Синтез минералов Том 1 - Хаджи В.Е.
Скачать (прямая ссылка):
Из графиков на рис. 121 следует, что введение в систему Ni — Mn добавок In и Cu не только приводит к снижению абсолютной растворимости углерода и уменьшению температурной зависимости этой величины для алмаза и графита, но и уменьшает абсолютное пересыщение.
, При значительных расхождениях в определении границ областей стабильности графита и присутствии расплавленных металлов, а также при сложности учета температурных поправок к давлению, абсолютные значения концентрации графита Cr могут и не отражать истинной картины. Однако, принимая во внимание то, что эксперименты с различными металлическими системами проводились в одинаковых условиях с точки зрения как методики измерения параметров, так и снаряжения контейнеров, сравнительная оценка этих данных между собой вполне оправдана.
Серия предварительных опытов по выращиванию кристаллов алмаза на затравку (гл. 17) с использованием растворителя Ni — Mn — Sb показала необходимость более детального изучения этой системы. Изучение температурной зависимости растворимости алмаза проводилось в системе Ni — Mn (1:1) с добавкой сурьмы (массовая доля 30%) в интервале 1370—1570 К и р = = 4,3 ГПа, что соответствовало образованию области термодинамической стабильности алмаза. При выборе указанного значения концентрации сурьмы принималось во внимание следующее: 1) при выращивании алмаза на затравку в системе Ni — Mn (1 : 1) часто
361 наблюдается образование спонтанных кристаллов; 2) при увеличении концентрации сурьмы до 35—45 % происходит резкое возрастание порогового давления, необходимого для спонтанного алмазообразования (см. рис. 120,а). Следовательно, введение в основную металлическую систему Ni — Mn добавки сурьмы в количестве более 30 % обеспечивает значительное снижение пересыщения и тем самым уменьшает вероятность образования паразитных центров кристаллизации. Это связано с тем, что приблизительно при тех же концентрациях происходит резкое изменение характера зависимости растворимости алмаза от содержания сурьмы.
На рис. 123 (кривая 5) приведена зависимость растворимости алмаза для системы Ni — Mn (1:1)—Sb (массовая доля 30%) от температуры. Из графиков видно, что введение в качестве разжижающей добавки сурьмы приводит к значительному уменьшению растворимости алмаза по сравнению с системами Ni — Mn — Cu (кривая 2) и Ni — Mn — In (кривая 4). Характер указанных кривых объясняется, очевидно, не только эффектом, выражающимся в снижении активного растворителя, но и различной химической природой рассматриваемых элементов как разжижающих добавок по отношению к углероду.
Как видно из рис. 121, результаты анализа проб, полученные различными методами, согласуются вполне удовлетворительно. Таким образом, определение концентрации углерода в металле как кулонометрическим способом, так и методом измерения инфракрасного поглощения (ИК-поглощения) применимо при исследовании растворимости углерода. Тем не менее предпочтение следует отдать последнему методу, так как в этом случае определение ведется непосредственно по количеству продуктов окисления углерода при сжигании пробы, а также с более высокой надежностью и производительностью.
Тенденция к увеличению размеров реакционного объема камер в экспериментах по наращиванию алмаза на затравку требует решения вопросов, относящихся к оценке длительности насыщения углеродом расплава металла-растворителя, т. е. периода времени предварительного растворения затравок, а также распределению растворенного углерода в реакционном объеме. Проведенными исследованиями установлено, что прирост концентрации углерода в интервале времени от 5,4-IO3 до 7,2 • IO3 с составляет 3% от максимальной величины, а время, необходимое для достижения концентрации углерода, равной 95 % от равновесной (при растворении точечного источника), составляет 3-Ю3—3,6-IO3 с. Распределение растворенного углерода в реакционном объеме изучалось путем оценки его количества в пробах, находящихся на различном расстоянии от источника. Результаты анализов показывают, что при выдержке 2 ч достигается практически равномерное распределение углерода за счет переноса его преимущественно путем концентрационной диффузии. Максимальное отклонение содержания углерода в периферийной области образца от его содержания 362 Рис. 125. К определению скорости роста алмаза методом меток для кристаллов размером 1,2 (а); 0,7 (б) н 0,35-IO-4 м (в), синтезированных при длительном режиме 12- IO2 с
в пробе, прилегающей к источнику, составляет 7,3 %, что может быть объяснено и неизотермичностью условий в реакционном объеме.
Методика оценки скоростей роста синтетических кристаллов алмаза
Типичная для синтетических алмазов полидисперсность существенно затрудняет корректное определение линейных скоростей роста кристаллов. Способы оценки скорости роста по наиболее крупным индивидам, зародившимся предположительно в начальной стадии синтеза, характеризуют линейную скорость роста незначительной части общего количества кристаллов. Наиболее полная и исходная для оценки линейных скоростей роста информация может быть получена, во-первых, на основе исследования зонарного строения отдельных кристаллов, границы зон которых фиксированы, во-вторых, в результате статистического анализа дисперсности всей совокупности синтезированных в цикле кристаллов алмаза.
