生命鉆石的高溫高壓制備工藝的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及鉆石制備領域，具體的說，涉及一種以人體/動物毛發或其它動植物有機體中提取的碳元素為原料制備鉆石的方法。
【背景技術】
[0002]金剛石是由碳元素組成，具有立方晶型構造的結晶體。金剛石在已知的所有材料中具有最高的硬度和熱傳導率，廣泛應用于各種工業加工及半導體散熱行業。寶石級大顆粒金剛石經過切割加工后一般稱之為鉆石。
[0003]天然鉆石在地幔內部大約150公里以下的高溫高壓環境下形成，隨火山爆發和地殼的運動被帶到地表。因其堅硬、稀有和璀璨奪目的視覺效果，被譽為“寶石之王”。
[0004]工業金剛石于1955年美國通用電氣(GE)公司，由石墨和鐵，鈷，鎳等元素周期表第八族的金屬觸媒，首次在高溫高壓(壓力大于5GPa，溫度大于1200°C。)環境下成功合成。上世紀70年代，GE公司用溫差法(晶種法)成功生長出克拉級大顆粒金剛石單晶。上世紀90年代，日本無機材料研究所發表了碳酸鹽，硫酸鹽，食鹽，硫，磷等非金屬材料作為觸媒從石墨轉變金剛石的方法，但是該方法需要更高的壓力(大于7GPa)和溫度(大于1700°C)。
[0005]中國專利號CN101124158A公開了從人體或動物角蛋白(包含毛發)中提取碳元素，進而在高溫高壓下生長鉆石的一種方法。中國專利號CN101171987A公開了從人體或動物毛發提取碳元素，進而在高溫高壓下生長鉆石。但是，該專利沒有公布具體的實施方法。中國專利號CN104030284A公開了從人體或動物毛發提取碳元素，然后將碳石墨化，進而在高溫高壓下生長鉆石。如附圖1所示，以上幾種方法包含提取碳，碳的高溫石墨化的過程，以及石墨為碳源的高溫高壓下的金剛石單晶生長過程。
[0006]本發明使用人體/動物毛發，或其它動植物有機體為原料提取出固態碳，通過獨特的高溫高壓生產工藝，生長出專屬特有個體的鉆石。從而賦予了鉆石生命的特征，對毛發的提供者具有特殊的紀念意義。
【發明內容】
[0007]針對現有技術中存在的上述問題，本發明所要解決的技術問題在于提供一種用人體/動物毛發，或其它動植物有機體為原料制備生命鉆石的方法。
[0008]本發明目的是這樣實現的:
[0009]—種生命鉆石的高溫高壓制備工藝，按如下步驟進行:
[0010](1)在真空、還原性氣氛或惰性氣氛中，對人體或動物毛發，所有動植物的組成部分的碳水化合物進行高溫處理，從中提取出固態碳；
[0011](2)對該固態碳浸入強酸及強堿中，去除雜質，進行提純處理；對提純后的固態碳進行高溫石墨化處理；
[0012](3)處理后的石墨和金屬觸媒條件下，在高溫高壓下生成金剛石粉或顆粒；
[0013](4)將生成的金剛石粉或顆粒為原料，應用溫差法(晶種法)，在高溫高壓下生長寶石級大顆粒金剛石單晶；該金剛石單晶包括黃色，紅色(粉紅色)，藍色，無色(白色)等不同顏色。
[0014](5)將該寶石級金剛石單晶切割加工為生命鉆石。
[0015]上述步驟1中固態碳大部分為非晶態碳。
[0016]上述步驟2中石墨化處理在真空或保護性氣氛爐中進行，石墨化溫度大于2000。。。
[0017]上述步驟3和步驟4中合成壓力大于5GPa，溫度大于1200°C。
[0018]有益效果:使用傳統方法的石墨碳源時，由于金剛石的理論密度(3.5克/立方厘米)比石墨的理論密度(2.2克/立方厘米)大，石墨轉變成金剛石的體積收縮會引起合成腔體壓力下降，同時引起合成腔體的變形，進而影響單晶的質量。
【附圖說明】
[0019]圖1為傳統的工藝流程圖；
[0020]圖2本發明的工藝流程圖。
【具體實施方式】
[0021]實施例一:
[0022]如圖2所示，
[0023]1、將100克人體毛發置于高溫爐中，抽真空后通入氫氣，然后將還原爐進行加熱至1000°C，并保溫1小時，得到11克固態碳。
[0024]2、將該固態碳在王水(鹽酸/硝酸=3/1)中加熱至沸騰處理1小時，然后在加熱的氫氧化鈉中處理1小時，得到純凈碳9克。
[0025]3、將提純后的固態碳置于石墨化爐中，抽真空后通入氮氣至微正壓，在2900°C下加熱10小時，得到石墨7克。
[0026]4、將該石墨置于特定的合成塊中，在鐵鎳鈷金屬觸媒催化下，壓力5.5GPa，溫度1350°C條件下，30分鐘得到金剛石粉4克。
[0027]5、將該金剛石粉作為碳源，用溫差法(晶種法)生長180小時，得到大約3克拉的金剛石單晶。
[0028]6、將該金剛石單晶經過切割加工，得到1克拉生命鉆石。
[0029]實施例二:
[0030]如圖2所示，
[0031]1、將70克人體毛發在氮氣中，加溫至950°C，并保溫2小時，得到9克固態碳。
[0032]2、將該固態碳在王水中加熱至沸騰處理2小時，然后在加熱的氫氧化鉀中處理1小時，得到純凈碳7克。
[0033]3、將提純后的固態碳置于石墨化爐中，抽真空后通入氬氣，在3000°C下加熱5小時，得到石墨5克。
[0034]4、將該石墨置于特定的合成塊中，CaC03非金屬觸媒催化下，壓力在7GPa，溫度1850°C下1小時得到金剛石粉3克。
[0035]5、將該金剛石粉作為碳源，用溫差法(晶種法)生長100小時，得到大約1克拉的金剛石單晶。
[0036]6、將該金剛石單晶經過切割加工，得到0.3克拉生命鉆石。
[0037]實施例三:
[0038]如圖2所示，
[0039]1、將150克動物毛發在真空環境中，加溫至900°C，并保溫2小時，得到15克固態碳。
[0040]2、將該固態碳在王水中加熱至沸騰處理2小時，然后在氫氟酸中處理1小時，得到純凈碳13克。
[0041]3、將提純后的固態碳置于石墨化爐中，抽真空后通入氮氣，在3100°C下加熱3小時，得到石墨10克。
[0042]4、將該石墨置于特定的合成塊中，在沒有任何觸媒的情況下，壓力在lOGPa，溫度3000 °C下10分鐘得到金剛石粉6克。
[0043]5、將該金剛石粉作為碳源，用溫差法(晶種法)生長250小時，得到大約5克拉的金剛石單晶。
[0044]6、將該金剛石單晶經過切割加工，得到2克拉生命鉆石。
【主權項】
1.一種生命鉆石的高溫高壓制備工藝，按如下步驟進行: (1)在真空、還原性氣氛或惰性氣氛中，對人體或動物毛發，所有動植物的組成部分的碳水化合物進行高溫處理，從中提取出固態碳； (2)對該固態碳浸入強酸及強堿中，去除雜質，進行提純處理；對提純后的固態碳進行高溫石墨化處理； (3)處理后的石墨在金屬觸媒或非金屬觸媒條件下，在高溫高壓下生成金剛石粉或顆粒； (4)將生成的金剛石粉或顆粒為原料，應用溫差法，在高溫高壓下生長寶石級大顆粒金剛石單晶； (5)將該寶石級金剛石單晶切割加工為生命鉆石。2.根據權利要求1所述生命鉆石的高溫高壓制備工藝，其特征在于:所述步驟1中固態碳大部分為非晶態碳。3.根據權利要求1所述生命鉆石的高溫高壓制備工藝，其特征在于:所述步驟2中石墨化處理在真空或保護性氣氛爐中進行，石墨化溫度大于2000°C。4.根據權利要求1所述生命鉆石的高溫高壓制備工藝，其特征在于:所述步驟3和步驟4中合成壓力大于5GPa，溫度大于1200°C。
【專利摘要】本發明一種生命鉆石的高溫高壓制備工藝，在真空、還原性氣氛或惰性氣氛中，對人體或動物毛發，所有動植物的組成部分的碳水化合物進行高溫處理，從中提取出固態碳；浸入強酸及強堿中，去除雜質，進行提純處理；進行高溫石墨化處理；處理后的石墨和金屬觸媒條件下，在高溫高壓下生成金剛石粉或顆粒；將生成的金剛石粉或顆粒為原料，應用溫差法和晶種法，在高溫高壓下生長寶石級大顆粒金剛石單晶；將該寶石級金剛石單晶切割加工為生命鉆石。本發明使用金剛石粉或金剛石粉及石墨粉的混合物作為碳源，可以避免腔體壓力下降及變形問題，有利于高質量單晶的生長。
【IPC分類】B01J3/06
【公開號】CN105363386
【申請號】CN201510698587
【發明人】李洪, 李偉, 簡德志
【申請人】重慶天宇弘鋒新材料科技有限責任公司
【公開日】2016年3月2日
【申請日】2015年10月23日