CH472336A - Verfahren zur Umwandlung von Kohlenstoff in Diamant und Hochdruckanlage zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

  



  Verfahren zur Umwandlung von Kohlenstoff in Diamant und Hochdruckanlage zur Durchführung des Verfahrens
Bei den bekannten Verfahren zur technischen Herstellung von Diamant wurde im allgemeinen ein   kohlen-      stoffhaltiges    Material wie Graphit, in Gegenwart von oder zusammen mit einem speziellen Katalysator oder Lösungsmittel bei sehr hohen Drucken und Temperatur ren im diamantstabilen Bereich von Kohlenstoff im Kohlenstoffphasendiagramm behandelt. Bei diesen Verfahren werden nach Aufhebung des Druckes und der Temperatureinwirkung Diamanten erhalten. Die spe  ziellen    Katalysatoren oder Lösungsmittel enthalten ein Metall aus der Gruppe VIII des Periodensystems oder eines der Elemente Chrom, Mangan oder Tantal.

   Als diamantstabiler   Bereich    wird allgemein der Bereich ober  halb der Graphit-Diamant-Gleichgewichtsteile im m be-    kannten   Phasendiagramm    von Kohlenstoff bezeichnet.



   Ein Verfahren und eine Anlage zur Herstellung von Diamanten sind in den Schweizer Patententen Nummern 356 059 und 377 319   beschrieben.    Der im Schweizer Patent Nr. 377 319 beschriebene Apparat umfasst einen ringförmigen Gurt   ( beult )    oder ein Gesenke mit einer konvergent-divergenten Öffnung durch dasselbe und zwei einander entgegengesetzt   angeordnete    konzentrische kegelstumpfförmige Stempel, die sich in die Öffnung hineinbewegen und darin eine Reaktionskammer bilden.



  Eine Dichtung aus einem keramischen Material oder aus Stein, z. B.   Pyrophyllit,    wird zwischen den   Stempeln    und dem Gesenke zur Abdichtung verwendet.



   Das Verfahren zur Herstellung von Diamanten gemäss Patent Nr. 365 059 verwendet ein Reaktionsgefäss aus Pyrophyllit, welches die   Reaktionskomponenten    bzw. deren Ausgangsstoffe, z. B. Graphit, und eines der oben erwähnten Metalle aufnimmt.



   Dieses Gefäss wird in die beschriebene Reaktionskammer gebracht, worauf die Stempel gegeneinander bewegt werden, so dass in   dem    Gefäss der Druck erhöht wird. Durch Verbindung der Stempel mit einer elektrischen Energiequelle wird ein   Widerstandskreis    durch die Stempel und die Reaktionskomponenten in dem Reaktionsgefäss gebildet und ermöglicht eine Widerstands  neigung    der Probe. Druck und Temperatur werden so gewählt, dass Bedingungen der   Diamantbildung    oberhalb der   Graphit-Diamant-Gleichgewichtsiinie    erzielt werden, wobei die beschriebenen Metalle schmelzen. Das ge  schmolzene Metall übt eine e katalytische oder Lösung    mittelartige Wirkung auf den Graphit aus, so dass Diamant gebildet wird.

   Nach Verminderung von Druck und Temperatur wird der Diamant gewonnen.



   Dieses Verfahren und die Anlage unterliegen bestimmten Beschränkungen, welche die   Diamantbiildung    beeinflussen. Eine Beschränkung betrifft die Temperatur.



  Hohe Temperaturen schwächen die Anlage erheblich und steilen einen kritischen Faktor und eine Begrenzung der   Mögliehkeit    dar, höhere Drucke zu erreichen.



  In Abwesenheit hoher Temperatur können erheblich höhere Drucke erreicht werden als bei   hohen    Temperaturen. Hohe Temperaturen bewirken auch Schmelzvorgänge, chemische Reaktionen   und/oder eine    Zersetzung der umgebenden Stoffe, und deren Produkte gelangen in den Bereich der Diamantbildung und beeinflussen die Diamantbildung. Gleichzeitig führen hohe Temperaturen der umgebenden Materialien wegen   Schmelz- oder    Zersetzungserscheinungen sowie Phasenveränderungen zu unerwünschten Veränderungen sowohl des Druckes als auch der Temperatur.



   Eine andere Beschränkung betrifft die erwähnten Metalle. Diese Metalle nehmen ein erhebliches Volumen in dem Reaktionsgefäss in Anspruch, was zu einer Verminderung des in   einer    gegebenen Reaktion erzeugten Karatgewichtes an Diamant führt. Fernerhin können die umgebenden Materialien und   Metallle    unerwünschte ehemische Reaktionen auslösen bzw. erledigen und sowohl bekannte als auch unbekannte Komponenten oder Verunreinigungen enthalten, weiche die Diamantbildung be  einflussen.    In vielen Fällen ist die Wirkung dieser Ver  unreinigungen    nachteilig oder unbekannt.

   Da das Metall während einer längeren Zeitspanne in geschmolzenem Zustand vorliegen muss, wird das Eindringen oder die Diffusion von Verunreinigungen über längere Zeit   spannen wirksam sein und : die Reaktion beeinfl'ussen.   



  Die Bildung aus einer Reaktion unter   Verwendung    eines geschmolzenen Metalls erfordert auch unterschiedliche Verfahrensweisen wegen der zahlreichen, mit den vielen verwendbaren Metallen und Legierungen verbundenen Schmelzpunkten. In gleicher Weise ist auch das Endergebnis je nach den verschiedenen verwendeten Metallen   unterschiedlich,    da z. B. Metalle oder Metallverbindungen in die   gebildeten    Kristalle eingeschlossen werden können.



   Die kombinierte Wirkung von Temperaturbeschränkung und Metallzusatz verhindert nicht nur das für einen günstigeren Reaktionsablauf erforderliche Erreichen höherer Temperaturen, sondern macht auch die Vorbestimmung bestimmter Eigenschaften des als End Produkt erhaltenen Diamanten   schwing,    wenn nicht unmöglich.   Fernerhin    beeinflussen diese Beschränkungen die   gewünschte    Regelbarkeit des Verfahrens zur Herstellung von Diamanten, das heisst die Diamantreaktion. Da höhere Drucke nicht zu erreichen sind, ist auch die Regelbarkeit beschränkt, mittels   welcher    spezielle Druck Temperatur-Bereiche beim Verfahren eingehalten werden können.

   Wegen dieser und anderer Beschränkungen sind viele Versuche gemacht worden, Graphit dadurch in Diamant umzuwandeln, dass nur Graphit sehr hohen Drucken oder sehr hohen Drucken und relativ hohen Temperaturen ausgesetzt wurde. Derartige   Verfahren    würden es gestatten, die obigen Beschränkungen auszuschalten. Ferner ist es in vielen Fällen wünschenswert, gleichzeitig mit höheren Drucken auch höhere Temperaturen zu erzielen und dabei die nachteiligen und beschränkenden Wirkungen hoher Temperaturen zu vermindern.



   Die vorliegende Erfindung   soll    nun ein verbessertes Verfahren zur Umwandlung eines kohlenstoffhaltigen Stoffes in Diamant ermöglichen. Ferner soll die   Erfin-    dung die für die bekannten   Diamantherstellungsverfah-    ren erforderlichen Metalle überflüssig machen.



   Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass der Kohlenstoff in eine Hochdruckanlage eingebracht und mit einem Druck zwischen 20 und 420 Kb gepresst wird und danach der Druck und die Temperatur auf einen Wert eingestellt werden, der ob er halb der Linie im Th-Phasendiagramm des   Kohlenstoffs    nach Fig. 7 und unterhalb der   Schmelzlinie    des Diamants liegt, worauf der Druck und die Temperatur wieder abgesenkt und der Diamant aus der Anlage entnommen wird.



   Die Hochdruckanlage zur Durchführung des   Verfah-    rens ist gekennzeichnet durch einen ringförmigen Teil mit einer durch diesen sich erstreckenden konvergantdivergenten Öffnung, wobei die Seiten der Öffnung eine Abschrägung nach innen gegen die Quermitte der Öffnung aufweisen und die Öffnung zur Aufnahme   des    dem hohen Druck zu   unterwerfenden    Kohlenstoffs bestimmt ist, zwei Stempel, die je eine vorstehende konisch sich verengende Rotationskörperfläche besitzen, die in einer querstehenden Stirnfläche auslaufen und einander gegenübergestellt und koaxial zu dem ringförmigen Teil angeordnet sind, so dass sie axial in die Öffnung   hinein-    geführt werden können, je eine   konische    Dichtung für einen Stempel in dem konvergenten Raum,

   welcher seitlich von der konischen Fläche des Stempels und der ent  sprechenden    konischen Fläche der Öffnung begrenzt ist, und Mittel zum Bewirken einer relativen Bewegung zwischen dem Stempel und dem ringförmigen Teil zum Zusammenpressen der Dichtung und zur Erhöhung des Druckes auf den Kohlenstoff, dadurch gekennzeichnet, dass die vorstehenden konisch verjüngten Teile einen Spalt G begrenzen, der proportional dem Durchmesser D der Stirnfläche ist, wobei das Verhältnis G/D höchstens   1,75 beträgt, dass die Abschrägung g der Stempel und die      Abschrägung    der Öffnung einen nach innen gegen die Quermitte der Öffnung konvergenten Raum bilden und dass die Dichtung sich praktisch über die Gesamtlänge der konischen Fläche des Stempels erstreckt, koextensiv mit dieser und grösser als der jeweilige,

   entsprechende Durchmesser des Stempels ist.



   Die Erfindung soll anhand der Zeichnung näher er  läutert    werden. Es zeigt:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer abgeänderten Form der Gurtanlage, wie sie zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens verwendet wird,
Fig. 2 einen Querschnitt des in Fig. 1   verwendeten    Reaktionsgefässes mit darin enthaltener Probe,
Fig. 2a eine aus dem Reaktionsgefäss von Fig. 2 er  haltene Diamanunasse,   
Fig. 3 eine Draufsicht, teilweise   im    Schnitt des Reaktionsgefässes von Fig. 2, welche die Graphitelektroden, die Probe und Teile des Reaktionsgefässes in Ar  beitsstelìLung    zeigt,
Fig. 4 eine Darstellung einer abgeänderten Form des in Fig. 2 gezeigten Reaktionsgefässes,
Fig.   4a eine    aus dem Reaktionsgefäss von Fig.

   4 er  h altene Di amantm asse,   
Fig. 5 eine schematische Darstellung der für die Anlage von Fig. 1 verwendeten Schaltung,
Fig. 6 eine Reihe von Kurven, welche den Eingang in Kilowatt und Joule sowie den Widerstand einer Gra  phitprobe gegen die Zeit für ein n spezielles Beispiel er-    läutern,
Fig. 7 eine graphische Darstellung des Phasendiagramms von Kohlenstoff,
Fig. 8 den Schmelzpunkt von Kohlenstoff auf einer   Widerstandskurve    für ein Beispiel des Schmelzens von Graphit sowie die   Kilowatt- und    Joulekurven und
Fig. 9 eine kombinierte graphische Darstellung der Fig. 6 und 8 bezüglich der Widerstandskurven R6 und R8 der Fig. 6 bzw. 8.



   Es wurde überraschenderweise gefunden, dass eine direktere Umwandlung oder ein Übergang von Kohlenstoff, z. B. Graphit, in Diamant dadurch erzielt werden kann, dass der Graphit zur   Umwandlung    von Graphit in Diamant lediglich   sehr    hohen Drucken und hohen Temperaturen ausgesetzt wird. Die Anwendung hoher Temperaturen gemeinsam mit hohem Druck   vermindert    den   für die Umwandlung g erforderlichen Druck.   



   Als Kohlenstoff kann ein nichtdiamantartiger Kohlenstoff verwendet werden, welcher unter den Reaktionsbedingungen reagiert, sich zersetzt oder auf andere Weise nichtdiamantartigen elementaren Kohlenstoff liefert, ehe die Umwandlung in Diamant erfolgt. Elementarer Kohlenstoff ist die nichtgebundene Form von Kohlenstoff und umfasst   Kohlenstoffarten,    wie amorphen Kohlenstoff, Russ, Kohle, Pech, Teer usw. Hochreiner Graphit hoher Dichte ist wegen seiner bekannten und wünschenswerten Eigenschaften, z. B. seiner   Kristal1-    struktur sowie der Beziehung seiner   KristallEstruktur    zum   Di amantkrist all,    seiner Dichte, seinem Gehalt an Verunreinigungen bzw. Reinheitsgrad und der   rel'ativen    Leichtigkeit der Umwandlung in Diamant ein bevorzugtes Ausgangsmaterial.



   Bei der Umwandlung von Kohlenstoff   in Diamant    und insbesondere bei der Umwandlung von Graphit in  Diamant kann die Kristallstruktur von Graphit direkt zur Umwandlung in die   Diamant-Kristallstruktur    ver  anlasst    werden,   olhne    dass ein intermediäres Material zur Erleichterung des Verfahrens erforderlich ist. Die Erregung der   Kohienstolfatome    oder des Gitters wird gemäss einer Ausführungsform dadurch erreicht, dass der Graphit für die Umwandlung in Diamant sehr hohen Temperaturen ausgesetzt wird. Es wurde gefunden, dass ein solches Verfahren kein spezielles Material erfordert, welches   eine    katalytische oder lösungsmittelartige Wirkung ausübt, wie dies im Schweizer Patent Nr. 365 059 beschrieben ist.



   Gemäss einer Ausführungsform ist die für das erfindungsgemässe Verfahren verwendete Anlage eine abge  ändert Form der im Schweizer r Patent Nr. 377 319 be-    schriebenen   Gurtanlage.    Diese Abänderung ist in richtigen Grössenverhältnissen in Fig. 1 dargestellt. Die Apparatur 10 von Fig. 1 besitzt ein ringförmiges Gesenke 11 mit einer durch dasselbe sich erstreckenden konver  gent-divergenten    Öffnung und ist von mehreren Binderingen aus   Hartstahl    (nicht gezeigt) für Stützzwecke umgeben. Ein geeignetes Material für das Gesenke 11 ist    Carboloy    Cemented Carbide Grade 55A .

   Die Ab  änderung g des Gesenkes 11 gemäss der Erfindung umfasst    abgeschrägte Flächen 13, die mit der Horizontalen einen   Winkel von etwa 52,20 einschliessen und d eine ringför-    mige zylindrische Kammer 14 mit einem Durchmesser von 5,08 mm.



   Zwei sich verjüngende oder kegelstumpfförmige Stempel 15 und 16 mit einem Aussendurchmesser an der Basis von jeweils etwa 25,4 mm sind einander gegen überstehend konzentrisch zur Öffnung 12 angeordnet und bilden mit dieser eine Reaktionskammer. Auch die Stempel besitzen mehrere   Binderinge    aus   Hartstähl    (nicht dargestellt) für Stützzwecke.

   Ein geeignetes Material für die Stempel 15 und 16 ist  Carboloy   Cemented    Carbide Grade   883 .    Die Abänderung dieser Stempel umfasst eine Verjüngung oder Abschrägung der Flanken Flächen 17 auf einen eingeschlossenen Winkel von 600, so dass Flächen oder Stirnseiten 18 mit einem   DurcXhmes-    ser von 3,81 mm entstehen, wobei die sich verjüngenden oder abgeschrägten Teile der Stempel eine Axialabmessung von etwa 14,2 mm besitzen. Durch die Kombination des eingeschlossenen Winkels von 600 und des Winkels der schrägen Flächen 13 von 52,20 wird zwischen diesen eine keilförmige Dichtungsöffnung gebildet.



   Eine weitere Abänderung der oben genannten Gurt  nullage    betrifft die Dichtungsmittel. Die Dichtungen können jeweils von einem einzigen Dichtungsteil 19 aus Pyrophyllit gebildet werden. Die Dichtungen 19 zwischen den Stempeln 15 und 16 und dem Gesenke 11 sind kegelförmig und passen in den jeweils dafür vorgesehenen Raum. Sie sind von ausreichender Dicke, um einen Abstand von 1,52 mm zwischen den Stempelflächen 18 zu bilden.



   Die wesentlichen Abänderungen, welche der Anlage die Fähigkeit verleihen, sehr hohe Drucke im Bereich von 100 bis 180 Kilobar und darüber zu erreichen, beziehen sich auf die Verhältnisse bestimmter gegebener Abmessungen. Diese Abmessungen sind 1. der Durchmesser des   Stempelflächenteils    18, 2. der Abstand zwischen den   Stempelflächenteilen    18 in der in Fig. 1 dargestellten Ausgangsstellung vor dem Zusammendrükken und 3. die   Schräghöhe    der Dichtung 19 längs der Flanke oder des konischen Teils 17 der Stempel. Bei vorteilhaften Ausführungsformen der Anlage ist das   Verhältnis    von Spalt G oder dem Abstand zwischen den   Stempelflächen    18 zum Durchmesser D der Stirnseite 18 kleiner als etwa 2,0 und ist vorzugsweise kleiner als etwa 1,75.

   In Fig. 2 beträgt es   0,2.    Die Schräglänge L der Dichtung 19, ausgedrückt durch den Durchmesser des Flächenteils oder   Stirnteiis    18 beträgt das Sechsfache des Wertes von D,   L/D      =    6. Im   Vergleich    hierzu betragen die im Schweizer Patent Nr. 377 319 angegebenen Werte allgemein G/D = 2,0 und L/D weniger als etwa 1. Diese zuletzt   genannten      Verhäitniswerte    sind für eine massstabmässige Vergrösserung zum Erreichen der für die vorliegende Erfindung erforderlichen   höheren    Drucke nicht geeignet.

   Die bevorzugten   Verhäitniswerte    ermöglichen ein grösseres Mass an seitlicher Abstützung der Stempel 15 und 16, ohne dass die zum Zusammendrücken der Dichtung für den Druckanstieg im Reaktionsgefäss erforderliche Kraftkomponente übermässig erhöht werden muss.



   Zwischen den Stempelflächen 18 ist ein Reaktionsgefäss 20 angeordnet. In diesem Fall besitzt das Reaktionsgefäss 20 einen   zylindrsscghen    oder   spuienförmigen    Probenhalter 21 aus Pyrophyllit mit einer zentralen Öffnung 22. Die in der Öffnung 22 anzuordnenden Teile sind ihrer Arbeitsstellung genauer in Fig. 2 erläutert, wobei der Probenhalter 21 weggelassen wurde. Das Reaktionsgefäss 20 umfasst sowohl das Probenmaterial als auch seine Heizmittel in Form eines festen Zylinders, welcher drei konzentrische, einander   benachbarte    Scheibenanordnungen 23, 24 und 25 aufweist.

   Die   Scheiben-    anordnung 23 besitzt einen grösseren (3/4)   Segmentteil    26 aus   Pyrophylilit    und einen kleineren (1/4) Segmentteil 27 aus Graphit für die elektrische Leitung. Die Schei  benanordnung    25 besitzt ebenfalls einen grösseren (3/4) Segmentteil 28 aus Pyrophyllit und einen   kleineren    (1/4) Segmentteil 29 aus Graphit zur elektrischen Leitung. Die   Schelbenanordnung    24 umfasst ein Paar im Abstand voneinander   angeordneter    Segmentteile 30 und 31 (nicht dargestellt) aus Pyrophyllit mit einer dazwischen angeordneten stabförmigen Graphitprobe 32. Die Graphitprobe 32 besitzt eine Dicke von etwa 0,5 mm, eine Breite von 0,63 mm und eine Länge von 2,03 mm.

   Jede Scheibenanordnung 23, 24 und 25 besitzt einen   Durch    messer von 2,03 mm und eine Dicke von 0,5 mm. Fig. 3 zeigt das Reaktionsgefäss von Fig. 2 in   einer    Schnittansicht von oben zur besseren Darstellung der Arbeitsbeziehung. Sowohl aus Fig. 2 als auch aus Fig. 3 ist zu erkennen, dass ein elektrischer Stromkreis von der   Graphitsegmenteiektrode    27 durch die Probe 32 zur   Graphitsegmentelektrode    29 für die   elektnsehe    Widerstandsheizung der Probe 32 führt.



   Fig. 4 zeigt eine andere Ausführungsform des Reaktionsgefässes 20. Das Reaktionsgefäss 33 von Fig. 4 besitzt zwei Graphitscheiben 34 und 35 mit einer Dicke von etwa 0,25 mm, die als   Graphitelektroden    für die   elektrische    Widerstandsheizung dienen. Ein Zwischenzylinder 36 aus Pyrophyllit besitzt eine mittlere koaxial angeordnete Öffnung 37, die sich durch den Zylinder hindurch erstreckt und zur Aufnahme der Probe 38 bestimmt ist. Gemäss einer Ausführungsform ist die Probe 38 ein   Graphitzylinder    mit einem Durchmesser von 0,76 mm und einer Länge von 1,01 mm.



   Die Anlage 10 ermöglicht das Erzielen eines gewünschten Druckes im Bereich oberhalb der Graphit  Diamant-Gleichgewichtsiinie    E im   Kohlenstoffpb asen-    diagramm gemäss Fig. 7. Zum Betrieb der Anlage 10 wird   die    dargestellte Apparatur zwischen die Platten einer geeigneten Presse gebracht und die Stempel 15 und 16 gegeneinander geführt, so dass das Reaktionsgefäss zusammengedrückt und die Probe 32 (38) hohen Drukken unterworfen wird. Zur   Hochdruckeichúng    der Anlage kann das in den Schweizer Patenten   Nrn.    377 319 und 365 059 beschriebene Verfahren angewendet werden. Gemäss dieser Eichtechnik werden bestimmte Metalle bestimmten Drucken ausgesetzt, wobei eine   eLek-    trische Phasenveränderung dieser Materialien angezeigt wird.

   So tritt z. B. bei der Kompression von Eisen eine definierte reversible Veränderung des elektrischen Widerstandes bei etwa 130 Kilobar auf. Dementsprechend bezeichnet eine elektrische Widerstandsveränderung von Eisen einen Druck von 130 Kilobar.



   In der folgenden Tabelle sind die zur Eichung der Gurtanlage in der beschriebenen Weise verwendeten Metalle   angegeben.   



   Tabelle I
Metall Umwandlungsdruck (Kilobar)
Wismut I 25
Thallium 37
Cäsium 42  *Barium I 59  *Wismut III 89
Eisen 130
Barium II 141
Blei 161
Rubidium 193    Da Da einige Metalle mit steigendem Druck mehrere Um-    wandlungen aufweisen, bezeichnen die römischen Zahlen die   verwendeten    Umwandlungen in der Reihenfolge ihres Auftretens.



   Eine eingehendere Beschreibung der zur Bestimmung der obigen Umwandlungswerte angewendeten Verfähren ist in folgenden Publikationen zu finden:    Calibration    Techniques in Ultra   HigIt      Pressures ,    F. P. Bundy,  Journal of Engineering for Industry , Mai 1961;    Transactions    of the ASME , Serie B und A; S. Bal  chan and ! H. G. Drickamer,  Review of Scientific Ins-    truments , Band 32, Nr. 3, Seiten 308-313, März 1961.



  Durch Ausnützung der angegebenen elektrischen Widerstandsveränderungen von Metallen kann eine Presse in geeigneter Weise geeicht werden, so dass die ungefähren Drucke innerhalb des Reaktionsgefässes gemessen werden können.



   Die Graphitprobe 32 (38) wird, sofern dies gewünscht oder notwendig ist, mittels elektrischer   Wider-    standsheizung, die durch eine   schnelle      Stromentiadung    durch die Probe ersetzt werden kann, hohen Temperaturen ausgesetzt. Der Weg des Stromes umfasst die Verbindung einer Kraftquelle (nicht dargestellt) über die Elektroden 39 und 40, mit jedem der Stempel 15 und 16, so dass der Strom beispielsweise durch den Stempel 15 zur   Graphitelektrode    27, durch die Probe 32 und   Graphitelsktrode    29 zum Stempel 16 entladen wird.



   Zur   Stromentladung    durch die Probe 32 oder 38 kann eine Schaltung 41 verwendet werden, die in Fig. 5 dargestellt ist. Die Schaltung ist allgemein eine Konden  satorentiadungssch altung,    die durch die Apparatur einen Strom entlädt, wobei in bekannter Weise mittels   Oszillo    skop und Widerstandsmessungen Spannung, Strom und Widerstand der Probe gemessen werden können. Die Schaltung 41 von Fig. 5 besitzt eine Batterie elektrolytischer Kondensatoren mit einer Kapazität von etwa
85000 Mikro-Farad und ist als Kondensator 42 bezeichnet. Der Kondensator 42 kann bis auf etwa 120 V geladen werden. Die Leitung 43 verbindet eine Seite des Kondensators 42 über den Schalter 44 und einen   nichtinduktiven    Stromwiderstand 45 von 0,00193 Ohm mit dem oberen Stempel 15.

   Der Widerstand 45 ist über 46 geerdet. Die andere Seite des Kondensators 42 ist mittels der Leitung 47 über eine Drosselspule 48 von 25 Mikrohenry und 0,0058 Ohm Widerstand mit dem Stempel 16 verbunden. Der Kondensator 42 wird von einer geeigneten Kraftquelle 49 (nicht dargestellt) geladen. Nach der Ladung des Kondensators 42 kann der Schalter 44   geschlossen    werden, so dass sich ein Strom durch die im Reaktionsgefäss 20 befindliche Probe 32 entlädt.

   Thermodynamische Berechnungen für kalten Graphit, der von Stoffen, wie   Pyrophyllit,    Magnesium  oxyd   (MgO) und Bornitrid (BN) umgeben ist, deuten un-    ter Zugrundelegung der üblichen Werte der thermischen Leitfähigkeit und Wärmekapazität auf eine   Abkühlungs-    periode auf   Iden    halben Wert der Temperatur in der Mitte einer Graphitprobe im Reaktionsgefäss von Fig. 2 von ungefähr 0,015 Sek. Der beschriebene elektrische Stromkreis ermöglicht eine Zufuhr der erforderlichen Heizenergie in etwa 0,001 bis 0,004 Sek.



   Die zweckmässigste Weise zur Beobachtung des Verhaltens einer elektrisch leitfähigen Probe ist die Messung des elektrischen Widerstandes. Bekanntlich wird Graphit als elektrischer Leiter angesehen, während Diamant als elektrischer Isolator betrachtet wird. Wenn die Graphitprobe 32 bei der Durchführung des Verfahrens gemäss der Erfindung ein Verbindungsglied des Stromkreises in der beschriebenen Weise   dlarstellt,    wird die Umwandlung oder Transformation von Graphit in Diamant durch ein Ansteigen des Widerstands und/oder durch das Vorliegen eines offenen Stromkreises angezeigt.

   Zur   Durch-    führung des Verfahrens gemäss der Erfindung wird daher zweckmässig ein   Widerstandsmesser    50 in Form einer Kelvin-Brücke mit dem oberen Stempel 15 und dem unteren Stempel 16 zur Messung des Widerstandes über das Reaktionsgefäss oder die Probe 32 verbunden.



   Für eine graphische Darstellung der   Spannung    und der Stromstärke über die Probe 32 besitzt   die    Schaltung 41 daher ein Oszilloskop 51     Tektronix 535A  ,    das über die Leitung 52 für das Spannungssignal E mit dem unteren Stempel 16 und über die Leitung 53 für das Stromsignal Ei über die Leitung 43 zwischen   dem    Schalter 44 und dem Widerstand 45 verbunden ist. Das Oszilloskop 51 besitzt die dargestellte Erdung 40. Die Erdung 46 des Stromkreises 41 ist zwischen der Probe   52    und dem Widerstand 45   angeordnet,    so dass die Eund   Ei-Signale    zum Oszillographen eine gemeinsame Erdung besitzen.

   Das Oszilloskop 51 ermöglicht ein Auf  nahmeintervall entsprechend    einer   Entladungszeit    mit   0 bis    5 und 0 bis 10 Millisekunden, wie sie für die Bei spiele des erfindungsgemässen   Verfahrens    angewendet wird. Das   Oszillogramm    wurde mittels einer Kamera   ( Land      Polaroid )      photographiert,    die vor der   Betr ach-      tungsscheibe    befestigt war.



   Zur Erzeugung eines Auslösesignals für das Oszil  los'ko    51 können verschiedene Anordnungen verwendet werden. Ein geeigneter Stromkreis bzw. eine Schaltung besitzt einen Kondensator 54 mit einer Kapazität von 1 Mikro-Farad, der mittels der Leitung 55 von einer Seite der Drosselspule 48 mit dem Oszilloskop 51 verbunden ist. Ein weiterer Kondensator 54' mit einer Kapazität von 1 Mikrofarad wird von der anderen Seite der Drosselspule 48 mit der Erdung 40 verbunden. Das Aus   lösungssignai    für die Ablenkung entspricht daher unge  fähr    dem Spannungsabfall über die Drosselspule 48. Es ist zu bemerken, dass für den vorliegenden Zweck zahlreiche Abänderungen dieses Stromkreises möglich sind.



  So können z. B. mehrere   Oszillioskope    verwendet werden, oder man kann auf das Oszilloskop und die damit verbundene Schaltung verzichten, wenn Messungen überflüssig sind.



   Der Temperaturanstieg in der Probe wird rechne  risdh    ermittelt, da keine Instrumente bekannt sind, die Temperaturen mit derartig hohen Werten in derartig kurzen Zeitspannen mit ausreichender Genauigkeit messen können. Die   Temperaturbereclmungen    beruhen zum Teil auf den bekannten Werten der spezifischen Wärme von Graphit in einem grossen Temperaturbereich. Diese Werte sind experimentell bestimmt worden und werden in der folgendien Tabelle mit den bekannten Werten ver  glichen:   
Tabelle II
Cal
T   (oK)    Cp   Mol 0K   
300 2,05
500 3,49
750 4,48
1000 5,14
1250 5,35
1500 5,75
2000   6,0   
2500 6,2
3000 6,35
3500 6,5
4000 6,65
Wenn die obigen Werte als Kurve mit    Cp (Cal/mol.

     K)    als Ordinate und T   (O    K) als Abszisse aufgetragen werden, kann die   Kurvenfiäche    integriert werden und ergibt eine weitere Kurve entsprechend Q   (Cal/mol)    gegen   TOK    oder   die    Beziehung von Temperatur gegen die molare Energieeingabe für Graphit. Dementsprechend ergibt der Einsatz der in der obigen Tabelle angegebenen Werte in der Gleichung
EMI5.1     
 das gleiche Ergebnis. Q ist der   Wärmeeingang    in Cal/ mol,   To    die Anfangstemperatur, T die Endtemperatur und Cp die spezifische Wärme.



   In der folgenden Tabelle IIa sind Beispiele für die Werte von Q und   To    angegeben:
Tabelle   7la       Qlmol T ("K)   
0 300
5 1450
10 2250
15 3050
20 3800
25 4600
Aus den   osziltögraphisch    ermittelten Werten von Spannung und Stromstärke liefert das Produkt von Ei (oder Spannung mal Stromstärke) die Leistung oder den Eingang in Watt zu jedem gegebenen Zeitpunkt. Dem  entsprechend    wird eine Kurve erhalten, welche den Eingang in Kilowatt in die Probe gegen die Zeit anzeigt, wie dies in Fig. 6 als Kurve K dargestellt ist.



   Die Beziehung von Spannung geteilt durch Stromstärke ist gleich dem Widerstand, R = E/I. Die Werte E und I sind aus dem Oszillogramm entnommen, und der Wert E/I ergibt eine Widerstandskurve, wie sie in Fig. 6 als Kurve R dargestellt ist.



   Das Produkt aus Kilowatt und Zeit in Millisekunden, das gleich dem Integral der Fläche unter der Kilowattkurve ist, ist gleich dem Eingang in die Probe in Joule, dargestellt in Fig. 6 als Kurve J.



   Zur Berechnung der in der Probe   erreichten    Temperatur müssen für bestimmte Verluste Korrekturwerte berücksichtigt werden. Diese Korrekturwerte umfassen 1. die in den Endbereichen der Elektrode, z. B. zwischen Eingang an einer der Elektroden (27 oder 29) und der Probe 32, erzeugte Wärme. Da die Materialien und die Querschnittsveränderungen bekannt sind, kann dieser Wärmeverlust berechnet werden; 2. Verluste der thermischen Leitung zu den Wänden des Reaktionsgefä sses.

   Mittels Probeläufen in Reaktionsgefässen aus verschiedenen   Wandungsmaterialien    kann unter Messung der   Abkühlungszeit    und des auf der bekannten Schmelztemperatur von Graphit basierenden Wärmeverlustes für eine gegebene Ausbildung des Reaktionsgefässes der entsprechende Korrekturwert ermittelt werden; 3.   elbk-    trische   Übergangsverluste    oder Leckverluste in den Wänden, die bei hohen Temperaturen leitfähiger werden. Mittels mehrerer Probeläufe in Reaktionsgefässen aus verschiedenen Wandungsmaterialien kann ein Vergleich der Ergebnisse zur Bestimmung dieses Verlustes ange  stelft    werden. Wegen dieser hauptsächlich wesentlichen Korrekturfaktoren kann die Abweichung der Tempera   tunverte bis + 10 S ; betragen.

   Der rein numerische Wert    ist jedoch nur von sekundärer Bedeutung, da die Anlage in der beschriebenen Weise ausgebildet werden kann und da verschiedene   Entladungsenerglen      durch    die Probe 32 zur Diamantbildung führen. Die gewünschte Tempe   ratur in der Probe wird durch Veränderung g der elektri-    sehen Ladung oder Kapazität des Stromkreises 41 ver ändert. Gleichzeitig ist jedoch die Endtemperatur der Graphitprobe 32 (oder 38) nicht nur durch die eingeführte elektrische Energie sondern auch durch die spezielle Ausbildungsform der Probe bedingt.



   Die Arbeitsbedingungen oder Bereiche für das erfindungsgemässe Verfahren bezüglich Druck- und Tempera   turwerten sind anhand d von Fig. 7 erläutert. In Fig. 7 ist    ein   Kohlenstoffph asendiagramm      dargestellt,    dessen Ordinate die Drucke in Kilobar und dessen Abszisse die Temperaturen in Grad Kelvin angibt. Die Masseinheit    Bar     wird in der vorliegenden Beschreibung als Druckmass verwendet und ist für die   Hochdrucktechnologie    als eine absolute Grösse besonders geeignet. Das Kilobar entspricht 109 dyn/cm2 und ist äquivalent mit 1020 kg/   cm2    oder 987 Atm.



   Die bekannte   Graphit-Diamant-G1eichgewichtslinie    zwischen dem Graphitstabilitätsbereich G und dem Diamantstabilitätsbereich D1 ist als E bezeichnet. Der Bereich G ist als ein graphitstabiler Bereich und als ein   metastabiler    Diamantbereich definiert, da sowohl Graphit als auch Diamant in diesem Bereich existieren, Diamant aber darin thermodynamisch unstabil ist. Der Bereich D1 ist als diamantstabiler und metastabiler Graphitbereich bezeichnet, da beide Formen in diesem Bereich existieren, der Graphit aber thermodynamisch unstabil ist. Es ist auf die   Diamant-GraphIt-Gleichgewichtslinie    aus der Veröffentlichung    Growth    and   Graphitization    of Diamond , Journal of Chemical Physics, Band 35, Nr. 2, Seite 390, Fig. 15 (1961) zu verweisen.

   Es ist leicht einzusehen, dass Abweichungen von der Lage der Gleichgewichtslinie E die Lehren der Erfindung nicht in negativer Weise beeinflussen, da die wesentlichen Anforderungen Arbeitsbedingungen   oberhalb      dieser    Linie sind,   gleichgültig,    wo diese Linie liegt,   undZoder    gleichgültig, aufgrund welcher Eichungsweise einer speziellen Apparatur der   diam antstabile      Kohlenstoffbereich    ermittelt wurde.



   Eine wichtige Linie in diesem Diagramm ist die   Schmelzlinie S von Graphit. Wie bekannt, beginnt t die    Linie S bei etwa 40500 bei einem Tripel-Punkt T1 von etwa 0,12 Kilobar und 40500 K. Der Punkt T1 ist als Tripel-Punkt für Kohlenstoff (Graphit) als Feststoff, Flüssigkeit und Dampf   bekannt.    T1 bezeichnet den Punkt, bei welchem Kohlenstoff gleichzeitig als fester Graphit oder im flüssigen oder dampfförmigen Zustand vorliegen kann und definiert gemeinsam mit   der    Linie   Si    den Festbereich (Graphit) G, den Flüssigkeitsbereich L und den Dampfbereich V von Kohlenstoff.

   Der übrige Teil der Linie, welcher den Flüssigbereich   definiert,    ist nicht dargestellt, steigt aber von   3860 K    bei   Normal-    druck auf T1 an. Der Bereich V ist zur besseren Darstellung übertrieben eingezeichnet.



   Es wurde gefunden, dass die Linie S, die früher als Grenzlinie zwischen festem und flüssigem Kohlenstoff aufgefasst wurde, nicht direkt vom Punkt T1 als praktisch gerade Linie und ohne wesentliche Steigung nach oben führt, sondern dass sie die Form der dargestellten Linie   Si    annimmt. Die Linie   Si    beginnt in Punkt T1 mit einem positiven Anstieg nach oben, nimmt dann   einen-negati-    ven Anstieg an und nähert sich dem Punkt   T2.    Die Auffindung des   Kurvenverlaufes      S,    ist ein Ergebnis einer Reihe von   Arbeitsspielen    des Schmelzens von Graphit bei verschiedenen Drucken unter Messung der   Schmelz-    temperatur.

   Das Verfahren des Schmelzens von Graphit wird im folgenden beschrieben:
Der elektrische Widerstand von Graphit ist derart, dass der Widerstand mit wachsender Temperatur abnimmt. Beim Schmelzen nimmt jedoch der Widerstand von   Graphit    mit einem scharfen Knick der Widerstandskurve ab. So können beispielsweise mit der Anlage von Fig. 1 und der in Fig. 5 dargestellten Schaltung die Span  nungs- und    Stromstärkenkurven erhalten und der entsprechend   eliektrische    Widerstand der Probe berechnet werden. Die   Widerstandskurve      zeigt,    dass während der Zeitspanne der Energieeingabe der Widerstand der Probe stetig   während    ungefähr 1,5 Millisekunden abnimmt, worauf ein scharfer Abfall nach unten einsetzt.

   Ein Darstellungsbeispiel eines Schmelzpunktes Mj von Graphit ist in Fig. 7 bzw. Fig. 8   und'6    dargestellt, weiche die Kurven K, J und R für die folgenden Beispiele (Tabelle III, insbesonders Beispiel 3) zeigt. Der Schmelzpunkt Mj zeigt sich klar   an einem    scharfen Abfallen der Widerstandskurve. Dieser Punkt Mj steht in guter   Über-    einstimmung mit dem Punkt Mj anderer Beispiele. Auch die berechnete Schmelztemperatur, auf atmosphärische Bedingungen extrapoliert, stimmt gut mit dem bekannten Schmelzpunkt von Graphit bei etwa 40500 K überein. Das   Ergebnis    zahlreicher Schmelzversuche von Graphit zeigt, dass die   Temperaturbedingungen    des Schmelzens gut mit den bekannten Werten von Basset und Noda übereinstimmen.

   Die Prüfung   zahlreicher    Graphitproben sowohl vor als auch nach einem bestimmten Versuch zeigt das Schmelzen von Graphit ganz deutlich.



  Vor dem Schmelzen zeigt ein Querschnitt eines Graphitstabes eine grobe, unregelmässige oder statistische Kornstruktur. Nach dem Schmelzen und Abkühlen zeigt ein Querschnitt eines ähnlichen   Graphitstabes    eine dendritische Struktur aus dendritischen   Graphituadeln,    die vom kälteren Bereich der Peripherie gegen die Mitte radial orientiert sind. Ausserdem   wurden    Röntgenbeu  gungsdiágramme    von gewöhnlichem Graphit mit den Röntgenbeugungsdiagrammen einer Probe aus rekristallisiertem geschmolzenem Graphit an Stellen verglichen, wo der Graphit schmolz bzw. nicht schmolz. Die Diagramme von gewöhnlichem Graphit und den nicht geschmolzenen Teilen der Probe waren ähnlich.

   Die   Beugungslinien der geschmolzenen Teile waren ; jedoch    erheblich schärfer und zeigen, dass die Abmessungen der organisierten oder orientierten Kristallite des eingefrorenen oder verfestigten Graphits erheblich grösser sind als die in den unmodifizierten oder nicht geschmolzenen Teilen. Der Befund ähnelt dem Querschnitt eines   plötz-    lich abgekühlten   Metalls      (Abschreckguss).   



   Die folgende Tabelle III zeigt   verschiedene    Beispiele für das Schmelzen von Graphit. In jedem Fall zeigte die Untersuchung der Graphitprobe eindeutig das beschriebene Schmelzen.  Em  bezeichnet den Energieeingang (Cal/mol) pro Gewichtseinheit der Probe, der erforderlich ist, um die Probe auf den Schmelzpunkt zu bringen.



  Der Graphit für diese Beispiele war spektroskopisch rein. Die   Tabelle    III ist als Beispiel anzusehen, da die im folgenden beschriebenen verschiedenen anderen Graphitarten ebenfalls geschmolzen wurden. Zur weiteren Sicherung der Ergebnisse wurden die Wandmaterialien des Reaktionsgefässes verändert. Als Materialien für die Reaktionsgefässe sowie als Dichtungsmaterialien können z. B. unter anderem   Pyrophyllit      (Py),    Catlinit, Talk, Magnesiumoxyd, Aluminiumoxyd, Thoriumoxyd oder andere Stein- und Keramiksorten für alle Betriebsarten einschliesslich der Diamantreaktion verwendet werden.



  Die Wandmaterialien beziehen sich auf die Scheibensegmente 26, 28, 30 und 31 von Fig. 2 und den   Zy1in-    der 36 von Fig. 4. Es wurde gefunden, dass die verschiedenen   Wandungsmaterialien    innerhalb des   Eichberei-    ches der Anlage die verwendeten Drucke nicht wesentlich beeinflussen. Der Temperaturanstieg, der durch schnelles Heizen bedingt ist, bewirkt eine Drucksteigerung im Reaktionsgefäss. Dieser Druckanstieg wird auf 10 bis 20 Kilobar geschätzt, kann aber oberhalb dieses Bereiches liegen.



   Die Arbeitsweise in diesen Beispielen ist ähnlich wie beim Betrieb der oben beschriebenen Anlage. Die Ar  Arbeitsweise    umfasst den   Zusammenbau    des Reaktionsgefä  Bes, wie in den Fig. 2 und 4 dargestellt, und d die Einf    rung des Gefässes in die Anlage 10 von Fig. 1. Mittels einer Presse werden die Stempel 15 und 16 der Anlage   gegeneinander    bewegt, so dass der Druck im Reaktionsgefäss auf den gewünschten Wert steigt. Dann wird der Stromkreis 4'1 durch die Probe entladen, was die Heizung bewirkt. Die angegebenen Drucke sind auf die Eichwerte der Anlage bezogen. 



   Tabelle III Beispiel   Reaktions- Wand- Druck    Elektr. Energie Em
Nr. gefäss material (Kilobar) (Volt) (Farad) Cal/mol
1 Fig. 4 Py 117 30 0,040 24 nicht geschmolzen
2 Fig. 4 Py 121 32 0,040 26    
3 Fig. 4 Py 118 40 0,040 28 geschmolzen
4 Fig. 4   Als03    119 40 0,040 28  
5 Fig. 2 BN 115 25 0,085 29      6 - BN    97 110 0,080 31,5      7 - BN    77 110 0,080 33      8 - BN    66 110 0,080 36      9 - BN    60 110 0,080 35  
10 - BN 47 110 0,080 33,5  
Die Beispiele 6 bis 10 wurden bei   niedrigeren    Drukken durchgeführt, wobei   Gurtanlage    und Reaktionsgefäss derart waren, wie sie im Schweizer Patent Nummer 377 319 beschrieben sind.

   Die Probe bestand aus einem Graphitstab mit einem Durchmesser von 1,01 mm und einer Länge von 7,1 mm, umgeben von einer Hülse aus Bornitrid. Es wurden zahlreiche weitere Schmelzuntersuchungen zusätzlich zu den oben angegebenen Versuchen durchgeführt, um die Lage und die Form der Schmelzpunktlinie Si von Fig. 7 zu bestimmen. Im Verlauf dieser Untersuchungen zum Schmelzen von Graphit wurde festgestellt, dass ein durch die Kurve   S1    eingeschlossenes und die Linie S begrenztes Gebiet eine Graphitzone G1 ist.

   Bei einigen Schmelzproben waren kleine Diamantkeime in der Probe eingebettet, und es wurde gefunden, dass die   Diamantkristalle    stets vor Erreichen des Graphitschmelzpunktes   graphitisierten    und dass die Schwellentemperatur der Graphitisierung mit vollständiger   Graphitisierung    sehr scharf war. Die Gra  phitisierung    erfolgte bei einer um etwa 300 bis 4000 unter der   Schmelzlinie      S,    liegenden Temperatur.



   Beim Versuch, die Graphitschmelzung bei höheren Drucken   durchzuführen,    wurde überraschenderweise gefunden, dass sich der Graphit bei Temperaturen unterhalb von Punkt   To    und vor dem Schmelzen von Graphit in Diamant umwandelte. Die Umwandlung fand ausserdem ohne irgendeinen Katalysator oder ein Lösungs  mittel ! statt, wie dies bisher als notwendig ernehtet wurde.   



  Für eine solche Graphit-Diamant-Umwandlung wurde das Reaktionsgefäss 33 mit einer Graphitprobe von 0,65 Millogramm zusammengebaut, wie dies im Zusammenhang mit Fig. 4 beschrieben wurde, und in die Gurtanlage von Fig. 1 eingeführt. Dann wurde die Anlage 10 zwischen   zwei    Platten einer hydraulischen Presse mit einer Leistungskapazität von 300 t gebracht, um das Reaktionsgefäss 33 zu komprimieren und den Druck in der Graphitprobe 38 auf ungefähr 130 Kilobar (Bereich der   Eisenumwand ! lung    bei der Presseneichung) zu erhöhen. Der Druckanstieg in den Bereich der Eisenumwandlung kann langsam oder schnell erfolgen, ohne dass sich das Endergebnis ändert. Der Druckanstieg kann auch konstant oder inkrementell erfolgen. Bei diesem Ausführungsbeispiel war der Druckanstieg in etwa 3 Min. erfolgt.



   Nach Abschluss des Druckanstieges und nach Ladung des Stromkreises 41 wurde der Schalter 44 zur Entladung von 0,085   Farnd    bei etwa 17 V durch die Anlage und die Probe geschlossen. Nach Entladung des Stromkreises zeigte eine Untersuchung der Widerstandswerte am   Kelvin-Brücken-Widerstandsmesser    50 einen Widerstandsanstieg oder die Bedingungen des offenen Stromkreises. Dies zeigte an, dass die Graphitprobe 38   umgewandelt    war bzw. seine für Graphit charakteristische elektrische Leitfähigkeit verloren und die nicht leitenden Eigenschaften von Diamant angenommen hatte.



   Im obigen Beispiel sowie in den folgenden tabellarisch zusammengestellten   Diamantherstelilungsbeispielen    wurde eine Reihe von Kurven aufgenommen, wie es in Fig. 6   dargestellt    ist. Fig.   6    zeigt drei Kurven K, J und R für das obige Beispiel. Die Kurve K zeigt den Kilo  wätteingang    in die Graphitprobe. Die Kurve J zeigt den Energieeingang in Joule und R die kontinuierliche Ablesung in Ohm. Wie oben beschrieben, ergibt die Integration der Fläche unter der   Kilowattkurve    gegen die Zeit eine   Joulle-Eingangskurve,    aus welcher   die    Temperatur in der Probe innerhalb der angegebenen Beschränkungen bestimmt werden kann.

   Nach der elektrischen Energieentladung durch die Probe 38 sinkt der Widerstand der Probe 38, bis bei ungefähr 1,5 Millisekunden auf Kurve R ein Punkt erreicht ist, an welchem der Wi  Widerstand    zu steigen beginnt. An diesem Punkt erfolgt die   Umwandlung g von Graphit in Diamant. In Abhängigkeit    vom Grad und der Menge der Umwandlung kann die Kurve R bis zu unendlichen Werten steigen, was den   Bed'ingungen    des offenen Stromkreises entspricht, oder einen geringeren Anstieg aufweisen und damit eine teilweise Umwandlung andeuten, das heisst, es wird nur ein Teil des Graphits umgewandelt.



   Nach dem Herausnehmen des Reaktionsgefässes 30 aus der Anlage 10 und bei Untersuchung der Probe 38 wurde   festgestellt,    dass die Probe 38, wie dies in Fig. 4 als 38a dargestellt ist, die   zylindrische    Form der ur  sprüngllichen    Probe beibehält, jedoch eine geringere Höhenverminderung zeigt. Die Messung der Höhenverminderung zeigt,   dass    sie der Dichteveränderung von Graphit in Diamant entspricht. Die zylindrische Form war polykristallin und enthielt eine grosse Zahl sehr kleiner   Diamantkristailite    dunkler Farbe und mit einer grössten Abmessung von 1 Mikron.

   Zur Sicherstellung des Vorliegens von Diamant wurde die Probe u. a. mit einer erhitzten Mischung aus konzentrierter Schwefelsäure und Kaliumnitrat behandelt,   Kratz-Teisten,    Schweb Testen und   Röntgenun ! tersuchungen    unterworfen. Alle Prüfungen zeigten schlüssig, dass Diamant vorlag. Die   Röntgenuntersuchung    einer Reihe dieser erhaltenen Pro ben sowohl vor als auch nach der Reinigung zeigte, dass die gesamte Masse aus Diamant bestand und dass praktisch der gesamte in der Probe vorhandene Graphit in Diamant   umgewandélt    worden war. Die Röntgenuntersuchung zeigte keine Linien eines Materials, das nicht in dem ursprünglichen Graphit oder dem   umgebenden      Wandungsmaterial    vorhanden gewesen war.



   Das beschriebene Verfahren ermöglicht daher eine direkte Umwandlung von Graphit in Diamant, ohne dass die bisher erforderlichen Metalle notwendig sind. Die Umwandlung ist als im  Festzustand   erfolgend     zu bezeichnen. Sie tritt ein, ehe ein gesamthaftes Schmelzen erfolgt. Das Merkmal der Umwandlung vor dem Schmelzen wird wie folgt beschrieben :
Geschmolzener Graphit ist nicht nur elektrisch leitfähig,   sondern    besitzt auch einen geringeren elektrischen Widerstandswert als fester Graphit. Bei der Umwandlung von Graphit in Diamant nach dem erfindungsgemä  ssen    Verfahren schwenkt die Widerstandskurve R scharf nach oben gegen unendliche Werte und zeigt damit das Vorliegen der Bedingungen des offenen   Stromkreises.   



  Dies Ergebnis bzw. die nach oben gerichtete Kurve tritt ein, ehe irgendein scharfer Abfall nach unten erfolgt.



  Tatsächlich   liefert    die Umwandlung in Diamant einen offenen Stromkreis. Wären die Temperaturbedingungen derart, dass die Temperatur über einen Wert steigt, bei welchem Diamant zu geschmolzenem Kohlenstoff würde, müssten sich solche Bedingungen auch als Veränderung der Widerstandskurven nach unten entsprechend dem Stromfluss im Kreis anzeigen. Es tritt jedoch kein gesamthaftes Schmelzen ein, da kein Abfallen der Widerstandskurve zu bemerken ist. Dieses ist klar durch Vergleich der Widerstandskurve R von Fig. 6 mit der Widerstandskurve R von Fig. 8 dargestellt. Die Umwandlung von Graphit in Diamant beginnt bei 7,5 Joule (Fig. 6), während das Schmelzen bei 12 Joule (Fig. 8) beginnt. Diese   Widerstandskurven    wurden an identischen Proben erhalten, wobei lediglich der Druck und der elektrische Energieeingang verändert wurden.

   In den Beispielen von Fig. 6 und 8 betrugen die Drucke jeweils 130 und 118 Kilobar. In Fig. 8 wäre der Graphit in Diamant umgewandelt worden, wenn der Druck 130 Kilobar betragen hätte. Die Ausführung des beschriebenen Verfahrens unterhalb des Schmelzpunktes von Graphit wird durch Vergleich dieser beiden   Beispiele    von Widerstandskurven gesichert, was in Fig. 9 dargestellt ist.



   In Fig. 9 bezeichnet   RG    die Widerstandskurve R von Fig. 6 und R8 die Kurve R von Fig. 8. Diese Kurven sind gegen den   Joule-Eingang    in die Probe aufgetragen.



  Es ist zu erkennen, dass die Diamantbildung im Beispiel   R,    bei ungefähr 7,5 Joule-Eingang unter scharfem Anstieg der Kurve beginnt. Aus dieser Probe wurde Diamant erhalten. Die Kurve   R5    zeigt das Schmelzen von Graphit, das bei ungefähr 12 Joule beginnt. Die Untersuchung dieser Proben zeigte Hinweise auf Schmelzerscheinungen wie oben beschrieben. Ein bemerkens  werter Zug besteht darin, dass ein Eingang von n etwa 4,5    Joule das Diamantumwandlungsverfahren vom Schmelzverfahren trennt.



   Bei der Durchführung des Verfahrens kann eine vorbestimmte elektrische Energiemenge in eine vorbestimmte Graphitprobe eingeführt und Diamant hergestellt werden. Gewöhnlich wird mehr Energie eingeführt, als gerade zum   Überschreiten    der Linie der Schwellentemperatur erforderlich ist, damit eine   vollständigere    Umwandlung erzielt und der Eintritt in den   Umwand    lungsbereich sichergestellt ist. Wenn jedoch reiner Graphit in Diamant umgewandelt wird, öffnet sich der Entladungskreis sofort, da Diamant elektrisch nichtleitend ist. Dies ist ein deutliches Kennzeichen des Verfahrens.



  Veränderungen der Energieeingabe bei sonst gleicher Wiederholung von Beispielen zeigen, dass die Bedingungen des offenen Stromkreises zum gleichen Zeitpunkt eintreten. Dementsprechend wird bei einer zum Schmelzen von Graphit   ausreichenden    Energieeingabe das Auftreten von Schmelzerscheinungen durch den Umwandlungsprozess und die Bedingungen des offenen Stromkreises verhindert. Zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens wurden auch Graphitsorten verwendet, die z. B. Bor enthielten. Hierbei wird wegen der Anwesenheit von Bor elektrisch leitfähiger Diamant erhalten. Als Graphitarten wurden u. a. verwendet;    Graphit    B344  und    Shawinigan    Carbon Black , die elektrisch leitfähigen Diamant ergeben.

   Bei Verwendung eines derartigen Graphits als Ausgangsmaterial' steigt die Widerstandskurve, doch werden die Bedingungen des offenen Stromkreises nicht erreicht, so dass erheblich mehr   elek-    trische Energie in die Probe eingeführt wird als erforderlich ist. Zur Prüfung des Kohlenstoff-Diagramms wurden verschiedene Proben bei Drucken oberhalb des Tripel-Punktes T2 der Einwirkung grosser Energiemengen ausgesetzt, die   ausreichten,    um die   Temperaturbedin-    gungen vollständig in den Flüssigbereich L zu führen.



  In diesen Fällen wurde der Graphit in elektrisch leitfähigen Diamant umgewandelt, worauf der Diamant mit dem beschriebenen Widerstands abfall (für geschmolzenen Kohlenstoff) schmolz. Dies   bestätigt    die Diamant  schmelzlinie    S2 von Fig. 7.



   Der Bereich für die mögliche Durchführung des beschriebenen Verfahrens ist   daher    in Fig. 7 als oberhalb der   Graphit-Diamant-Gleichlgewichtslinie    E im Phasendiagramm von Kohlenstoff und bei Temperaturen unterhalb des Schmelzpunktes von Kohlenstoff (Diamant  schmelziinie    S2) liegend definiert. Ein begrenzter Ar  beftsbereich,    entsprechend den Erkenntnissen bezüglich der Eigenschaften von Kurve   S1    und den aus zahlreichen   Beispielen    gewonnenen Erfahrungen, ist mit einer Beschreibung der Parameter des Umwandlungsverfahrens korreliert wie im folgenden beschrieben:
Die Entdeckung der Form der Kurve   Si    gestattet eine Verlängerung der Linie S1 durch den   TripehPunkt    T2.

   Die Verlängerung von   S1    wird als Kurve M bezeichnet, die   wahrscheinlich    eine metastabile Graphit-Schmelzlinie ist. Weitere Hinweise auf die Verlängerung der Linie   S1    oder die Linie M sind aus den zahlreichen Beispielen des erfindungsgemässen Verfahrens   (einscthliess-    lich der in der folgenden Tabelle IV angegebenen Beispiele) zu gewinnen, aus welchen sich die Punkte, die als Dreiecke 2 in der Nähe der Linie M und nahe dem Tri  pel-Punkt      T    ergeben. Die Linie M wird als   metastabile      Graphit-Schmelzllnie    bezeichnet und begrenzt einen Bereich D2 von Drucken und Temperaturen, bei denen nur Diamant existiert.

   Man kann annehmen, dass die Linie M die sofortige Schmelzlinie für metastabilen Graphit ist.



  Bei oder oberhalb dieser Linie fällt Graphit sofort zusammen und erreicht einen intermediären   Schmeltzzu-    stand für die   Diamantbildung.    Katalysator   odrer'Lö-    sungsmittel brauchen nicht vorhanden zu sein. Die Linie M beginnt beim Tripel-Punkt   T2    und trifft die Ordinate oder   Kelvin-Linie    bei etwa 400 bis 450 Kilobar. Der Arbeitsbereich für das beschriebene Verfahren kann allgemein als der Bereich D bezeichnet werden, welcher die Bereiche D1 und   D2      einschl'iesst.    Wie die neueren Unter suchungen gezeigt haben, beginnt die Umwandlung von Graphit in Diamant im Bereich D1 und ist bei der Linie M vollständig, da zwischen den Linien M und   S2    nur Diamant existiert.

   Diese Umwandlung kann bei ungefähr 400 bis 450 Kilobar bei Raumtemperatur stattfinden oder bei zunehmend höheren Temperaturen (und entsprechend niedrigeren Drucken) bis zum Erreichen des Tripel-Punktes T2.



   Experimentelle Ergebnisse zeigen, dass der allgemeine Bereich   D1    und D2 der Arbeitsbedingungen einen Grenzbereich A umfasst, welcher durch die Linien Th   und M    begrenzt ist. Der Bereich A ist ion Fig. 7 schraffiert eingezeichnet und besitzt einen dickeren Teil nahe dem Tripel-Punkt   T9,    verjüngt sich und fällt bei Raumtemperaturbedingungen mit der Linie M zusammen. Die Dicke des Bereiches A hängt von der   Reaktionsdauer    ab. Dabei entspricht der in Fig. 7   gezeigte    Bereich A den bei dem Verfahren nach der vorliegenden Erfindung längsten, praktisch erreichbaren Reaktionszeiten, was bedeutet, dass die Linie Th der niedrigsten Temperatur entspricht, bei der für einen gegebenen Druck eine Umwandlung möglich ist. So ist z.

   B. bei der Durchführung des beschriebenen   Verfahrens    die Reaktion relativ   lang-    sam, etwa in der Grössenordnung von 3 bis 5 Millisekunden, so dass die Reaktion mehrere Hundert Grad C unterhalb der Temperaturen der Linie M beginnen kann.



  Wenn die Reaktionszeit um mehrere   Grössenordaurllgen    niedriger ist, das heisst im Mikrosekundenbereich liegt, erfolgt die Reaktion näher der Linie M,   und    der Bereich A wird daher mit schnellerem Reaktionsablauf schmäler.



  Der Bereich A ist ein solcher, in welchem bezirksartige Schmelzerscheinungen stattfinden und die Umwandlung von Graphit in Diamant erfolgt, obwohl die Reaktion nicht notwendigerweise vollständig ist und gegebenenfalls eine nur teilweise   Umwandlung    erzielt wird.



  Dementsprechend beginnt bei der   Durchffihrung    des Verfahrens die Umwandlung von Graphit in Diamant im Bereich D1 und insbesondere im Bereich A. Die Umwandlung ist vollständig, wenn   die    Linie M erreicht ist; zwischen den Linien M und   S91iegt    nur Diamant vor.



   Die obere Temperaturgrenze des   erfinduungsgemässen    Verfahrens ist durch den Schmelzpunkt von Kohlenstoff bei dem gegebenen Druck bestimmt, das heisst die Diamantschmelzlinie   S-.    Die Linie   S;    verläuft nach oben bis zu einem Druck im Bereich von 650 Kilobar und einer Temperatur im Bereich von 12000 K. Diese Werte von Druck und Temperatur definieren einen Tripel Punkt   Tt.    Das neue Verfahren ermöglicht nun wegen der Auffindung des   volliständigeren      Kohienstoffph asendia-    gramms gemäss Fig. 7 die Anwendung der Erkenntnisse aus den Phasendiagrammen anderer Stoffe, wie In, Sb, Ge usw.

   Diese Erkenntnisse bestätigen den Tripel-Punkt   T1,    der durch die Linien   St    und S4 einen Bereich   Ds    definiert, in welchem eine weitere Kohlenstofform existieren wird. Dementsprechend führt die Einwirkung von Drucken über etwa 650 Kilobar auf ein   kohienstoffhal-    tiges Material zur Umwandlung in eine metallische Form von   Kohfenstoff,    die eine Dichte besitzt, welche 15 bis 20 % über der bekannten Dichte von Diamant liegt. Obwohl die Linie   S4    keine   Druckbegrenzang    darstellt, ist sie eine obere Druckbegrenzungslinie für die Herstellung von Diamant, nicht aber für die Herstellung der metallischen Form von Kohlenstoff.



   Die   Umwandlung    im Bereich A ist zweckmässig als Umwandlung im Festzustand zu bezeichnen, da offensichtlich keine gesamthafte Lösung bzw. kein Wachstum aus der Lösung vorliegt. Alle früher auftretenden Schmelzerscheinungen im Bereich A sind am besten als bezirksartige Schmelzerscheinungen (  domain   meeting )    oder   Schmelzerscheinungen    auf molekularer Basis zu bezeichnen. Dieses Schmelzen kann ein momentaner   Schmelzzustand    innerhalb sehr kleiner Bezirke unter   Rekristallisatioln    als Diamant sein. Die Umwandlung erfolgt oberhalb eines   met ast ab ilen      Diam antbereiches,    und wegen des beschränkten Schmelzens entspricht das Verfahren im wesentlichen einer Umwandlung im Festzustand.

   Das Verfahren gemäss der vorliegenden Erfindung ist daher auf Temperaturen beschränkt, die unterhalb den durch die   Diamantschmelzlinie    S2 gegebenen Temperaturen liegen. In dem Schweizer Patent Nr. 435 223 werden die Temperaturbedingungen über die Linie S2 in den   Flüssigbereich    geführt. Dies wird gemäss einer Ausführungsform durch Verwendung eines Graphits erzielt, der Stoffe wie Bor enthält, was bei der Umwandlung in der beschriebenen Weise zu eLektrisch   leitfälhi-    gem Diamant führt. Dementsprechend werden die Bedingungen des offenen Stromkreises nicht erzielt, und die Energieeingabe ist ausreichend, um den Temperaturanstieg in den Bereich L zu führen.

   Der Schmelzzustand ist daher gesamthaft, und der   Diamant    rekristallisiert im Bereich   D    aus der Schmelze.



   Die Durchführung des erfindungsgemässen Verfah  ren, s in einem Bereich von Druck und Temperatur gerade    unterhalb und oberhalb der Linie M von Fig. 7 ermöglicht eine Umwandlung von Graphit in Diamant. Ein wesentliches Merkmal dieses Verfahrens besteht darin, dass man eine gegebene Graphitprobe einem gegebenen Druck aussetzt und dass man vorzugsweise eine vorbestimmte elektrische Energiemenge durch die Probe hindurch entlädt und dadurch die Umwandlung in Diamant erzielt. Andere Ausgangsstoffe einschliesslich Kohlenstoff oder Stoffe, die elementaren Kohlenstoff liefern, das heisst nichtdiamantartige   kolhlenstoffhaltige    Materialien,   können ebenfalls verwendet werden. Ein Beispiel ; für einen Stoff ausser Graphit ist amorpher r Kohlenstoff.   



  Graphit wurde überwiegend als Ausgangsmaterial verwendet, um andere Reaktionen, die mit   kohllenstoffhal-    tigen Materialien verbunden sind, auszuschliessen. Beispiele für Ausgangsstoffe sind die folgenden: amorpher Kohlenstoff, spektroskopisch reiner Kohlenstoff, spektroskopischer Graphit,  Sp. 1 ,  B344 , pyrolytischer Graphit,     Ticonderoga  -Graphit    usw.



   Spektroskopstäbe oder   Elektrodengraphit    bestehen aus einer polykristallinen reinen Graphitform mit einer Dichte von etwa 1,65, die insbesondere für Elektroden zur Funkenspektroskopie in der chemischen Analyse hergestellt wird. Da dieser Stoff für   Bogeneiektroden    zum Verdampfen von Stoffen für die chemische Analyse durch   Spektralemission    verwendet wird, ist er besonders frei von chemischen Elementen, die in dem zur Analyse verwendeten Spektrum Linien aufweisen. Dies betrifft alle Metalle, wie Eisen, Nickel, Aluminium usw. sowie   Haibmetalle,    wie Germanium, Antimon, Wismut usw.



  Diese Stoffe fehlen im spektroskopisch reinen Graphit.



   Graphit    Sp-1      ist ein besonders hochreiner Graphit in Flockenform mit sehr guter Kristallform. Er wird von der Firma National carbon Co. hergestellt und als  Sp-l   bezeichnet.



   Der als  B344  bezeichnete Graphit ist ein hochreiner Graphit, der etwa 0,2 bis 0,3   Gew./06      Borcarbid    enthält. Die Komponenten werden in Pulverform gemischt, verdichtet und bei etwa 1500 bis 20000 C gebrannt. Die Dichte dieses Graphits beträgt etwa 1,7 bis 1,8. 



   Der als     pyrolytisch        bezeichnete    Graphit wird durch thermische Zersetzung eines   kohlenstoffhaltigen    Gases, wie Methan, erhalten. Er ist von grosser Reinheit mit sehr gut orientierter Kristallstruktur. Nach   Glühen    bei etwa   30000 C    während einer Stunde wird    geglühter    pyrolytischer Graphit  erhalten.



      Ticonderoga -Graphit    ist ein natürlicher Graphit aus Ticonderoga, New York, USA und wird dort berg  m ännisch    gewonnen.



       Shawini'gan    Black  ist ein amorpher Russkohlenstoff, der unter dieser Bezeichnung von der Firma Shawinigan   Chemicals    Ltd., Shawinigan, Quebec, Canada erhältlich ist.



   Die in der folgenden Tabelle IV zusammengestellten Beispiele entsprechen bevorzugten Arbeitsweisen in Übereinstimmung mit dem neuen Verfahren. Die zur Durchführung der Beispiele verwendete   Arbeitstechnik    ist ähnlich, wie oben für die typischen   Diamantherstel      lungsbeispiele    und die   Graphitschmelzbeispiele    erläutert wurde. Alle Verfahrensschritte bei diesen Beispielen sind ähnlich wie die der Beispiele von Tabelle III. Das jeweils verwendete Wandlungsmaterial ist angegeben.



  Die Bezeichnung  L  bei der Angabe des Reaktionsgefässes bedeutet eine Länge von 2,03 mm, eine Höhe von 0,558 mm und eine Breite von 0,635 mm. Die Bezeichnung    5     im Zusammenhang mit dem Reaktionsgefäss bedeutet eine Länge von 2,03 mm, eine Höhe von 0,457 mm und eine Breite von 0,558 mm. Die Probengrösse der Beispiele entsprechend der Fig. 4 beträgt ein  zeitlich    jeweils 0,762 mm für den Durchmesser und 1,01 mm für die Länge, sofern nicht anders angegeben.



  Die Abwesenheit einer Grössen angabe bedeutet, dass die Probengrösse der Form des jeweiligen Reaktionsgefässes entspricht. In   Tabelle    IV bedeuten die Abkürzungen  Tic    Tieonderoga-Graphit,     Sp  spektroskopischen Graphit,  Pg  pyrolytischen Graphit,  Sb    Shawinfgan    Black,  Py  Pyrophyllit,  Alua  Aluminiumoxyd und     Mgia     Magnesiumoxyd.



   Tabelle IV Beispiel   Reaktions- Gefäss- Probenmaterial    Druck Elektr. Energie
Nr. gefäss Wandmaterial Graphit Kilobar Volt Farad Ergebnis
1 Fig. 4 Py Pg geglüht 110 16 0,040 Diamant
2 Fig. 4 Py Pg geglüht 130 27 0,040 Diamant
Probe rechteckig
0,84 X   0,94    mm
3 Fig. 4 Py Pg geglüht 125 36 0,040 Diamant
Probe rechteckig    0,84    X 0,94 mm
4 Fig. 4 Py Pg geglüht 139 25 0,040 Diamant
5 Fig. 2 Py Pg geglüht 130 18   0,085    Diamant
6 Fig. 2 Py Pg geglüht 130 22 0,085 Diamant
7 Fig. 2 Py Sp 130 16 0,085 Diamant
8 Fig. 2 Mgia Sp 130 18 0,085 Diamant
9 Fig. 2 Mgia   Sp    130 18 0,085 Diamant
10 Fig. 2 Py Sp 138 33 0,040 Diaman
11 Fig. 2, S Py Sp 130 16 0,085 Diamant
12 Fig. 2, L Py Sp 140 20 0,085 Diamant
13 Fig. 4 Py Sp 130 32 0,040 Diamant
14 Fig.

   4 Alua Sp 140 30 0,040 Diamant
15 Fig. 4 Mgia Sp 140 30 0,040 Diamant
16 Fig. 2 Py Sp 140 25 0,040 Diamant
17 Fig. 4 Py B344 180 22 0,085 Diamant
18 Fig. 4 Py    Dioxon HB     140 31   0,040    Diamant    Bleistittgraphit   
19 Fig. 2 Py B344 130 20 0,085 Diamant
20 Fig. 2 Py B344 130 22 0,085 Diamant
21 Fig. 2 Py B344 130 18 0,085 Diamant
22 Fig. 4 Py Sp-1 139 34 0,040 Diamant
23 Fig. 4 Py Sp-1 120 30   0,040    Diamant
24 Fig. 4 Py Sb 140 26 0,040 Diamant
25 Fig. 4 Py Sb 140 20 0,040 Diamant
26 Fig. 2 Py Tic 130 14   0,085    Diamant
Die in Tabelle IV angegebenen   Beispiele    sind repräsentativ für eine Reihe von Arbeitsweisen.

   Zur Bestimmung der Minimalbedingungen wurden verschiedene Beispiele jeweils aufeinanderfolgend bei höheren Drukken und Temperaturen durchgeführt, um festzustellen, wann die Umwandlung erfolgte bzw. wann dies nicht der Fall war. So erfolgt   beispielsweise    mit spektroskopischem Graphit die Diamantumwandlung zwischen   etwa a 120 und 130 Kilobar als Minimaldruck. Zur Be-    rücksichtigung der Unterschiede der   Prübengrössen    wird eine   allgemeine    minimale Energieeingabe pro Gewichtseinheit der Probe mit etwa 16 bis 17   Kilükalorien    pro Mol Graphit angegeben. Diese Energieeingabe definiert den Punkt, an welchem eine Veränderung der Widerstandskurve nach oben festgestellt wird.

   Dementsprechend ist in der Praxis für die vollständige Umwandlung   eine e höhere Energieeingabe erforderlich. Bei den angege-    benen Beispielen wird ein   Durchschnittswert    von etwa 25 Cal/mol verwendet.



   Andere Anlagen sind möglich und bekannt und gestatten es, die angegebenen Bedingungen zu erzielen, das heisst Drucke im Bereich von mindestens der Eisenumwandlung, im allgemeinen im Gebiet von 120 bis 135 Kilobar. Die     Gurtanlage      gemäss Fig. 1 kann massstabmässig vergrössert und/oder die Form des   Reaktion    gefässes in geeigneter Weise verändert werden, so dass ein grösseres Reaktionsvolumen für die Durchführung des neuen Verfahrens zur Verfügung steht. Auch die   Schaltung kann n abgeändert werden, wobei eines der      wesentlicheren    Erfordernisse darin besteht, dass der Stromkreis die notwendige Energie in einem mit der zum Schmelzen und zum Auftreten von nachteiligen chemischen Reaktionen im   Wandungsmateriat    verglichen kurzen Zeitraum liefert.

   Der Stromkreis vom Entladungstyp wird verwendet, damit die Probe im Endergebnis die erforderliche Temperatur erreicht und die Abkühlung einsetzt, ehe die umgebenden Materialien zu viel Wärme absorbiert haben. Auch die übliche langsame Widerstandsheizung, wie sie im Patent Nr. 365 059 beschrieben ist, wurde verwendet. Mit der beschriebenen Schaltung kann der Temperaturanstieg bei der Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens erheblich abgeändert werden. Die Veränderungen werden durch   Verwendung    verschiedener Kapazitätswerte und Spannungswerte für die Entladung des Stromkreises erzielt.



  In Tabelle IV liegt dieser Bereich zwischen 30 und 60 V und deutet auf einen definierten Zeitverzug des Temperaturanstieges von etwa 2,5 Millisekunden.



   Der normale variable Widerstandskreis bzw. die dazugehörige Schaltung ist bekannt und ebenfalls zur   Durchführung    des erfindungsgemässen Verfahrens geeignet. Bei Verwendung von Thoriumoxyd als Material für das Reaktionsgefäss für Fig. 2 wurde z. B. die elektrische Widerstandsheizung über einen Zeitraum von mehreren Sekunden gesteigert   und    eine Maximaltemperatur von etwa 2500 bis 28000 K erzielt, die während 2 bis 3 Sek. bei einem Druck von etwa 160 Kilobar aufrechterhalten wurde. Dabei wurde Diamant erhalten.



   Die Reaktion unterscheidet sich in einer Hinsicht von den im Patent Nr. 365 059 angegebenen Reaktionen darin, dass gemäss der vorliegenden Erfindung keine geschmolzenen Metalle vorhanden sein müssen. Bei dem Verfahren nach der vorliegenden Erfindung sind keine geschmolzenen Metalle vorhanden, da dafür keine Metalle erforderlich sind. Die erzielte Umwandlungstemperatur schliesst ein gesamthaftes Schmelzen von Graphit aus, obwohl ein beschränktes Schmelzen in Einzelbereichen erfolgen kann. In   höherem    Temperaturbereich ist die   Reaktionsgeschwindigkeit    derart, dass die Umwandlungstemperatur in Graphit erreicht und die Abkühlung beginnt, ehe in den umgebenden Materialien hohe Temperaturen erreicht werden. Die   Initiakeaktion    oder Umwandlung scheint daher besser der Feststoffumwandlung zu entsprechen.

   Ein Verfahren zur Herstellung von Diamant durch Rekristallisation von geschmolzenem Kohlenstoff unter erheblichem Schmelzen ist Gegenstand des Schweizer Patentes Nr. 435 223.



   Repräsentative Beispiele der erfindungsgemässen Lehre wurden nachgearbeitet, um die Wirkung   der    früher   erforderlichen    Metalle auf den vorliegenden Um  wandlungsprozess    zu prüfen. So wurde z. B. ein   Reäk-    tionsgefäss der Erfindung zusammengebaut, wie es in Fig. 2 erläutert ist, wobei die Arbeitsweise wie bei den Beispielen von Tabelle IV verlief. Bei einem zweiten Versuchslauf wurden die Bedingungen des ersten Ver  suchslaufes    wiederholt, wobei die Probe aber eine Mischung aus Graphit und Nickelpulver enthielt. Nickel ist eines der nach früheren Verfahren   erforderlichen    Metalle.

   Nach dem   Versuchslauf    zeigte die Untersuchung des   Ins altes    oder Mittelteiles des Reaktionsgefässes keine unterschiedliche Reaktion bzw. kein unterschiedliches Produkt. Die erhaltenen   Diamanten    waren in beiden Fällen die gleichen. Anderseits war das Nickelpulver relativ unverändert, weil die Reaktionszeit so kurz war, dass keine Lösung erfolgte. Die Wiederholung des obigen Verfahrens mit anderen Metallen zeigte keine erkennbare   Veränderung,    und die Reaktionen erfolgten ohne Einfluss durch das zugesetzte Metall.

   In zahlreichen Beispielen, die gemäss obigen Angaben mit verschiedenen Metallen, Graphitarten, Verunreinigungen und anderen Stoffen durchgeführt wurden, zeigte sich, dass diese Ver  änderungen die e Umwandlungsreaktion lediglich bezüg-      lich    eines geringen Temperaturunterschiedes für die Um  wandlungstemperatur    beeinflussen.   Während    der Druck  Tcmperatur-Einwirkung    oder während des Umwandlungsverfahrens behalten das Reaktionsgefäss 20 und die Probe 32 im allgemeinen ihre geometrische Form bei.



  Dies gilt im besonderen Masse für die Probe 38 von Fig. 4. Bei der Ausführung gemäss Fig. 4 entspricht die geometrische Form der ganzen Probe 38 einem Zylinder, und die Probe wird in eine einzige zylindrische Dia  maatmasse    umgewandelt, wie dies in Fig. 4a als 38a   gezeichnet    ist. Dementsprechend kann Diamant in verschiedenen vorbestimmten Formen hergestellt werden, je nach der Form der ursprünglichen Graphitprobe. Ver änderungen der Probenform von Fig. 2 und andere Formen sowie die dem Stromkreis 41 zugeführte Ladung können so   gewälhit    werden, dass der gesamte Graphit in Diamant umgewandeIt wird.

   Im vorliegenden Fall wird die aus dem Reaktionsgefäss entsprechend der Form von Fig. 2 erhaltene Probe in Fig. 2a als ein rechteckiges   stabartiges Gebilde e dargestellt, das zwischen seinen    Längsabmessungen eine Mittellänge von etwa einem Drittel der Probe 32 aufweist. Der Querschnitt ist recht  eckig scharf, während d die Endabschnitte etwas abgerun-    det sind. Wie beim Formkörper 38a entspricht die Messung der Höhenverminderung des Körpers 32a der Ver änderung der Dichte bei Umwandlung von Graphit in Diamant. Wenn der ursprüngliche Graphit der Probe orientiert ist, das heisst   geglühte      pyrolytischer    Graphit, besteht der Diamantkörper aus   Diamantkristalien    ähnlicher Orientierung.



   Die Erregung des   Koblenstoffgitters    für die Zwecke des erfindungsgemässen Verfahrens besteht in der direkten Energieeinwirkung auf die Graphitprobe. Diese direkte Energieeinwirkung fördert eine direktere Umwandlung   von    Graphit in Diamant ohne die Notwendigkeit intermediärer Mittel wie das geschmolzene   Metall    des   bekannten Di amantherstelilungsverfahrens. Die Die Erregung    des Kohlenstoffgitters kann als Ergebnis thermischer Energie, elektrischer Energie oder verschiedener auf einen Kristall einwirkenden Kräfte erfolgen, z. B. Druck kräfte, Zugkräfte oder Scherkräfte, wie sie bei der An  wendung hochfrequenter Schallwellen und d einer radio-    aktiven Bombardierung auftreten.

   Ein bevorzugtes Verfahren zur Erregung der Kohlenstoffatome   besteht    in einer ausreichenden Energieeinwirkung zum Bewirken der Umwandlung von Graphit in Diamant. Diese Erregung muss wirksam sein oder stattfinden, während der
Graphit im diamantstabilen Bereich von Kohlenstoff komprimiert wird. so dass die sich. ergebende Wirkung auf die chemischen und   elektronischen      Bindungen    der art ist, dass einige Kohlenstoffatome in die Diamantform   überführt    werden. Die Erregung der   Kohlenstoffatome    kann alle Atome in einem gegebenen Gitter umfassen, so dass die Gitterstruktur geändert wird. Dementsprechend kann die Erregung oder Bewegung sowohl zwischen Gittern als auch zwischen Atomen erfolgen.



   Gemäss einer Ausführungsform des erfindungsgemä  ssen    Verfahrens ist die   Entladung    eines   el : elcirischen    Stromes durch den unter dem erforderlichen Druck stehenden Graphit das   Auslösungsmittei    für die Erregung oder Bewegung der Kohlenstoffatome. Ein leicht erkennbares Ergebnis der Initiierung mittels elektrischer Entladung ist ein Temperaturanstieg im Graphit. Dementsprechend kann das Auslösungsmittel mit Temperatur verbunden sein. Diese Temperatur wird als    Schwellen-    temperatur   bezeichnet. Eine derartige   Schwellentempe-    ratur kann jedoch auch durch andere Heizungsarten, z. B. durch eine Thermitreaktion oder durch Aussenheizung erzielt werden.



   Bei Umwandlungsverfahren sowie bei vielen anderen Arten von chemischen Reaktionen spielt die Temperatur eine wichtige Rolle. Insbesondere ist die   Reaktion,    schwindigkeit von der Temperatur abhängig, und höhere Temperaturen bewirken höhere Umsetzungsgeschwindigkeiten. Auch beim erfindungsgemässen Verfahren beeinflusst die Temperatur das Mass der Umwandlung bzw. die Umwandlungsgeschwindigkeit, und höhere   Temper a-    turen sind daher wünschenswert. Die Schwellentemperatur ist eine Temperatur, bei weicher das   Umwandlungs-    mass dazu führt, dass eine befriedigende Menge an Diamant innerhalb einer relativ kurzen Zeitspanne entsteht, das heisst, dass eine messbare und endliche   Diamautmenge    innerhalb der zur Verfügung   stehenden    Zeit gewonnen wird.

   Es ist anzunehmen, dass das   erfindungsgemässe      Umwandlungsverfahren durch eine e Bewegung oder Er-    regung der Kohlenstoffatome ausgelöst wird und dass die Temperatur das Mass der Umwandlung bzw. die   Umwandlungsgeschwindigkeit    bestimmt. Dementsprechend können wirksamere und vollständige Auslösungsmittel niedrigere Temperaturen oder   andere    und langsamer wirkende Arten von   Temperaturerhö'hungsmitteln    zulassen.

   Ein langsamerer Temperaturanstieg oder eine geringere Temperatur führt direkt zu einer günstigeren Regelbarkeit des Verfahrens und ermöglicht auch die Verwendung verschiedener anderer   Reaktionsgefässe    und Wandungsmaterialien, die gegenüber höheren Temperaturen empfindlicher, aber bei niedrigeren Temperaturen vorteilhafter sind.



   Die Untersuchung verschiedener Graphitarten als Ausgangsmaterial zeigt, dass die   Schwelientemperatur,    bei welcher die Umwandlung beginnt oder stattfindet, eine Funktion der Art des verwendeten Graphits bei einem gegebenen Druck ist. Die verschiedenen Graphitarten, die für das erfindungsgemässe Verfahren zur Diamantumwandlung verwendet wurden, umfassen spektroskopischen Graphit, Graphit Sp-l, Ticonderoga-Gra phit, pyrolytischen Graphit, geglühten pyrolytischen
Graphit,   Graphitarten    unterschiedlicher Dichte, unter schiedlichen Gehaltes an   Verunreinigungen    sowie Mischungen verschiedener Graphite. Es wurde gefunden, dass für jeden Graphit oder jede verwendete Mischung ein anderer Schwellenwert der Temperatur für das Umwandlungsverfahren angezeigt ist.

   In   ähnlicher    Weise kann die Reaktion bei unterschiedlichen   Minimald'ruk-    ken stattfinden. Es ist zu bemerken, dass die Schwellentemperatur mit steigendem Druck abnimmt. Dementsprechend gibt es für jede   Druckbedingung    eine Schwel lentemperatur. Die   Schwellentemperatur    ist auch als die
Temperatur definiert, die   gemeinsam    mit einem gegebe nen Druck und bei einem speziellen Probematerial unter Erregung der Kohlenstoffatome zur Umwandlung von
Graphit in Diamant führt. Unter Verwendung ähnlicher oder identischer Proben für eine Reihe von   Umwandlung    gen kann für eine gegebene   Graphitprobe    eine Schwellentemperaturkurve erhalten werden.

   Die Kurve Th von Fig. 7 zeigt eine derartige Kurve für spektroskopisch reinen Graphit. Da die Kurve Th für das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung bei weniger reinem Graphit oder Kohlenstoff immer in Richtung höherer Temperaturen verschoben ist, kann die in Fig. 7 gezeigte Kurve
Th als   tiefstmögliche    oder absolute Schwellentemperatur kurve angesehen werden.

   Das zur Bestimmung der Kurve Th angewendete Verfahren entspricht im wesentlichen dem der Beispiele in Tabelle IV zur Bestimmung des   Minimaldeuckes.    Bei einem gegebenen Druck werden verschiedene   elektrische      Entiadungsenerglen      ange    wendet, um zu bestimmen, wo die Umwandlung statt  findet    und wo sie dies nicht tut, so dass eine Schwellentemperatur auf der Basis des elektrischen Energieeinganges in die Probe erhalten wird. Es wird eine Schar von Kurven Th für alle als Ausgangsmaterial beschriebeinen Graphitproben erhalten, wobei jeder spezielle Ausgangs graphit eine eigene Kurve besitzt.



   Im Zusammenhang mit der   Schwelientemperatur    zeigt die Kurve R   oder    Widerstandskurve bei einigen Graphitarten, dass die Umwandlung bei sehr niedrigen Drucken ohne Anwendung von Energie wie Hitze oder elektrische Entladung   erfolgt.    So können z. B. sowohl   geglähter    pyrolytischer als auch Ticonderoga-Graphit mit hohem   Kristallorientierungsgrad    bei relativ niedrigen Drucken zur Umwandlung in Diamant veranlasst werden. Diese Graphitarten werden mit ihren Kristallstirnseiten   oder -Ebenen    parallel zu den Flächen oder Stirnseiten der Stempel 15 und 16 angeordnet.

   Es ist zu bemerken,   drass    bei der Einwirkung hoher Drucke beispielsweise auf geglühten pyrolytischen Graphit bei Raumtemperatur, der Widerstand bei etwa 110 Kilobar Druck zu steigen beginnt und eine Umwandlung in ein elektrisch nicht leitfähiges Medium, nämlich Diamant, anzeigt. Nach Druckverminderung nimmt dieser Anstieg der   Widerstandskurve    ab. Es ist anzunehmen, dass kleine Kerne aus Diamant gebildet werden, was durch   den    Widerstandsanstieg angezeigt wird, dass diese Kerne aber bei   Druckverminderung    graphitisieren. Die Stabilisierung oder gebildeten Diamantkerne wird z.

   B. mit einer   niedrigen elektrischen      Enegleentladung    und einer schnellen Erhitzung der Probe gegen Ende des   Widerstands-    anstieges erzielt, und der Diamant kann dann bei atmosphärischen Bedingungen als Diamant gewonnen werden.



  In einem Beispiel betrug der anfängliche Widerstand einer Probe aus geglühtem pyrolytischem Graphit   0,11    Ohm. Nach. Druckeinwirkung allein betrug der Widerstand 0,247 Ohm. Eine elektrische Energieentladung von etwa 16 V und 0,085 Farad nach Abschluss des Widerstands anstieges ermöglichte die   Diamanitgewin-    nung.



   Diese   Niederdruckumwaadlung    deutet auf eine Th Kurve, die erheblich unterhalb der in Fig. 7 dargestellten Kurve Th liegt. Eine   zusätzli'che    Erklärung der Umwandlung bei dem niedrigen Druck besteht darin, dass im ersten Fall die Kurve M eine sofortige metastabile   Graphit-Schmejzlinie    ist, während der Bereich A ein   Reaktions- oder    Umwandlungszeitelement von einigen wenigen Millisekunden darstellt. Man würde erwarten, dass die Reaktionen unterhalb des Bereiches A (aber nicht oberhalb der Kurve E) erfolgen, wenn das Zeitelement der Reaktion erheblich grösser ist. Bei Drucken weit vom Bereich A kann die erforderliche Reaktionszeit ungewöhnlich lang sein.



   Einer der wesentlichen Vorzüge des Verfahrens gemäss der Erfindung ist die Regelbarkeit. Sowohl Temperatur als auch Druck können einzeln gesteuert wer den. So kann z. B. bei der Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens ein gewünschter Druck für ein gegebenes Material vorgesehen und dieser Druck dann für verschiedene Zwecke verändert werden. Danach kann der Stromkreis 41 bei vorbestimmten   Spannungskapazi-    tätswerten entladen werden. Der kleinere   Druckanstieg,    der auf weniger als ungefähr 10 bis 20 Kilobar geschätzt wird und einer schnellen Erhitzung zuzuschreiben ist, hat sich als für die erfindungsgemässe Druckregelung ohne merklichen Einfluss erwiesen. Dementsprechend sind Druck und Temperatur unabhängig   voneinandhr.   



   So werden z. B. in Fig. 7 die Drucke nach einer Umwandlung in Diamant im diamantstabilen Bereich oberhalb der   Graphit-Diamant-Gleichgewichtslinie    E für alle Temperaturen gehalten, die bei niedrigeren Drucken eine Graphitisierung von Diamant bewirken wurden. Unter umgekehrten   Bedingungen    würde jeder gebildete Diamant graphitisieren. Dies kann in Zusammenhang mit Fig. 7 besser erläutert werden und zeigt die grosse Wichtigkeit der Regelbarkeit. Beim   erfindungsgemässen    Verfahren kann der Druck auf einen Wert oberhalb der   Graphit-Diamant-Gleichgewichtslinie    E erhöht und der Stromkreis 41 entladen werden.

   Der Temperaturanstieg muss so beschränkt werden, dass der Schmelzpunkt von Graphit bei niedrigeren Drucken nicht erreicht wird und der gebildete Diamant nicht zu geschmolzenem Graphit wird, da die Kontraktion von Graphit in flüssiger Phase zu einem Druckabfall in den   graphitstabilen      Bereich    führt, so dass nur Graphit gewonnen   wird'.    Wenn die   Druck-Temper atur-B edingungen    im   di am antstabil    Bereich liegen, muss der Druck dort bei der gewünschten Temperatur eingehalten werden, da bei Druckabfall unter die Linie E der allenfalls gebildete Diamant wegen der hohen Temperatur graphitisiert.

   Druck und Temperaturen müssen   daher    entsprechend aufeinander abgestimmt sein, so   d'ass    gegebene Bedingungen erzielt und eingehalten werden können. Fernerhin gehört zur Druckregelung auch die Erhöhung und Erniedrigung des Drukkes in irgendeinem gewünschten   Teiilbetrag.    Die unabhängigen   Regelmöglichkeiten    sind daher für das erfindungsgemässe Verfahren wichtig.



   Das erfindungsgemässe Verfahren ist unter Bezugnahme auf eine statische Druckanlage beschrieben, in welcher die   GraphisDiamant-Umwandlung    stattfindet.



  Bei einer derartigen Anlage kann als erster Schritt der Druck, gewünschtenfalls mit variabler oder   langreitiger    Verzögerung, angelegt werden, ehe die Temperatur er  hoht    oder der Stromkreis 41 entladen wird. Ein langsamer Druckanstieg wird zum Erzielen gleichmässiger Bedingungen in den verschiedenen Materialien bevorzugt. Die Bezeichnung    langsam     betrifft eine Arbeitsweise, die vorzugsweise im Minutenbereich liegt, umfasst aber auch eine Arbeitsweise in Sekunden. Die Stabilität der Drucke während vernünftiger Zeitabschnitte ermöglicht ein günstigeres Arbeiten und eine vollständigere Umwandlung.

   Obwohl sowohl Druck als auch Temperatur geregelt werden, wird der Druck in verstärktem Masse gesteuert, da er von der   anfängllichen    Druckeinwirkung bis zum Enddruck unter Kontrolle gehalten wird. Die Druckregelung bzw. ein geregelter Druck unterscheidet daher von schlagartigen Drucken, da der geregelte Druck ein erhaltener Druck und nicht ein vorübergehender Druck ist und da das zeitliche Mass der   Druckveränderung    steuerbar ist. Die   Länge    der   Zeitspanne    bei hohen Temperaturen ist jedoch nur von den für die Anlage verwendeten Materialien abhängig.

   Neben der in einem oder mehreren Inkrementen durchführbaren Druckerhöhung kann auch die Temperatur bei Verwendung eines üblichen Widerstandsheizungskreises, einer verzögerten   Thermitreaktion    oder zusätzlich durch verschiedene andere Mittel inkrementell bis zu einem gegebenen Wert unterhalb der Schwellentemperatur erhöht und dann der Kondensatorentladung für den Abschluss der Temperaturerhöhung ausgesetzt werden.



   Wegen dieser Wesenszüge zusammen mit den oben   erwähnten Regal ierungsmögliehke iren kann n die Rich-    tung, in welche sich die Temperaturveränderungen bewegen, das heisst aus und in die Kohlenstoff-Diamant-Um  wandlungsbereiche    mit einem grösseren Mass an Genauigkeit und Regelbarkeit vorausbestimmt werden. So kann z. B. bei Bewegung der Druck- und Temperaturbedingungen in den Bereich A oder in den Bereich D2 im   Kohlenstoffph asendiagramm    ein Weg verfolgt werden, weicher den Eintritt in die   Nichtumwandllungsbereiche,    wie dem   Flüssig-und    Graphit- (nach anfänglichem   Über-    schreiten des Graphitbereiches)-Bereich von Kohlenstoff ausschliesst.

   Von noch grösserer Bedeutung ist, dass der Rückweg aus einem Umwandlungsbereich genau vorbestimmt und   gefolgt    werden kann. So kann z. B. eine übermässige Temperatur bei einem gegebenen Druck die Umwandlung von Graphit in Diamant während des Temperaturanstieges bewirken, doch können hierbei die Temperaturen nach beendigtem Anstieg so hoch sein, dass der Diamant im Kohlenstoffschmelzbereich schmilzt, wobei   glbichzeitig    der Druck vermindert wird, so dass nur Graphit erhalten werden kann. Fernerhin kann nach der Umwandlung von Graphit in Diamant, sofern die Drucke nicht auf einem hohen Wert gehalten werden, die Temperaturkurve in den Graphitbereich hineinreichen und der Diamant zu Graphit umgewandelt werden.



  Die Regelbarkeit ermöglicht daher einen gesteuerten oder inkrementellen Anstieg von Druck und Temperatur derart, dass die   Umwandiungszone    A oder   D2.    von ver  schiedenen Richtungen erreicht t werden kann, wenn von    einem bei atmosphärischen   Bedingungen    liegenden Punkt ausgegangen wird oder wenn von einem Zwischenpunkt ausgegangen wird, der bei erhöhten Druck- und Temperaturwerten liegt, das heisst links der Linie S. So kann z. B. bei Normalbedingungen der Druck in dem Diamantbereich D erhöht werden. Dann kann die Temperatur erhöht werden, so dass man direkt in die Bereiche A oder   D2    gelangt. Die Erhöhung von Druck   und/oder    Temperatur kann in alternierenden Inkrementen erfolgen.

   Auch kann bei einem Hochdruckzwischenwert ein  Temperaturanstieg zu einem direkten Eintritt in den Bereich A oder D   führen.    Bei einem hohen Temperaturwert im Graphitbereich E können Drucke und Temperaturen so erhöht werden, dass ein Anstieg der Bedingungen nach oben in den Bereich A oder D2 führt. Es sind mit anderen Worten verschiedene Kombinationen vertikaler oder horizontaler   Bedingungsbeweguingen    zum Eintritt in den Bereich D2 möglich. Fernerhin können solche   Druck-Temperatur-Bedingungen    vorgesehen wer  den, ! dass die Bedingungen bei oder innerhalb des Tripel-    Punktes   T.    erreicht werden, da dieser eine   kleine    Fläche umfasst.

   Danach kann ein Druckanstieg unter Temperaturverminderung bewirken, dass die   Bedlngungen    der   Umwandiungsbereiche    A oder D2 zustandekommen.



  Diese und andere indirekte Wege zum Erzielen der Um  wandllungsbereicihe    bringen zusätzliche Probleme der Veränderung der   Druck-Temperatur-Bedingungen    mit sich, da eine Temperaturveränderung den Druck beeinflusst und Veränderungen von festen Stoffen in flüssigen Zustand oder umgekehrt   ebenfalls    den Druck beeinflussen können. In dieser Hinsicht ist zu bemerken, dass die   Lage von ; Punkten T2 oder der nach oben gerichtete Verlauf der Linie 5 ; vom Punkte T2 an nicht mit Sicherheit    festliegt. Der Punkt   T.2    und die Linie S2 sind jedoch   in-    nerhalb eines vernünftigen Bereiches, z.

   B. innerhalb von etwa   i 10    Kilobar und   l    3000 C gelegen, so dass das erfindungsgemässe Verfahren ohne durch ungenaue Messungen bedingte Schwierigkeiten durchgeführt werden kann.



   Unter den verschiedenen Graphitsorten, die für das erfindungsgemässe Verfahren verwendet wurden, wurde die   Di am antumwandlung    aus   hexagonalem    Graphit, Graphit mit einem Gehalt an   rhomboedrischeim    Graphit sowie aus anderen   Graphitarten    erzielt, wobei der Druck entweder senkrecht oder parallel zur C-Achse angelegt wurde. Die Graphitproben können auch so in das Reaktionsgefäss eingeführt werden, dass die Kristallebenen   sowohl senkrecht als auch parallel ; zu den Stempelfiä-    chen 19 liegen. Al's Produkt des Verfahrens der Erfindung kann ein Diamantkörper aus dem Reaktionsgefäss erhalten werden, der aus einem einzigen Stück besteht.



  Dies trifft insbesondere für die im Zusammenhang mit Fig. 4 beschriebene Anordnung zu. Dies bedeutet, dass sich praktisch aller Graphit in Diamant umwandelt. Ein   deralrtiges    einzelnes Stück ist sehr dauerhaft und als Schleifelement brauchbar. Die einzelnen Diamantkristalle in einem solchen Körper sind sehr klein, das heisst liegen im Mikronenbereich. Ihre Farbe ist schwarz bis durchscheinend grau. Ihre gesamthafte Konfiguration ist nicht erkennbar. Derartige Körper können ausser aus Graphit auch aus anderen Stoffen als Ausgangsmaterial hergestellt werden. In dem Schweizer Patent Nr. 435 223 ist beschrieben, dass hexagonales Bornitrid durch Einwirkung hoher Drucke und hoher Temperaturen   direkt    in kubisches Bornitrid umgewandelt werden kann.

   Kubisches Bornitrid ist eine diamantartige Substanz und ebenfalls als Schleifmittel geeignet. Dementsprechend kann ein Formkörper dadurch gebildet werden, dass eine Mischung, die z. B. aus kleinen Partikeln von pulverisiertem Graphit und hexagonalem Bornitrid besteht, in einen Formkörper umgewandelt wird, der aus Diamantund kubischen Bornitridkristallen besteht. Fernerhin   käun    das   Auslgangsmaterial    eine Mischung aus Diamant   und ! Graphit sein, die jeweils z. B. in kleinen Partikeln    oder als Pulver   vorliegen,    so dass als Ergebnis ein  ge  sinterter     Diamantkörper entsteht. Auch   eine    Mischung aus kubischem Bornitrid und hexagonalem Bornitrid kann zu einem Formkörper aus kubischem Bornitrid umgewandelt werden.

   Beispiele für die Herstellung derartiger Körper sind in der folgenden Tabelle   dargestellt.   



   Py  bedeutet   Pyrophyl it.   



   Tabelle VI Beispiel   Reaktions- Wand- Druck    Elektrische Energie
Nr. gefäss material Probenmaterial Kilobar Volt Farad
1 Fig. 2 Py Diamantpulver und spektroskopisches Graphit- 130 120 0,00225 pulver (-325 Mesh) je 50   Ges. %    vorgemischt und verdichtet, 65 mg
2 Fig. 2 Py hexagonales Bornitrid und   spektroskopischer    130 75   0,0045   
Graphit je 50   Ges. %    (-325 Mesh) vorgemischt und verdichtet, 65 mg
In allen oben angegebenen Beispielen wurde das zentrale Drittel der Probe in einen Formkörper   umge-    wandelt, wie er in Fig. 2a dargestellt ist. Im ersten Fall liegt ein gesinterter Diamantkörper, im zweiten Fall ein Formkörper aus Diamant und kubischem Bornitrid vor.

   Diese Körper sind einzeln oder in Mehrzahl,   aber    auch gemischt in einer gegebenen Anlage als   Schleif-    elemente geeignet.



   Die   Röntgenbeugungsdiagramme    der erfindungsgemäss erhaltenen Diamantkörper zeigen nur die Linien von Diamant oder von Stoffen, die ursprünglich im Graphit   vorhand'en    waren. Der   erfindungsgemäss    hergestellte Diamantkörper kann daher je nach Art des Ausgangsgraphits vorbestimmte Eigenschaften besitzen. Dies äussert sich auch darin, dass die Diamantkristalle in dem Diamantkörper in gleicher Weise orientiert sind wie die   Graphitkristalfe    im   Ausgangsgraphilt.   



   Anderseits bleiben Einschlüsse oder dem Graphit zugesetzte Stoffe vorhanden, wenn die   Diamant    wandlung stattfindet. Dementsprechend äussert sich die Reinheit des Graphits in der Reinheit des   Diamant.    So wurde z. B. ein Ausgangsgraphit verwendet, der ein Ver  unreinigungsverhältnis    von 1 bis 10 Teile pro Million besass. Die Analyse des aus diesem Graphit erhaltenen Diamant zeigte eine ähnliche   Reinheit.    Natürlicher Dia  mant    mit einem derartigen   Reinheitsgrad    ist bisher nicht bekannt. Bei Verwendung von Graphit B344 entsteht wegen des Borgehaltes ein halbleitender Diamant. Die Halbleitereigenschaften hängen von der im   Ausgangs-    graphit vorhandenen Bormenge ab.

   In   deii    Beispielen 10, 11 und 12 von Tabelle V stieg die Widerstandskurve nicht bis zu unendlich hohen Werten, bzw. es kam nicht zur Bildung eines offenen Stromkreises, da der Diamant wegen des darin enthaltenen Bors leitfähig blieb. Der Endwert des   Widerstandes    nach der Umwandlung betrug jeweils   2,94,    0,913 und 2,396 Ohm, verglichen mit den ursprünglichen   Widerstandswerten    (Graphit) von   0,107,    0,120 und 0,104 Ohm.   In den    Beispielen 2 und 3 betrug der ursprüngliche Wider  standswert    (Graphit) 0,0954   und    0,0856 Ohm, während die   Endwerte    wegen der Stromkreis öffnung, das heisst der mangelnden Leitfähigkeit von Diamant, nicht gemessen werden konnte.

   Dementsprechend können die allgemeinen Eigenschaften von Diamant vorbestimmt werden. Diese Eigenschaften umfassen Form oder Abmessung der Probe, den Reinheitsgrad, die elektrische Leitfähigkeit,   Haibleitereigenschaften    und   Kristallorien-    tierung ein es Formkörpers usw.



   Nach dem erfindungsgemässen Verfahren kann sowohl Graphit als auch amorpher Kohlenstoff in Diamant   umgewandelt    werden, wobei hohe Drucke und Temperaturen in einer so kurzen Zeitspanne zur Einwirkung gebracht werden können, dass eine Reaktion zwischen dem Ausgangsmaterial und dem Diamant   nicht    bekanntgeworden ist. So könnte z. B.   amorpher    Kohlenstoff vor der Umwandlung in Diamant als Zwischenprodukt   Graphitkohlenstoff    ergeben. Lediglich die allgemeinen Grenzwerte von Druck, Temperatur entsprechend elektrischer Energieeingabe und Schmelzpunkt von Kohlenstoff sind angegeben bzw. werden angezeigt.



  Genauere Grenzwerte beruhen auf rechnerischer Ermitt   lung g und betragen z. B. praktisch 30000 K bei 120 Killo-    bar Druck auf der Hochtemperaturseite und mindestens etwa 400 bis 450 Kilobar Druck bei Raumtemperatur.



  Der Ausdruck   praktisch     soll    innerhalb vernünftiger Grenzen Bereiche   sowohl'oberhalb    als auch unterhalb eines gegebenen Wertes umfassen. Eine   Ausfü'hrungs :    form des erfindungsgemässen Verfahrens ist am besten dadurch zu beschreiben, dass ein graphitisches Material Bedingungen oberhalb der Graphit-Diamant-Linie E unterworfen und schliesslich für den Umwandlungsprozess in den speziellen Umwandlungsbereich A (D2) gebracht wird. Das   erfindungsgemässe    Verfahren umfasst auch das Arbeiten im oder den Durchgang durch den Tripel Punkt   Ts.   



   Das erfindungsgemässe Verfahren zur Diamantherstellung kann innerhalb des Bereiches   D2    einschliesslich des Bereiches A mit Drucken von etwa 125 bis 400/ 450 Kilobar durchgeführt werden. Dabei können die Temperaturen bei   Raumbedingungen    geh alten werden, da ein   alifälliger    inhärenter Temperaturanstieg bei der Regelung des Druckanstieges verschwindet. Durch getrennte oder äussere Heizmittel (zum Unterschied eines Temperaturanstieges durch Kompression oder Schlag) können die Temperaturen auf etwa   40000 K    erhöht werden. Ein bevorzugter Temperaturbereich beträgt etwa 2500 bis 40000 K.



   Die auf die beschriebene Weise hergestellten Diamanten können in weitem Masse für industrielle Zwecke in gleicher Weise verwendet werden, wie natürlicher Diamant, z. B. als   Scleif- oder    Schneidmittel. Sie können auch als   Auflageflächen,    Lager, Halbleiter, Schmucksteine und dergleichen verwendet werden.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE I. Verfahren zur Umwandlung von Kohlenstoff in Diamant unter Verwendung von hohem Druck und hoher Temperatur und in Abwesenheit von Katalysatoren oder Lösungsmitteln, dadurch gekennzeichnet, dass der Kohlenstoff in eine Hochdruckanlage eingebracht und mit einem Druck zwischen 20 und 420 Kb gepresst wird und danach der Druck und die Temperatur auf einen Wert eingestellt werden, der oberhalb der Linie Th im Phasendiagramm des Kohlenstoffs nach Fig. 7 und unterhalb der Schmelzlinie des Diamants liegt, worauf der Druck und die Temperatur wieder abgesenkt und der Diamant aus der Anlage entnommen wird.

   II. Hochdruckanlage zur Durchführung des Verfahrens gemäss Patentanspruch I, gekennzeichnet durch: 1. einen ringförmigen Teil mit einer durch diesen sich erstreckenden konvergent-divergenten Öffnung, wo bei die Seiten der Öffnung eine Abschrägung nach innen gegen die Quermitte der Öffnung aufweisen und die Öffnung zur Aufnahme des dem hohen Druck zu unterwerfenden Kohlenstoffs bestimmt ist, 2. zwei Stempel, die je eine vorstehende konisch sich verengende Rotationskörperfläche besitzen, die in einer querstehenden Stirnfläche auslaufen und ein ander gegenübergestellt und koaxial zu dem ring förmigen Teil angeordnet sind, so dass sie axial in die Öffnung hineingeführt werden können, 3.

   je eine konische Dichtung für einen Stempel in dem konvergenten Raum, welcher seitlich von der koni schen Fläche des Stempels und der entsprechenden konischen Fläche der Öffnung begrenzt ist, und 4. Mittel zum Bewirken einer relativen Bewegung zwi schen dem Stempel und dem ringförmigen Teil zum Zusammenpressen der Dichtung und zur Erhöhung des Druckes auf den Kolklenstoff, dadurch gekenn zeichnet, dass 5. die vorstehenden konisch verjüngten Teile einen Spalt G begrenzen, der proportional dem Durch messer D der Stirnfläche ist, wobei das Verhältnis G/D höchstens 1,75 beträgt, dass 6. die Abschrägung der Stempel und die Abschrägung der Öffnung einen nach innen gegen die Quermitte der Öffnung konvergenten Raum bilden und dass 7.

   die Dichtung sich praktisch über die Gesamtlänge der konischen Fläche des Stempels erstreckt, koex tensiv mit dieser und grösser als d'er jeweilige, ent sprechende Durchmesser des Stempels ist.

   III. Anwendung des Verfahrens gemäss Patentanspruch I zur Herstellung eines eine Vielzahl kleiner, fest miteinander versinterter Diamantkristalle enthaltenden Körpers.

   UNTERANSPRÜCHE 1. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärme durch eine innere elektrische Widerstandsheizung geliefert wird'.

   2. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass dem als Ausgangsmaterial verwendet ten Kohlenstoff hexagonales Bornitrid zugesetzt und eine Mischung aus Diamant und kubischem Bornitrid erhalten wird.

   3. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass Kohlenstoff von vorbestimruiter Form in eine Reaktionskammer der Hochdruckanlage eingebracht und der Diamant in der vorbestimmten Form gewonnen wird.

   4. Anwendung nach Patentanspruch III, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper Diamant- und kubische Bornitridkristalle enthält.

   5. Anwendung nach Patentanspruch III, dadurch gekennzeichnet, dass die Diamantkristalle eine Orientierung aufweisen.