ES2204690T3

ES2204690T3 - Crecimiento de granulaciones de diamante.

Info

Publication number: ES2204690T3
Application number: ES00964555T
Authority: ES
Inventors: Geoffrey John Davies; Raymond Albert Chapman; Lesley Kay Hedges; Aulette Stewart
Original assignee: Element Six Pty Ltd
Current assignee: Element Six Pty Ltd
Priority date: 1999-10-05
Filing date: 2000-10-04
Publication date: 2004-05-01
Anticipated expiration: 2020-10-04
Also published as: US6676750B1; DE60005034D1; WO2001024920A1; IL148647A; EP1218095B1; DE60005034T2; IL148647A0; KR100712768B1; AU7547700A; CA2386472C; ATE248646T1; CA2386472A1; KR20020062920A; CN1377296A; EP1218095A1; JP4216499B2; AU773243B2; CN1197645C; JP2003511325A

Abstract

Una granulación de diamante que comprende un núcleo y una región hipercrecida que contiene una pluralidad de cristalitas de diamante que se extienden hacia afuera desde el núcleo, teniendo la mayoría de las cristalitas una sección transversal cuya superficie aumenta a medida que aumenta la distancia de la cristalita al núcleo.

Description

Crecimiento de granulaciones de diamante.

Antecedentes de la invención

La invención se refiere al crecimiento de granulaciones de diamante.

En la técnica del cultivo de cristales, es bien conocido el uso de semillas para control de la cristalización controlando el número de sitios de nucleación. En el caso de la síntesis de cristales de diamante, se pueden usar partículas pequeñas de diamante como semillas para promover el predominio del crecimiento de cristales sobre las semillas más bien que el crecimiento de cristales por nucleación espontánea. Para tales aplicaciones, es deseable asegurar que las semillas tengan una distribución de tamaños conocida, de manera que se pueda controlar el número de semillas y que las semillas estén distribuidas uniforme y discretamente.

Por lo general, en la técnica del cultivo de cristales de diamante por síntesis a alta presión, alta temperatura (HPHT), las semillas son partículas de diamante monocristalinas no macladas, que se seleccionan sólo sobre la base del tamaño. Tales semillas usualmente se hacen triturando cristales de diamante sintético HPHT, de mayor tamaño, y los diamantes crecidos usando estas semillas tienen un aplastante predominio de monocristales no maclados con una morfología cúbico-octaédrica. En este procedimiento de cultivo de cristales de diamante, se usa como fuerza motriz (supersaturación) de la cristalización la diferencia de solubilidad entre el grafito y el diamante bajo sustancialmente iguales condiciones de presión y temperatura. Este procedimiento es conocido también como procedimiento de cambio alotrópico.

En el caso particular del crecimiento de diamantes monocristalinos grandes, por lo general, las semillas son algo más grandes para poder orientar cristalográficamente las semillas y promover así el crecimiento del diamante en una dirección cristalográfica preferida. En el caso especial del crecimiento de diamantes monocristalinos con un hábito plano, se seleccionan semillas con múltiples planos de macla macroscópicos y orientados apropiadamente para que pueda producirse el crecimiento del cristal en la dirección cristalográfica preferida, según lo propugna la publicación de patente europea nº. 0 780 153 (1997). En este procedimientos de crecimiento de cristales de diamante, se usa la diferencia de solubilidad entre el diamante a dos temperaturas diferentes y sustancialmente la misma presión como fuerza motriz de la cristalización. Este procedimiento es conocido de otra manera como procedimiento de gradiente de temperatura.

Sumario de la invención

De acuerdo con la presente invención, una granulación de diamante comprende un núcleo y una región hipercrecida que contiene una pluralidad de cristalitas de diamante que se extienden hacia afuera desde el núcleo, teniendo la mayoría de las cristalitas una sección transversal cuya superficie aumenta a medida que aumenta la distancia de la cristalita al núcleo.

Por lo general, las cristalitas de diamante tendrán una concentración baja de inclusiones, tales como inclusiones metálicas y, preferiblemente, menos de 1% en masa de inclusiones.

Las superficies externas de las cristalitas de diamante generalmente serán superficies cristalográficamente bien definidas.

Preferiblemente, el núcleo comprende una masa unida de partículas constitutivas de diamante.

El tamaño de las granulaciones de diamante que son cristalinas puede variar en un intervalo muy amplio, pero típicamente su tamaño estará en el intervalo de 50 micrómetros a 1 mm.

Además, de acuerdo con la presente invención, un procedimiento para producir una pluralidad de granulaciones de diamante incluye las etapas de proporcionar una fuente de carbono, proporcionar una pluralidad de partículas de centros de crecimiento, cada uno de los cuales comprende una masa unida de partículas constitutivas, producir una masa de reacción poniendo en contacto la fuente de carbono y las partículas de centros de crecimiento con un disolvente/catalizador, someter la masa de reacción a condiciones de elevada temperatura y elevada presión, adecuadas para el crecimiento de cristales y recuperar una pluralidad de granulaciones de diamante de la masa de reacción.

Las partículas de centros de crecimiento proporcionarán varios sitios de nucleación orientados al azar en razón a su estructura, y los cristales iniciales que crecen presentarán una variedad de direcciones cristalográficas dependiendo de la estructura de los centros de crecimiento. Algunos de estos cristales estarán orientados de manera que crezcan en la dirección de crecimiento más rápido, mientras que otros crecerán más lentamente. Dependiendo del número de sitios de nucleación y sus direcciones de crecimiento, el crecimiento de algunos cristales finalizará pronto, mientras que otros continuarán creciendo. Esto dará por resultado una granulación cristalina cuya estructura está relacionada con la estructura de la partícula original del centro de crecimiento. Además, cuando las partículas constitutivas que comprenden la partícula del centro de crecimiento tienen múltiples planos de macla, la granulación crecida de cristales comprenderá cristales cristalográficamente maclados. Por otra parte, la estructura de maclaje de la partícula del centro de crecimiento puede contribuir a un crecimiento más rápido en direcciones cristalográficas particulares y jugar así un papel en la selección de cristales terminados y de los que continúan creciendo.

Así, se ha encontrado que el procedimiento de la invención produce granulaciones de cristales de diamante, estando comprendido el número de cristales que comprende la granulación entre unos pocos cristales (menos de diez) y varios centenares de cristales. Por lo general, los cristales sustancialmente tienen facetas y las granulaciones sustancialmente están exentas de disolvente/catalizador. Tales granulaciones pueden estar constituidas predominantemente por monocristales o, predominantemente, por cristales maclados.

Mediante una selección apropiada de las partículas de los centros de crecimiento, es posible producir granulaciones de una estructura seleccionada y controlada o a voluntad. Estas granulaciones pueden usarse en aplicaciones de partículas abrasivas tales como esmerilado, aserrado, corte, torneado, fresado, taladrado o pulido.

Breve descripción de los dibujos

Figura 1. Es una fotografía de aproximadamente 200 aumentos de una sección de una granulación de diamante tomada usando emisión de electrones secundarios y luminiscencia catódica.

Figura 2. Es una ilustración esquemática de una sección transversal de un ejemplo de granulación de diamante de la invención.

Figura 3. Es una fotografía de aproximadamente 160 aumentos de una granulación de diamante.

Figura 4. Es una fotografía de aproximadamente 23 aumentos de una selección de granulaciones de diamante.

Figura 5. Es una fotografía de aproximadamente 200 aumentos de otra granulación de diamante tomada usando emisión de electrones secundarios y luminiscencia catódica.

Figura 6. Es una fotografía de aproximadamente 270 aumentos de una granulación de diamante con morfología tabular y maclada.

Descripción de realizaciones

En la Figura 1 anexa se ilustra un ejemplo de una granulación de diamante de la presente invención. En esta figura se puede ver que, desde el centro o núcleo 10 de crecimiento, salen radialmente unas cristalitas 12 de diamante que forman una zona de crecimiento. Además, la superficie transversal de las cristalitas 12 aumenta a medida que crece la distancia de la cristalita al núcleo 10.

La Figura 2 es una ilustración esquemática de un ejemplo de una granulación de diamante de la invención. La granulación comprende un centro núcleo 14 de crecimiento que tiene una región hipercrecida 16. La región hipercrecida 16 contiene una pluralidad de cristalitas 16 que se extienden hacia afuera desde el núcleo 14. La sección transversal 18 de la mayor parte de las cristalitas 16 aumenta a medida que aumenta la distancia de las cristalitas 16 al núcleo 14.

La Figura 14 es una fotografía de aproximadamente 23 aumentos de una selección de granulaciones de diamante que muestra las estructuras cerradas y abiertas así como estructuras que comprenden cristales predominantemente maclados con una morfología dominante cúbico-octaédrica. También pueden verse las superficies externas de las cristalitas de diamante, que son superficies cristalográficas bien definidas.

Las granulaciones de diamantes se producen por un procedimiento que proporciona una fuente de carbono y una pluralidad de partículas de centros de crecimiento, comprendiendo cada partícula de centros de crecimiento una masa unida de partículas constitutivas, produciendo una masa de reacción poniendo en contacto la fuente de carbono y las partículas de centros de crecimiento con un disolvente/catalizador, sometiendo la masa de reacción a condiciones de temperatura y presión elevadas, adecuadas para el crecimiento de cristales, y recuperando una pluralidad de granulaciones de diamante, como entidades discretas, de la masa de reacción.

La fuente de carbono puede ser grafito, diamante sintético HPHT (alta temperatura, alta presión), diamante químico depositado en fase vapor (CVD) o diamante natural, o una combinación de dos o más de ellos, u otras fuentes de carbono conocidas en la técnica.

Por lo general, las partículas constitutivas de las partículas de centros de crecimiento serán de diamante y pueden derivar de diamante sintético HPHT, diamante CVD, diamante policristalino (PCD), incluidas las versiones térmicamente estables, diamante de onda de choque o diamante natural. Las partículas de centros de crecimiento que son una masa de partículas unidas, proporcionan una multiplicidad de sitios de nucleación cuyo número se controla mediante la selección de una combinación adecuada del intervalo de tamaños de partículas constitutivas y el intervalo de tamaños de centros de crecimiento. Las partículas constitutivas de los centros de crecimiento pueden estar cristalográficamente orientadas al azar. Las partículas constitutivas pueden tener cualquier tamaño adecuado, pero típicamente tendrán un tamaño de menos de 200 micrómetros, por ejemplo, de submicrómetros a 100 micrómetros. Las partículas de centros de crecimiento pueden ser de cualquier tamaño, pero típicamente tendrán un tamaño inferior a 1 milímetro.

Las partículas de centros de crecimiento pueden ser aproximadamente equiaxiales, o pueden poseer una relación de aspecto, esto es, una relación de dimensión mayor a dimensión menor que es significativamente mayor que 1.

La unión en las partículas de centros de crecimiento es tal que se crea una relación, por lo general una relación predeterminada, entre partículas constituyentes individuales. La unión puede ser autoadhesiva entre partículas constitutivas o mediante un agente de unión que puede ser orgánico o inorgánico. Un agente de unión debe tener fuerza suficiente para mantener la integridad de las partículas de centros de crecimiento hasta que se haya formado la masa de reacción, y no debe interferir con el crecimiento de las granulaciones de cristales de diamante.

Se puede disponer de partículas del centro de crecimiento de diamante policristalino (PCD), incluido PCD térmicamente estable, seleccionando un PCD de un tamaño de grano adecuado y triturándolo o cortándolo a un intervalo de tamaños adecuado. Las partículas de centros de crecimiento de este tipo contendrán una multiplicidad de partículas constitutivas (granos). Las partículas de centros de crecimiento de este tipo pueden tratarse para eliminar material disolvente/catalizador. Análogamente, las partículas de centros de crecimiento de un tipo policristalino pueden obtenerse por trituración o corte de diamante CVD.

Las partículas de centros de crecimiento de diamante HPHT pueden obtenerse por selección de una fracción de diamante de tamaño adecuado, granulación de diamante usando un agente de unión adecuado y cernido de un intervalo de tamaños adecuado de partículas de centros de crecimiento por una técnica de clasificación adecuada tal como tamizado. Las partículas de centros de crecimiento de este tipo pueden constar de una multiplicidad de partículas constitutivas monocristalinas, sustancialmente exentas de planos de macla.

Las partículas de centros de crecimiento de diamante natural se pueden producir seleccionando una fracción de tamaños adecuada de diamante, granulando el diamante usando un agente de unión adecuado y cerniendo un intervalo de tamaños adecuado de partículas de centros de crecimiento por una técnica de clasificación adecuada tal como tamizado. Las partículas de centros de crecimiento de este tipo pueden contener una multiplicidad de partículas constitutivas que contienen monocristales o cristales maclados dependiendo de la naturaleza de la fuente de diamante natural. Las partículas de centros de crecimiento de diamante natural pueden obtenerse también de policristales naturales o granulaciones, o fuentes similares.

Las partículas constitutivas de centros de crecimiento pueden tener cualquier distribución de tamaños de partícula y pueden ser unimodales, bimodales o multimodales.

Son conocidos en la técnica disolventes/catalizadores para diamante. Son ejemplos de tales disolventes/ catalizadores, metales de transición tales como hierro, cobalto, níquel, manganeso y aleaciones que contienen estos metales, acero inoxidable, superaleaciones (por ejemplo, basadas en cobalto, níquel y hierro), bronces (incluidos bronces que contienen cobalto) y materiales para soldadura fuerte tales como níquel/fósforo, níquel/cromo/fósforo y níquel/paladio. Otros disolventes/catalizadores adecuados para diamante son elementos, compuestos y aleaciones que no contienen metales de transición, por ejemplo, cobre, cobre/aluminio y fósforo, y materiales no metálicos o una mezcla de ellos tales como hidróxidos, carbonatos, sulfatos, cloratos de metales alcalinos, metales alcalinotérreos y metales de transición, silicatos (tales como forsterita y enstatita) y otros catalizadores no metálicos conocidos en la técnica.

La fuente de carbono y las partículas del centro de crecimiento se ponen en contacto con un disolvente/ catalizador adecuado para crear una masa de reacción. Generalmente, la fuente de carbono y las partículas del centro de crecimiento se mezclarán con el disolvente/ catalizador en forma de partículas. Debe haber bastante fuente de carbono en el disolvente/catalizador para que las granulaciones de cristales de diamante crezcan al tamaño deseado.

En la masa de reacción, para alcanzar objetivos específicos se pueden introducir modificadores de cristalización y de la estructura cristalina conocidos en la técnica, tales como nitrógeno, boro o fósforo.

La masa de reacción se puede poner en una cápsula de reacción que se coloca en la zona de reacción de un aparato de alta temperatura/alta presión y someter luego el contenido a las condiciones de elevada temperatura y presión deseadas. La fuente de carbono se disuelve y el soluto emigra a la superficie de las partículas de los centros de crecimiento y precipita o crece sobre ella. Las granulaciones de cristales de diamante que se producen tendrán la morfología y predominio de monocristales o maclas cristalográficas dependiendo del perfil de saturación-tiempo utilizado, así como las condiciones de temperatura y presión, la composición química del disolvente/catalizador y la estructura cristalográfica de las partículas constituyentes de las partículas del centro de crecimiento.

Las condiciones de elevada temperatura y presión que se usan en el procedimiento pueden ser aquellas en las que el diamante es termodinámicamente estable. Estas condiciones son bien conocidas en la técnica. Generalmente, la elevada temperatura estará en el intervalo de 1000ºC a 2200ºC, y la elevada presión estará en el intervalo de 4 a 8 GPa. Estas condiciones de elevada temperatura y elevada presión se mantienen durante un tiempo suficiente para que la granulación de cristales de diamante crezca al tamaño deseado. Por lo general, el tiempo será mayor que 5 minutos y puede ser de varias horas.

También es posible producir crecimiento del diamante en condiciones fuera de la región de estabilidad termodinámica del diamante. Se pueden usar condiciones de temperatura y presión fuera de la región de estabilidad termodinámica del diamante si la regla de Ostwald domina el proceso de crecimiento y no la regla de Ostwald-Volmer (véase S. Bohr, R. Haubner y B. Lux, Diamond and Related Materials, vol. 4, págs. 714-719, 1995) - "De acuerdo con la regla de Ostwald, si se extrae energía del sistema con varios estados de energía, el sistema no alcanzará directamente el estado de base estable, sino que, en vez de ello, pasará gradualmente a través de todas las fases intermedias. Además, de acuerdo con la regla de Ostwald-Volmer, primeramente se forma (nuclea) la fase menos densa. Cuando parece que las dos reglas se contradicen entre sí, la regla de Ostwald-Volmer tiene prioridad sobre la regla de Ostwald". En el caso de crecimiento del cristal de diamante fuera de la región de estabilidad termodinámica, se puede suprimir la regla de Ostwald-Volmer mediante, por ejemplo, la aplicación de presión, permitiendo así el crecimiento de diamante sobre partículas de diamante preexistentes, con tal de que no estén presentes sustancialmente cristales de grafito.

En el procedimiento de la invención se prefieren condiciones isobáricas e isotérmicas. Sin embargo, se pueden usar otros procedimientos para generar una supersaturación de carbono, tales como el procedimiento de gradiente de temperatura y supersaturación dependiente del tamaño.

La recuperación de las granulaciones de diamante, como entidades discretas, de la masa de reacción se puede realizar por procedimientos bien conocidos en la técnica, por ejemplo, disolviendo el disolvente/catalizador usando un ácido inorgánico fuerte.

La granulación de diamante se puede revestir con una capa o capas apropiadas, bien in situ durante el proceso de crecimiento, o bien después de la recuperación.

La invención se ilustra ahora con los ejemplos siguientes.

Ejemplo 1

Se usó una cápsula de reacción para producir una pluralidad de granulaciones de diamante. Las partículas de centro de crecimiento se hicieron triturando una pieza de diamante policristalino (PCD) que tenía un tamaño nominal de grano de 4 micrómetros, y tamizando las partículas para producir una fracción de un tamaño menor que 100 micrómetros. Se usó una mezcla usando 0,2 gramos de partículas de centro de crecimiento y una cantidad de polvo de cobalto-hierro-grafito. La mezcla se puso en una cápsula de reacción que se puso a aproximadamente 1320ºC y aproximadamente 5,5 GPa. Estas condiciones se mantuvieron durante un período de 40 minutos. De la cápsula de reacción se recuperó una pluralidad de granulaciones de diamante disolviendo el cobalto-hierro en un ácido mineral diluido. El examen de las granulaciones recuperadas reveló que tenían un tamaño global de aproximadamente 400 micrómetros y que cada granulación comprendía aproximadamente 15 cristales constitutivos. Algunos de los cristales constitutivos estaban cristalográficamente maclados, como se ve en las Figuras 1 y 3.

Ejemplo 2

Se hizo una cantidad de partículas autoadheridas de centro de crecimiento por molienda de un compacto sinterizado de diamante policristalino con un tamaño de grano nominal de 75 micrómetros y eliminación por lixiviación del disolvente/catalizador de las partículas usando un ácido mineral diluido caliente. Después de lavar y secar, se tamizaron las partículas de centro de crecimiento para obtener una masa de partículas con un intervalo de tamaño de 255 a 425 micrómetros. Se hizo una mezcla de 0,99 gramos de partículas de centro de crecimiento y una cantidad de una mezcla de polvo de cobalto-hierro-grafito. La mezcla se puso en una cápsula de reacción que se sometió a las condiciones de aproximadamente 1320ºC y aproximadamente 5,5 GPa. Estas condiciones se mantuvieron durante un período de 120 minutos. La cápsula de reacción se disolvió en ácido mineral diluido para eliminar el cobalto-hierro. El examen de las granulaciones recuperadas reveló que tenían un tamaño global de 850 a 1000 micrómetros y que cada granulación comprendía aproximadamente de 15 a 20 cristales en la superficie, cuyo tamaño estaba en el intervalo de aproximadamente 250 micrómetros a aproximadamente 350 micrómetros. Los cristales de la superficie de las granulaciones estaban predominantemente maclados. Las granulaciones de diamante sustancialmente eran como se presenta en las Figuras 1 y 3.

Ejemplos 3 a 8

Se han hecho granulaciones de diamante del tipo general representado en las Figuras 1 y 3 de acuerdo con el procedimiento del Ejemplo 1, usando partículas autoadheridas de centro de crecimiento. Los Ejemplos 3 a 8 son ejemplos en los que se han usado partículas autoadheridas de centros de crecimiento con una selección de tamaños de partículas constitutivas. En estos Ejemplos, el disolvente/catalizador es cobalto-hierro, la fuente de carbono es grafito y las condiciones de tratamiento son aproximadamente 1320ºC y aproximadamente 5,4 GPa para varios tiempos de crecimiento. Los Ejemplos 3 a 8 muestran también un intervalo de relaciones de tamaño nominal entre la partícula de centro de crecimiento y partículas constitutivas de los centros de crecimiento. En la Tabla que sigue, el término "relación de tamaño" se refiere a esa relación.

TABLA 1

1

TABLA 1 (continuación)

2

Algunas granulaciones del Ejemplo 6 se montaron en una matriz de latón y se pulieron hasta que quedó expuesto el plano central de las granulaciones. Se examinó la estructura de las granulaciones por microscopía electrónica con emisión de electrones secundarios y por luminiscencia catódica. En la Figura 5 se presenta una fotografía de una típica sección transversal. La fotografía muestra la morfología de crecimiento radial característica de las granulaciones y el aumento tanto del tamaño de las cristalitas como de la sección transversal desde las partículas constitutivas del centro de crecimiento a la región de crecimiento de la granulación.

Ejemplos 9 a 13

Las partículas del centro de crecimiento se pueden producir por trituración y tamizado de una masa de partículas constitutivas de diamante que se han unido entre sí usando un agente de unión. Los resultados de usar un agente de unión para unir las partículas constitutivas para hacer una masa a partir de la cual se pueden hacer los centros de crecimiento se dan en los Ejemplos 9 a 13. En estos Ejemplos, el disolvente/catalizador es una aleación de cobalto-hierro, la fuente de carbono es grafito y las condiciones para el crecimiento de las granulaciones de diamante son aproximadamente 5,5 GPa a varias temperaturas para varios tiempos de crecimiento.

TABLA 2

3

(Tabla pasa a página siguiente)

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TABLA 2 (Continuación)

4

Ejemplo 14

Se hizo una cápsula de reacción de acuerdo con el Ejemplo 1 usando partículas de centro de crecimiento obtenidas a partir de diamante de onda de choque. Las partículas de diamante de onda de choque tenían un intervalo de tamaños de 7 a 10 micrómetros y un tamaño de partícula constituyente de 0,04 micrómetros, según se determinó por medida del ensanchamiento de líneas de rayos X, y una relación de tamaño de aproximadamente 200. La cápsula de reacción se sometió a las condiciones de aproximadamente 5,4 GPa y aproximadamente 1320ºC durante 7 minutos. Las granulaciones de diamante recuperadas eran de aproximadamente 350 a 450 micrómetros y tenían en la superficie de 10 a 15 cristales de 100 a 200 micrómetros. Predominantemente, los cristales de la superficie contenían cristales maclados.

Los Ejemplos 3 a 14, además de mostrar el intervalo de tamaños de las partículas constituyentes (desde nominalmente 0,04 micrómetros a nominalmente 75 micrómetros) y los procedimientos para unir las partículas constituyentes para formar centros de crecimiento, ilustran el intervalo de tamaños de partícula de los centros de crecimiento (desde nominalmente 8 micrómetros a nominalmente 400 micrómetros) que se pueden usar en la práctica de esta invención. En todos los casos, las granulaciones sustancialmente eran como se presentan en las Figuras 1 y 3.

Ejemplo 15

Las partículas de los centros de crecimiento se hicieron por tamizado de la fracción de un tamaño de 49 a 75 micrómetros de una masa autoadherida de partículas de diamante hecha a partir de una mezcla de 70% de diamante con un tamaño en el intervalo de 10 a 20 micrómetros y 30% de diamante con un tamaño de 1 a 2 micrómetros. Se trató a aproximadamente 1320ºC y aproximadamente 5,4 GPa, durante 7 minutos, una cápsula de reacción que contenía una cantidad de partículas de centro de crecimiento dispersadas en una mezcla de cobalto-hierro-grafito. Las granulaciones de diamante crecidas de esta manera tenían un tamaño global de aproximadamente 250 a 350 micrómetros y predominantemente comprendían cristales maclados, de aproximadamente 75 a 150 micrómetros, con aproximadamente 12 cristales en la superficie de la granulación de diamante.

Ejemplos 16 a 20

En los Ejemplos 1 a 15, el disolvente/catalizador era una aleación de cobalto-hierro. En los Ejemplos 16 a 20, se han hecho granulaciones de diamante, sustancialmente las mismas que las ilustradas en las Figuras 1 y 3, de acuerdo con el Ejemplo 1, pero con disolventes/catalizadores alternativos y partículas autoadheridas de centro de crecimiento con un intervalo de tamaños de 90 a 107 micrómetros. En todos los Ejemplos, la fuente de carbono era grafito.

TABLA 3

5

TABLA 3 (Continuación)

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Ejemplo 21

Se preparó un volumen de reacción mezclando 12 gramos de diamante natural con un tamaño de grano inferior a 0,5 micrómetros con 68 gramos de una mezcla de cobalto-hierro en polvo y una cantidad de partículas autoadheridas de centro de crecimiento con un intervalo de tamaño de 90 a 107 micrómetros y un tamaño de las partículas constitutivas de nominalmente 5 micrómetros. El volumen de reacción se sometió a las condiciones de aproximadamente 1320ºC y aproximadamente 5,4 GPa durante un tiempo de crecimiento de aproximadamente 2 horas. El examen de las granulaciones de diamante recuperadas reveló que los cristales de la superficie predominantemente eran maclados, con un tamaño de 20 a 40 micrómetros y en número superior a cien. Las granulaciones de diamante tenían un tamaño de aproximadamente 300 a 500 micrómetros.

Ejemplo 22

Se preparó un volumen de reacción de una mezcla de grafito y diamante como fuente de carbono, polvos de cobalto y hierro mezclados como disolvente/catalizador y una cantidad de centros de crecimiento autoadheridos con un tamaño de partícula en el intervalo de 90 a 107 micrómetros. El volumen de reacción se puso en un aparato de alta presión y se sometió a las condiciones de aproximadamente 1420ºC y aproximadamente 5,5 GPa durante un período de aproximadamente 40 minutos. El examen de las granulaciones recuperadas reveló que tenían un tamaño global de 750 a 850 micrómetros con 15 a 25 cristales de diamante en la superficie, cada uno con un diámetro equivalente de 250 a 350 micrómetros.

Ejemplo 23

Se preparó un volumen de reacción sustancialmente de acuerdo con el Ejemplo 5, pero añadiendo aproximadamente 1% de ácido fosfórico al disolvente/catalizador para modificar la estructura de crecimiento del cristal. El volumen de reacción se trató a aproximadamente 1420ºC y aproximadamente 5,5 GPa durante dos horas. El examen de las granulaciones recuperadas reveló que la morfología era tabular más bien que cúbico-octaédrica. Además, los cristales estaban mucho más maclados que en el Ejemplo 5. Estas granulaciones sustancialmente eran como se muestra en la Figura 6.

Ejemplo 24

Se realizó un experimento para comparar granulaciones de diamante con diamantes monocristalinos cúbico-octaédricos con respecto a la retención y el desgaste en una unión con metal. Se hizo una pieza de ensayo usando cantidades iguales de diamante de cada tipo sinterizado en una matriz metálica de base cobalto. Se hizo un disco de esmerilado de Norite, un granito de clase 2, y se montó en una máquina estándar de esmerilado de superficies. Las piezas de ensayo se sujetaron adyacentes entre sí en la mesa de la máquina de esmerilado de superficies para poder ensayarlas simultáneamente. La máquina de esmerilado se fijó a un avance de 5 micrómetros por pasada, una velocidad periférica del disco de 15 metros por segundo y una velocidad de la mesa de 2,5 m/min. Las muestras se rebajaron en las direcciones de avance e inversa y sin avance transversal. El comportamiento de ambas piezas de ensayo se estimó a intervalos hasta que se había eliminado del disco una cantidad sustancial de granito, momento en el que se terminó el ensayo. El arranque de los monocristales cúbico-octaédricos aumentó estacionariamente a lo largo del ensayo alcanzando el 30% a su conclusión. La pieza de ensayo que contenía las granulaciones de diamante tuvo un arrastre del 2% a su conclusión. Usando criterios normales de clasificación de la progresión del desgaste, el análisis reveló que, para monocristales cúbico-octaédricos, el arrastre fue de 30%, 46% de los cristales estaban en condición operativa y el resto de 24% estaban en estado crítico o rugosos. Para las granulaciones de diamante, la clasificación fue 2% de arrastre, 68% operativos y 30% o en estado crítico o con superficie rugosa. Las granulaciones de diamante presentaban así una mejora significativa en comparación con diamantes monocristalinos cúbico-octaédricos y con respecto a la retención de la unión y con respecto a la proporción de piezas operativas.

Claims

1. Una granulación de diamante que comprende un núcleo y una región hipercrecida que contiene una pluralidad de cristalitas de diamante que se extienden hacia afuera desde el núcleo, teniendo la mayoría de las cristalitas una sección transversal cuya superficie aumenta a medida que aumenta la distancia de la cristalita al núcleo.

2. Una granulación de diamante de acuerdo con la reivindicación 1, en la que al menos 80% de las cristalitas tienen una superficie transversal que aumenta a medida que aumenta la distancia de la cristalita al núcleo.

3. Una granulación de diamante de acuerdo con la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en la que las cristalitas de diamante tienen una baja concentración de inclusiones.

4. Una granulación de diamante de acuerdo con la reivindicación 3, en la que las cristalitas de diamante tienen menos de 1% en masa de inclusiones.

5. Una granulación de diamante de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que las superficies externas de las cristalitas de diamante son superficies cristalográficas bien definidas.

6. Una granulación de diamante de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que el núcleo comprende una masa unida de partículas constitutivas de diamante.

7. Una granulación de diamante de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que tiene un tamaño en el intervalo de 50 micrómetros a 1 mm.

8. Un procedimiento para producir para producir una pluralidad de granulaciones de diamante, granulaciones que han sido definidas en una cualquiera de las reivindicaciones 1-7, que incluye las etapas de proporcionar una fuente de carbono, proporcionar una pluralidad de partículas de centros de crecimiento, cada uno de los cuales comprende una masa unida de partículas constitutivas, producir una masa de reacción poniendo en contacto la fuente de carbono y las partículas de centros de crecimiento con un disolvente/catalizador, someter la masa de reacción a condiciones de elevada temperatura y elevada presión, adecuadas para el crecimiento de cristales, y recuperar una pluralidad de granulaciones de diamante de la masa de reacción.

9. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 8, en el que la fuente de carbono se selecciona entre grafito, diamante sintético HPHT, diamante CVD, diamante natural y una combinación de dos o más de ellos.

10. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 8 o la reivindicación 9, en el que las partículas constitutivas de las partículas de los centros de crecimiento son de diamante.

11. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 10, en el que el diamante para las partículas de centros de crecimiento se seleccionan entre diamante sintético HPHT, diamante CVD, diamante policristalino, diamante natural y una combinación de dos o más de ellos.

12. Un procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 8 a 11, en el que las partículas constitutivas tienen un tamaño inferior a 200 micrómetros.

13. Un procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 8 a 11, en el que las partículas constitutivas tienen un tamaño en el intervalo desde submicrómetro a 100 micrómetros.

14. Un procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 8 a 13, en el que las partículas de centros de crecimiento tienen un tamaño inferior a 1 mm.

15. Un procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 8 a 14, en el que la unión de las partículas de centros de crecimiento se logra por autoadherencia entre partículas constitutivas.

16. Un procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 8 a 14, en el que la unión de las partículas de los centros de crecimiento se logra por medio de un agente de unión.

17. Un procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 8 a 16, en el que la temperatura elevada está en el intervalo de 1000 a 2200ºC y la presión elevada está en el intervalo de 4 a 8 GPa.