세 가지 주요 기술은 고압 고온(HPHT) 다이아몬드를 제조하는 데 사용되는 벨트 프레스, 큐빅 프레스, 스플릿 스피어(BARS) 프레스입니다. 각 기계의 기계적 설계는 다르지만, 모두 탄소를 다이아몬드로 결정화하는 데 필요한 압축력과 고열을 생성하는 단일 목적을 수행합니다.
핵심 통찰 벨트 프레스가 다이아몬드 합성의 기반을 마련했지만, 산업은 큐빅 및 스플릿 스피어 디자인으로 발전했습니다. 이러한 현대 기술은 더 큰 보석 품질의 다이아몬드를 생산하는 데 필수적인 효율성과 공간 제어를 제공하며, 단순히 산업용 연마재를 생산하는 것 이상입니다.
세 가지 프레스 디자인 살펴보기
HPHT 합성의 근본적인 목표는 지구 깊은 곳의 조건을 모방하는 것입니다. 이를 달성하기 위해 엔지니어는 탄소 공급원에 힘을 가하기 위해 세 가지의 서로 다른 장치 디자인을 사용합니다.
벨트 프레스
이것은 다이아몬드 합성을 위해 개발된 가장 초기의 기술입니다. 위아래 두 개의 큰 앤빌을 사용하여 원통형 내부 셀에 엄청난 압력을 가합니다.
셀이 바깥쪽으로 터지는 것을 방지하기 위해 미리 장력을 받은 강철 밴드의 "벨트"로 방사상으로 구속됩니다. 이 디자인에서 앤빌은 전극 역할도 하여 열을 생성하는 데 필요한 전류를 전달합니다.
큐빅 프레스
큐빅 프레스는 다방향 힘으로의 전환을 나타냅니다. 위에서 아래로 누르는 압력 외에도 이 기계는 여섯 개의 별도 앤빌을 특징으로 합니다.
이 앤빌은 동시에 작동하여 입방체 모양의 모든 면에 압력을 가합니다. 일반적으로 원래 벨트 프레스 디자인보다 작지만, 큐빅 프레스는 필요한 합성 조건을 달성하는 데 매우 효과적입니다.
스플릿 스피어(BARS) 프레스
BARS 프레스라고도 불리는 이 프레스는 현재 사용되는 가장 경제적이고 컴팩트한 방법으로 간주됩니다.
이 디자인은 장치 중앙에 원통형 세라믹 합성 캡슐을 배치합니다. 스플릿 스피어 기하학을 사용하여 힘을 집중함으로써 이 프레스는 보석 거래에 필요한 더 큰 결정을 성장시키는 데 특히 효율적입니다.
절충점 이해하기
이 프레스들은 공학적 경이로움이지만, HPHT 공정은 천연석이나 CVD(화학 기상 증착) 다이아몬드와 구별되는 특정 특성을 다이아몬드에 부여합니다.
금속 내포물
성장을 촉진하기 위해 HPHT 공정은 종종 금속 용매 촉매를 사용합니다. 결과적으로 이러한 다이아몬드에는 어둡고 금속성인 내포물이 포함될 수 있습니다.
천연 다이아몬드는 금속이 아닌 암석(규산염)에서 형성되기 때문에 이러한 내포물은 실험실에서 성장한 기원을 확실하게 식별하는 요소입니다. 경우에 따라 이러한 갇힌 금속 입자 때문에 다이아몬드가 약한 자기 특성을 나타낼 수도 있습니다.
색상 포화 위험
HPHT 환경은 엄격하게 제어되지만 다이아몬드를 질소에 노출시킬 수 있습니다.
형성 중에 질소가 결정 격자로 들어가면 다이아몬드가 황색을 띨 수 있습니다. HPHT는 고색상 등급의 돌을 만드는 데 탁월하지만, 이러한 화학적 민감성 때문에 무색을 보장하기 위한 엄격한 검사가 필요합니다.
프로젝트에 적용하는 방법
기술 선택은 종종 산업용 유용성이 목표인지 보석 품질의 미학이 목표인지에 따라 달라집니다.
- 보석 품질의 돌 생산에 중점을 둔다면: 스플릿 스피어 또는 큐빅 프레스가 우수한 선택입니다. 이 프레스들은 크고 투명한 결정을 위한 안정성과 부피를 제공합니다.
- 순전히 산업적 응용에 중점을 둔다면: 벨트 프레스는 미적 완벽성이 중요하지 않은 다이아몬드 연마재 또는 분말을 만드는 데 있어 입증된 기술로 남아 있습니다.
- 식별에 중점을 둔다면: 금속 내포물 또는 과립 구조를 찾으십시오. 이는 세 가지 프레스 모두에서 사용되는 빠르고 고압적인 성장 환경의 명확한 특징입니다.
궁극적으로 기계는 더욱 정교해졌지만, 물리학은 동일하게 유지됩니다. 즉, 지구의 압축력을 모방하여 탄소를 결정으로 전환하는 것입니다.
요약 표:
| 프레스 기술 | 주요 특징 | 주요 응용 분야 |
|---|---|---|
| 벨트 프레스 | 방사상 강철 벨트가 있는 두 개의 대형 앤빌 | 산업용 다이아몬드 연마재 및 분말 |
| 큐빅 프레스 | 다방향 힘을 가하는 여섯 개의 앤빌 | 보석 품질 및 고정밀 결정 |
| 스플릿 스피어(BARS) | 컴팩트하고 경제적인 스플릿 스피어 기하학 | 크고 고순도의 보석 등급 다이아몬드 |
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