Élet és Tudomány, 1992. július-december (47. évfolyam, 27-52. szám)
1992-07-03 / 27. szám
A gyémánt az ipar egyik jövőbeli sztárja lehet, mert egyedülálló tulajdonságokkal rendelkezik; keménysége felülmúlhatatlan, kiválóan vezeti a hőt, ellenáll a vegyszereknek, átlátszó és mindamellett jó villamos szigetelő anyag. Mesterséges előállításával már régóta foglalkoznak, nagy nyomáson és viszonylag nagy hőmérsékleten egyedi kristályok, kémiai és robbantásos eljárásokkal pedig mikrokristályok, bevonatok (0,01—0,1 milliméteres gyémántszemcsék) készíthetők. Ezek a gyémántok, illetőleg gyémántbevonatok már ma is nélkülözhetetlenek, a „gyémántkor” azonban csak akkor teljesedhet ki, ha sikerül viszonylag nagy méretű és tömör gyémántokat előállítani — olcsón. (Az ipar céljaira a föld méhében keletkező, nagyobb méretű természetes gyémántkristályok számításba sem jöhetnek; ezek, minthogy rendkívül ritkák, óriási értéket képviselnek, s többnyire csak ékszerként használatosak.) Napjainkban már elérhető közelségbe került, hogy olyan minőségű és méretű gyémántokat készíthessünk, amilyeneket eleddig a természet sem alkotott. MA: LEGFÖLJEBB 5 MILLIMÉTERES KRISTÁLYOK Elsőként az amerikai General Electric cég állított elő gyémántkristályokat 1955-ben H. T. Hall nagy nyomású préselési módszerével. Az első mesterséges gyémántszemcsék kis méretűek voltak, viszonylag nagyobb kristályokat csak a hetvenes évektől növesztenek. A Hall-féle eljárásban a keményfém préselemek (7. ábra; A, B, C) hézagait egy porszerű anyagnak , az aluminiumszilikátnak (pirofillit) és a hematitnak (Fe 20,) a keveréke tölti ki; a préstér viszonylag egyenletes nyomását ennek súrlódó ellenállása szavatolja. A préstérben 45 000 bar nyomás és 1150 Celsiusfok hőmérséklet uralkodik, s a gyémántkristályok a tér két végében naponta 1-1 milliméternyit növekedhetnek (2. ábra), így 5 milliméteres kristályok állíthatók elő üzemszerűen. Az eljárás legkritkusabb része (s egyben a nagyobb kristályok növesztésének korlátja): a préstérben a nyomás és a hőmérséklet kicsiny határok között ugyan, de ingadozik. A General Electric részben ezt kiküszöbölendő 1. ábra. A Hall-féle gyémántprés (A, B, C: keményfémből készült elemek; D, E, F: gyűrűs erősítő elemek) Hall javaslatára tetrahedralis (négylapú) préssel is megpróbálkozott; ezzel sikerült a gyémánt előállításának hatékonyságát mintegy 25 százalékkal növelni, maga a prés azonban sokkal bonyolultabb felépítésűvé vált. A mind ez idáig szerkesztett prések közös tulajdonsága, hogy vonal menti (lineáris) térváltoztatást valósítanak meg, s ezért a nyomás a préselendő szilárd testekben egyenetlen. Ez egyszersmind behatárolja mind a gyémántnövesztés sebességét, mind pedig a mesterségesen előállítható gyémánt nagyságát. Ám ma már készíthető olyan eszköz is, amelynek présterében a szilárd testek (nagyságuktól, kiterjedésüktől függetlenül) egyenletes nyomással préselhetők — ilyen a négyzetes (kvadratikus) prés. Ennek présterét (1) a présállvány (2) teljesen körbefogja, így a prés bármilyen nagy méretben elkészíthető. Készíthetünk például háztömbnyi nagyságú présállványt, s vele — legalábbis elvileg — futball-labda nagyságú gyémántot. Ugyanezt az elvet alkalmazva kialakítható háromszögű és hatszögű préstér is (3. ábra). KÉSIK A VEZÉRLŐJEL Ha mindez ilyen egyszerű dolog, a fejlett iparú országok milliomosai miért nem dobálóznak kvadratikus gyémántokkal? Mindenekelőtt azért nem, mert a kvadraprés gyakorlatban való megvalósítása korántsem egyszerű feladat: a préstestek, még ha mozgásukat a jelenleg ismert legtökéletesebb elektronikus eszközökkel vezéreljük is, állandóan beékelődnek (az elektronikus vezérlések bizonyos időkéséssel működnek, a kvadrátprések esetében azonban a legkisebb késedelem sem engedhető meg). A legutóbbi években többen is szabadalmaztatták kvadratikus présüket. De például az egyik német találmány még az elemi feltételeket sem elégíti ki. Ezt némelyik ország szabadalmi hivatala észrevette, s megtagadta a szabadalom bejegyzését. Másutt (például Nagy-Britanniában) azonban e megoldást — noha az eszköz működésképtelen — szabadalmazták. Ott 2. ábra: A Hali-féle prés préstere (1: csatlakozás; 2: gyémántpor; 3: pirofillitpor; 4: fűtőelem; 5: burkolat; 6: a növekvő gyémántkristály) sem fogadták el viszont azt az 1985-ben benyújtott találmányt, amely a geometriai viszonyokat ugyan tökéletesen tisztázza, de a préstesteket menthetetlenül beékelődő csavarorsók mozgatják. A kvadraprés a szokásos mechanizmusokkal nem működtethető, ehhez a műszaki gyakorlatban ma még ismeretlen omnnizmusokra van szükség. 3. ábra. Különféle alakú présterek (1: préstér; 2: présállvány; 1: préstest)