 포함한다. 예를 들면, 튜브셀(120)의 소재는 산화마그네슘(MgO)을 포함한다. 산화마그네슘(MgO)의 녹는점이 2,800℃이고 끊는점은 3,600℃를 가지므로, 다이아몬드를 제조하기 위한 온도 조건인 1,800℃에서도 물리적, 화학적으로 안정한 구조를 갖는다.The bulk diamond DI may be disposed in the tube cell 120. The material of the tube cell 120 includes a refractory material that can withstand physical and chemical effects at high temperatures. For example, the material of the tube cell 120 includes magnesium oxide (MgO). Since MgO has a melting point of 2,800 ° C and a breaking point of 3,600 ° C, it has a physically and chemically stable structure even at 1,800 ° C, which is a temperature condition for producing diamond.

튜브셀(120)은 입상의 분체를 가압함에 따라 다양한 형상을 가질 수 있다. 예를 들면, 튜브셀(120)은 산화마그네슘 분체를 프레스기로 가압하여 형성된 소결체로서, 원통 형상을 가질 수 있다. 튜브셀(120)의 형상은 원통 이외에도, 직육면체, 구형 등 다양하게 변경될 수 있다.The tube cell 120 may have various shapes as the granular powder is pressed. For example, the tube cell 120 is a sintered body formed by pressing magnesium oxide powder by a press, and may have a cylindrical shape. The shape of the tube cell 120 may be variously changed in addition to a cylinder, such as a rectangular parallelepiped and a spherical shape.

한편, 튜브셀(120)의 내부에는 벌크형 다이아몬드(DI), 벌크형 다이아몬드(DI)를 성장시키는 탄소분말 및 탄소분말을 고용화시키는 촉매분말이 배치될 수 있다. 튜브셀(120)에 구멍(미도시)을 내어 외부로부터 튜브셀(120)의 내부로 다이아몬드(DI), 탄소분말, 촉매분말을 삽입한 후, 산화마그네슘으로 구멍을 채울 수 있다.On the other hand, the inside of the tube cell 120 may be disposed of a bulk diamond (DI), a carbon powder for growing the bulk diamond (DI) and a catalyst powder for solidifying the carbon powder. A hole (not shown) may be made in the tube cell 120 to insert diamond (DI), carbon powder, and catalyst powder into the tube cell 120 from the outside, and then fill the hole with magnesium oxide.

다이아몬드 제조용 셀 유닛(100)은 적층셀(110)에 전류를 인가하는 전극체(130)를 더 포함할 수 있다. 예를 들면, 전극체(130)는 적층셀(110)의 양단부에 형성될 수 있다. 전극체(130)는 탄소 디스크(111) 또는 촉매 디스크(112)와 마주하여 접촉될 수 있다. 적층셀(110)의 소재는 전기 전도도가 높은 소재로 형성될 수 있다.The diamond manufacturing cell unit 100 may further include an electrode body 130 for applying a current to the stacked cell 110. For example, the electrode body 130 may be formed at both ends of the stacked cell 110. The electrode body 130 may be in contact with the carbon disk 111 or the catalyst disk 112. The material of the stacked cell 110 may be formed of a material having high electrical conductivity.

도 4는 도 1에 도시된 적층셀 및 튜브셀을 수납하는 개스킷을 도시한 사시도이다.4 is a perspective view illustrating a gasket for storing the stacked cells and the tube cells shown in FIG. 1.

도 4를 참조하면, 다이아몬드 제조용 셀 유닛(100)은 튜브셀(120) 및 적층셀(110)을 수납하는 개스킷(140)을 더 포함할 수 있다. 개스킷(140)은 외부에서 압력을 인가하는 프레스 장치의 구성에 따라 다양한 형상을 가질 수 있다. 예를 들면, 6 방향에서 압력을 가하는 프레스 장치의 경우, 개스킷(140)의 외면은 육면체의 형상을 가질 수 있다.Referring to FIG. 4, the diamond manufacturing cell unit 100 may further include a gasket 140 containing the tube cell 120 and the stacked cell 110. The gasket 140 may have various shapes according to the configuration of the press apparatus for applying pressure from the outside. For example, in the case of a press device applying pressure in six directions, the outer surface of the gasket 140 may have a hexahedral shape.

개스킷(140)의 소재는 고온에서 물리적, 화학적 영향에 견딜 수 있는 내화재료를 포함한다. 예를 들면, 개스킷(140)은 파이로필라이트(pyrophyllite, Al2Si4O10(OH)2)를 포함한다.The material of the gasket 140 includes a refractory material that can withstand physical and chemical effects at high temperatures. For example, the gasket 140 includes pyrophyllite (Al 2 Si 4 O 10 (OH) 2 ).

이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 다이아몬드 제조용 셀 유닛을 사용하여 다이아몬드를 제조과정을 도 3 및 도 5 내지 도 7을 참조하여 구체적으로 설명하도록 한다.
Hereinafter, a diamond manufacturing process using a diamond cell manufacturing unit according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 3 and 5 to 7.

<다이아몬드 제조용 셀 유닛의 제조><Production of Diamond Cell Manufacturing Unit>

도 3을 참조하여 설명하면, 직경 74μm인 산화마그네슘 분말을 원통형으로 소결시키기 위해 400kg의 하중을 가하고, 800℃에서 5 시간 동안 가열하여 튜브셀(120)을 제조하였다. 이어서, 튜브셀(120)에 직경이 3mm인 홀을 뚫고, 튜브셀(120) 중심에 벌크형 다이아몬드(DI), 탄소분말 및 촉매분말을 삽입하였다.Referring to FIG. 3, a tube cell 120 was prepared by applying a load of 400 kg to sinter the magnesium oxide powder having a diameter of 74 μm into a cylindrical shape and heating at 800 ° C. for 5 hours. Subsequently, a hole having a diameter of 3 mm was drilled through the tube cell 120, and bulk diamond (DI), carbon powder, and catalyst powder were inserted in the center of the tube cell 120.

다음으로, 탄소 디스크(111) 및 촉매 디스크(112)를 서로 교차하여 적층 함으로 적층셀(110)을 제조하였다. 이때, 적층된 탄소 디스크(111)와 촉매 디스크(112)의 일부에 관통홀(Ph)을 형성시켰다. 한편, 탄소 디스크(111)와 촉매 디스크(112)는 서로 열전도가 가능하도록 접촉시켜 고정하였다.Next, the laminated cell 110 was manufactured by stacking the carbon disk 111 and the catalyst disk 112 to cross each other. At this time, a through hole Ph was formed in a part of the stacked carbon disc 111 and the catalyst disc 112. On the other hand, the carbon disk 111 and the catalyst disk 112 were fixed by contacting each other to enable thermal conductivity.

다음으로, 적층셀(110)의 상단과 하단에 각각 전극체(130)를 접촉시켜 고정하였다. 이어서, 파이로필라이트를 소재로 하고 육면체 형상을 갖되, 튜브셀(120), 적층셀(110)이 내부에 배치될 수 있는 개스킷을 제조하여 이들을 삽입하였다.Next, the electrode body 130 was contacted and fixed to the upper and lower ends of the stacked cells 110, respectively. Subsequently, a gasket in which a pyrophyllite is made of a material and having a hexahedral shape, in which a tube cell 120 and a stacked cell 110 may be disposed, was manufactured and inserted therein.

이상에서 설명한 바와 같은 방법으로, 다이아몬드 분말을 제조하는 적층셀(110) 및 벌크형 다이아몬드의 성장과 색향상을 수행하는 튜브셀(120)이 형성된 다이아몬드 제조용 셀 유닛(100)을 만들었다.
In the same manner as described above, a diamond manufacturing cell unit 100 in which a stacked cell 110 for producing diamond powder and a tube cell 120 for performing growth and color enhancement of bulk diamond are formed.

<다이아몬드의 제조><Manufacture of diamond>

도 5는 다이아몬드 제조용 셀 유닛을 탑재하여 압력을 여섯 방향에서 가하고, 전류를 공급하여 가열시키는 HPHT 장비의 도면이다.FIG. 5 is a diagram of an HPHT device equipped with a diamond cell manufacturing unit to apply pressure in six directions and supply and heat current.

도 6은 도 5의 HPHT장비를 이용하여 다이아몬드 제조용 셀 유닛에 압력을 가하는 내부 모식도이다.6 is an internal schematic diagram of applying pressure to a diamond cell manufacturing unit using the HPHT equipment of FIG.

도 5의 HPHT 장비로 Guilin 사의 장비를 입수하여 사용하였다. 도 5 및 도 6을 참조하면, 앞서 만들어진 다이아몬드 제조용 셀 유닛(100)을 HPHT 장비(DV) 내에 탑재하였다. 이어서, 다이아몬드 제조용 셀 유닛(100)에 서서히 33Mpa 에 도달하도록 압력을 가하였다. 도 5 및 도 6에 도시된 화살표의 방향과 같이 압력이 가해진다. 구체적으로, HPHT 장비(DV) 내부에는 다이아몬드 제조용 셀 유닛(100)의 외면과 마주하는 여섯 방향에, 축(F)과 연결된 피스톤(P)이 압력을 가하게 된다(도 6에서는 4면의 방향만 도시하였음).Guilin's equipment was obtained and used as the HPHT equipment of FIG. 5. 5 and 6, the diamond unit cell unit 100 prepared above was mounted in an HPHT device (DV). Subsequently, pressure was applied to the diamond production cell unit 100 to slowly reach 33 Mpa. Pressure is applied in the direction of the arrows shown in FIGS. 5 and 6. Specifically, in the HPHT equipment DV, the piston P connected to the shaft F exerts pressure in six directions facing the outer surface of the diamond manufacturing cell unit 100 (in FIG. 6, only four directions). Shown).

이와 동시에, 다이아몬드 제조용 셀 유닛(100)의 전극체(130)에 30 초 동안에 5000W의 전기 에너지를 인가하였다. 이때, HPHT 장비(DV)의 내부압력은 5Gpa 이였고, 내부 온도는 1500℃에 도달하였다.At the same time, 5000 W of electrical energy was applied to the electrode body 130 of the diamond cell manufacturing unit 100 for 30 seconds. At this time, the internal pressure of the HPHT equipment (DV) was 5Gpa, the internal temperature reached 1500 ℃.

이후, HPHT 장비(DV) 내에서 다이아몬드 제조용 셀 유닛(100)을 분리하고 망치를 사용하여 붕괴시켰다. 이때, 미립자의 다이아몬드 분말 및 색향상된 벌크형 다이아몬드를 얻을 수 있었다.
Thereafter, the diamond manufacturing cell unit 100 in the HPHT equipment (DV) was separated and collapsed using a hammer. At this time, fine diamond powder and color-enhanced bulk diamond could be obtained.

<제조된 다이아몬드의 분광분석>Spectroscopic Analysis of Manufactured Diamonds

도 7은 도 5 및 도 6에 도시된 HPHT 장비를 사용하여 제조된 벌크형 다이아몬드를 분광 분석(라만 분광기, Raman spectroscopy)한 데이터이다.FIG. 7 is data obtained by spectroscopic analysis (Raman spectroscopy) of bulk diamonds manufactured using the HPHT apparatus shown in FIGS. 5 and 6.

라만 분광 분석 데이터에서 다이아몬드는 1332 cm-1 피크 대역에서 나타나며, 그라파이트(Graphite)는 1600 cm-1 피크 대역에서 나타난다. 도 7을 참조하면, 그라파이트의 피크 대역이 검출되었으나, 벌크형 다이아몬드의 피크도 검출되는 것을 확인할 수 있다. 그라파이트가 완전하게 분리되지는 못하였지만 일부 벌크형 다이아몬드로 변화된 것을 확인할 수 있다.In Raman spectroscopic data, diamonds appear in the 1332 cm −1 peak band, and Graphite appear in the 1600 cm −1 peak band. Referring to FIG. 7, the peak band of graphite was detected, but the peak of the bulk diamond was also detected. Although the graphite was not completely separated, it can be seen that some of the bulk diamonds were changed.

제조된 벌크형 다이아몬드의 외관을 육안으로 관찰하면, HPHT 장비로 가공 처리 전 벌크형 다이아몬드는 갈색을 나타내었으나, HPHT 장비로 열 및 가압 처리된 벌크형 다이아몬드는 짙은 노란색을 띄는 것을 확인하였다. 따라서, 튜브셀에서 성공적인 색향상이 진행되었음을 확인할 수 있었다.
When visually observing the appearance of the prepared bulk diamond, it was confirmed that the bulk diamond was brown before processing with the HPHT equipment, but the bulk diamond heat and pressurized with the HPHT equipment was dark yellow. Therefore, it was confirmed that successful color enhancement was performed in the tube cell.

이와 같이, 본 발명에 따른 다이아몬드 제조용 셀 유닛은 1회 고온고압 처리공정에 의해 다이아몬드 분말의 제조 및 벌크형 다이아몬드의 성장-색향상이 동시에 수행되므로, 에너지 소비가 적고, 양산시간이 짧으며, 다수의 셀을 제조해야만 하는 낭비를 줄일 수 있다.As described above, the diamond cell manufacturing unit according to the present invention performs diamond powder production and bulk diamond growth and color enhancement simultaneously by a single high temperature and high pressure treatment process, so that energy consumption is low, mass production time is short, and The waste of having to manufacture a cell can be reduced.

이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.As described above, the present invention has been described by specific embodiments such as specific components and the like. For those skilled in the art, various modifications and variations are possible from these descriptions.

따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.Accordingly, the spirit of the present invention should not be construed as being limited to the embodiments described, and all of the equivalents or equivalents of the claims, as well as the following claims, belong to the scope of the present invention .

100: 다이아몬드 제조용 셀 유닛
110: 적층셀
111: 탄소 디스크
112: 촉매 디스크
120: 튜브셀
130: 전극체
140: 개스킷
Ph: 관통홀
DI: 벌크형 다이아몬드
DV: HPHT 장비
P: 피스톤
F: 축100: diamond cell unit
110: laminated cell
111: carbon disk
112: catalyst disk
120: tube cell
130: electrode body
140: gasket
Ph: through hole
DI: Bulk Diamond
DV: HPHT Equipment
P: piston
F: axis

Claims (14)

탄소원료에 열 및 압력을 가하여 다이아몬드 분말을 제조하는 적층셀; 및
상기 적층셀의 내부에 배치되고, 다이아몬드에 열 및 압력을 가하여 성장 및 색향상 시키는 튜브셀
을 포함하되,
상기 적층셀은 상기 탄소원료가 되는 적어도 하나의 탄소 디스크 및 용융된 탄소 디스크를 고용화시키는 적어도 하나의 촉매 디스크를 포함하며, 상기 탄소 디스크 및 상기 촉매 디스크 중 적어도 하나에는 관통홀이 형성되고, 상기 관통홀에 상기 튜브셀이 배치되며,
상기 적층셀에는 외부로부터 상기 튜브셀로 상기 다이아몬드, 상기 다이아몬드를 성장시키는 탄소분말 및 상기 탄소분말을 고용화시키는 상기 촉매분말을 이동시킬 수 있는 홀이 형성된 것을 특징으로 하는 다이아몬드 제조용 셀 유닛.A laminated cell for producing diamond powder by applying heat and pressure to a carbon raw material; And
A tube cell disposed inside the stacked cell and growing and improving color by applying heat and pressure to the diamond.
Including,
The stacked cell includes at least one carbon disk serving as the carbon raw material and at least one catalyst disk for solidifying a molten carbon disk. A through hole is formed in at least one of the carbon disk and the catalyst disk. The tube cell is disposed in the hole,
And a hole in the laminated cell to move the diamond, the carbon powder for growing the diamond, and the catalyst powder for solidifying the carbon powder, from the outside to the tube cell. 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 탄소 디스크 및 상기 촉매 디스크는 서로 교차되어 적층된 것을 특징으로 하는 다이아몬드 제조용 셀 유닛.The method of claim 1,
And the carbon disk and the catalyst disk are stacked to cross each other. 제4항에 있어서,
상기 탄소 디스크의 적어도 일부가 상기 촉매 디스크의 적어도 일부와 서로 접촉된 것을 특징으로 하는 다이아몬드 제조용 셀 유닛.5. The method of claim 4,
At least a portion of the carbon disk is in contact with at least a portion of the catalyst disk. 제1항에 있어서,
상기 촉매 디스크의 소재는 니켈(Ni), 철(Fe), 망간(Mn), 코발트(Co)를 포함하는 것을 특징으로 하는 다이아몬드 제조용 셀 유닛.The method of claim 1,
The material of the catalyst disk is nickel (Ni), iron (Fe), manganese (Mn), cobalt (Co) comprises a cell unit for diamond production. 제1항에 있어서,
상기 촉매 디스크에는 인산칼슘(calcium phosphate), 보론(boron), 알루미늄(aluminum), 티타늄(titanium)이 첨가된 것을 특징으로 하는 다이아몬드 제조용 셀 유닛.The method of claim 1,
The cell unit for diamond production, characterized in that the catalyst disk is added calcium phosphate, boron, aluminum, titanium. 제1항에 있어서,
상기 적층셀은 외부로부터 전기 에너지를 인가 받아 열을 발생시키고, 상기 다이아몬드에 열을 전달하는 것을 특징으로 하는 다이아몬드 제조용 셀 유닛.The method of claim 1,
The laminated cell is a cell unit for producing diamond, characterized in that by applying electrical energy from the outside to generate heat, and transfer heat to the diamond. 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 튜브셀의 소재는 산화 마그네슘(MgO) 소결체를 포함하는 것을 특징으로 하는 다이아몬드 제조용 셀 유닛.The method of claim 1,
The material of the tube cell is a diamond unit cell manufacturing, characterized in that it comprises a magnesium oxide (MgO) sintered body. 제1항에 있어서,
상기 적층셀에 전기 에너지를 인가하는 전극체를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다이아몬드 제조용 셀 유닛.The method of claim 1,
Cell unit for producing diamond, characterized in that it further comprises an electrode body for applying electrical energy to the laminated cell. 제11항에 있어서,
상기 전극체는 상기 적층셀의 양 단부에 형성된 것을 특징으로 하는 다이아몬드 제조용 셀 유닛.12. The method of claim 11,
The electrode unit is a cell unit for diamond production, characterized in that formed on both ends of the laminated cell. 제1항에 있어서,
상기 적층셀의 외면 중 적어도 일부를 감싸는 개스킷을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다이아몬드 제조용 셀 유닛.The method of claim 1,
Cell unit for producing diamond, characterized in that it further comprises a gasket surrounding at least a portion of the outer surface of the laminated cell. 제13항에 있어서,
상기 개스킷의 소재는 파이로필라이트(pyrophyllite)를 포함하고, 상기 개스킷의 형상은 육면체를 포함하는 것을 특징으로 하는 다이아몬드 제조용 셀 유닛.The method of claim 13,
The gasket material comprises pyrophyllite (pyrophyllite), the shape of the gasket cell unit for diamond production, characterized in that it comprises a hexahedron.
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