專利名稱：人造寶石超溫壓合成爐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及化工合成裝備，是一種人造寶石超溫壓 合成爐。
背景技術(shù)：
鉆石由金剛石磨尿而成。鉆石、翡翠、瑪瑙等都是貴 重寶石，純天然精品比黃金還貴。金剛石主要產(chǎn)于南部非洲國家，翡翠 主要產(chǎn)于緬甸，并且都成為了這些國家的重要經(jīng)濟(jì)來源，于是，人們就 想方設(shè)法制造這些寶石。最先在1954年，由美國通用電氣實(shí)驗(yàn)室的科學(xué) 家們耳又得了由金剛石的同素異形體石墨制取金剛石的高溫和高壓條件， 并且首次將石墨轉(zhuǎn)變?yōu)榻饎偸?。不過，因這種過程生產(chǎn)的合成金剛石起 先非常細(xì)小，但它們的顆粒大小和質(zhì)量已經(jīng)逐步得到改進(jìn)，所以現(xiàn)在， 1975年有時(shí)能夠生產(chǎn)質(zhì)量為0. 2g (l克拉)的人造金剛石，目前，雖然絕 大部分的工業(yè)金剛石都是合成的，但由于受合成設(shè)備的限制，其質(zhì)量和 顆粒大小遠(yuǎn)不能同天然金剛石相比。
雖然翡翠、瑪瑙主要用作裝飾品，但金剛石由于石M極大、M性極 強(qiáng)而具有廣泛用途。如果能夠仿天然條件工廠化、規(guī)^莫化合成顆粒比天然 大得多，質(zhì)量優(yōu)良的金剛石，則不遜于開采幾座金礦，增強(qiáng)國家財(cái)富。
(H)

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是要解決現(xiàn)有人造寶石顆粒小，質(zhì)量差 的問題，提供一種仿天然條件的人造寶石超溫壓合成爐。
金剛石是碳，可由石墨轉(zhuǎn)化而來，瑪瑙的主要成份是Si02,翡翠的 主要成份是通過Na2Si03和Al2(Si03)3生成NaAlSi206即NaAl (Si03)2,這些 寶石是在高溫高壓的熔巖中形成的，隨火山噴發(fā)等自然現(xiàn)象帶到地面而 成。因而人工合成這些寶石時(shí)，除了配料物質(zhì)的純度外，關(guān)鍵是提供高 溫和高壓條件。拿金剛石的人工合成來說，把石墨加熱到2000匸，比鋼 鐵的熔點(diǎn)(1500-1600。C )還高，加壓到5 x 106Kpa-1 x 107Kpa,約10萬 大氣壓(105atm)，并有催化劑存在的條件下，可以制出人造金剛石。石墨和金剛石都具有極高的熔點(diǎn)，超過3500。C，如果能人工提供這樣的 高溫及高壓就能使其顆粒變得無比碩大。
本實(shí)用新型的具體方案是選擇一地質(zhì)條件較好的山地，開鑿一 垂直巖洞，其特征是在巖洞的內(nèi)壁鋪設(shè)有爐瓦，洞內(nèi)自上而下布置 有電熱器；在巖洞的底部旁邊開有卸料通道，并設(shè)有封閉裝置，在巖 洞的洞口處安裝有巨型活塞壓力裝置。
本發(fā)明中所述巖洞內(nèi)壁上鋪設(shè)的爐瓦是采用鎢等極耐高溫才村轉(zhuǎn)'J成。
本發(fā)明中所述巖洞的底部為平底或葫，底。
本發(fā)明中所述設(shè)有卸料通道上的封閉裝置包括有混凝土板、鋼板 及支承裝置。
本發(fā)明中所述安裝在洞口處的巨型活塞壓力裝置，包括有安裝在 巖洞口處的缸套、與缸體相配的活塞，活塞的頂端安裝有大型水箱 (或水銀箱)，大型水箱的四周布置有導(dǎo)向柱與地面連接固定，且在 大型水箱的底部安裝有若干臺液壓頂。
本發(fā)明中所述安裝在洞口處的巨型活塞壓力裝置其缸體及活塞視 孔徑及所需壓力可為階梯式結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明可仿天然寶石的生成條件，產(chǎn)生高溫高壓，甚至有條件達(dá) 到地球中心處溫壓，通過加入各種生成寶石的基料合成與天然寶石質(zhì) 量相近，顆粒更大的人造寶石，造福人類。
卿


圖l是本發(fā)明的總體結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是本發(fā)明水壓裝置結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3是本發(fā)明階梯式活塞結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中l(wèi)-巖洞，2-缸套，3-混凝土， 4-爐瓦，5_爐底，6-卸料通 道，7-電磁加熱器，8-混凝土板，9-鋼板，10-支承架，11-石墨基 料，12-翡翠基料,13-瑪瑙基料，14-巖漿，15-活塞，16-加壓觸頭,17-水箱，18-導(dǎo)柱，19_液壓頂，20-連接耳，21-階梯式活塞，22-階 梯式釭體。
(5)
具體實(shí)施例方式
參見圖l，這是一座人造寶石超溫壓合成爐的具體結(jié)構(gòu)示意圖。在 一山體為堅(jiān)硬巖石的平山峰上垂直打鉆一巖洞1 ，洞頂部用耐高溫材料 如鎢鋼(下同)制成套并疊鎖成活塞缸2，活塞缸2用鋼筋混凝土3，與 地面巖石緊密淺固為一體。巖洞l自下而上分段貼有半園柱體的爐瓦4 (用鎢等耐高溫材料制成)，兩個半園形爐瓦起先用高強(qiáng)度樹脂膠粘 合并在段間錯縫放入，防止膨脹造成損壞，爐底5呈葫蘆狀，并貼有爐 瓦4。在巖洞1內(nèi)安裝有電磁加熱器7，巖洞l的底部旁邊一有卸料通道 6,在設(shè)備安裝完后要用混凝土板8加鋼板9及支承架10固封。產(chǎn)品合成 后，撤銷人工壓強(qiáng)P,保持巖漿自然壓強(qiáng)P。，撤去爐底部卸料通道6上 封閉裝置的鋼板9、支承架IO,保持能夠承受P。然后再向爐內(nèi)施加人 工壓強(qiáng)P,讓爐料壓破P。可從卸料通道6噴出合成寶石，然后經(jīng)通風(fēng)冷 卻，此爐可重復(fù)使用。
爐內(nèi)電》勘口熱器7的作用是熔化巖石，維持或提升爐內(nèi)巖漿的溫度。
爐內(nèi)自下而上，分段物質(zhì)的填料分別是石墨ll,翡翠料12,瑪瑙 料13,巖漿14......而翡翠料、瑪瑙料等可以從地面爐內(nèi)制成熱漿后注
入。也可以每爐為單一材料的合成。
在巖洞l入口處的缸套2中裝入活塞l 5,活塞l 5上方是加壓裝置， 參見圖2，它由加壓觸頭16,水箱17,多根防斜擺導(dǎo)柱18 (導(dǎo)柱18的上 端與水箱17的連接耳20連接，下端固定于地面上)，多臺液壓支承頂 19組成。為了獲得足夠強(qiáng)大的壓力，我們可仿照一級加壓裝置而做成 二級三級以至n級加壓裝置疊加起來。此外，還可以用多臺壓力機(jī)，如 萬噸水壓^/L沿加壓頭周圍進(jìn)^f亍輔助加壓。
圖3是一種階梯式活塞裝置。它由階梯式活塞21和階梯式^x體22構(gòu) 成，目的是針對小孔徑的超溫壓合成爐有較好的穩(wěn)定性和防折斷作用。說明書第4/4頁
本發(fā)明合成工作原理是
帕斯卡定律告訴我們對密閉容器中的流體所加的壓力(指壓強(qiáng) P)，能夠毫不減小地傳遞到流體各處的容器的器壁上。因而，我們可 以選在一種致密而堅(jiān)硬的巖體上打一個小孔徑的洞，在完全依賴人工 施壓的前提下，洞的深淺與人工施壓幾乎無關(guān)，為了減少工程量，洞 的頸部的深淺可設(shè)置為10-30米，洞底可以擴(kuò)大為容積l-50立方米的圓 形或平底圓形，極象一個圓底燒瓶或平底燒瓶，如圖l。
從以上分析數(shù)據(jù)顯示，在人工造壓的情景中，我們所需的壓強(qiáng) (IO萬大氣壓)與洞及活塞的直徑有關(guān)，當(dāng)洞及活塞的直徑設(shè)定在O. ll米以下時(shí)，只需提供相當(dāng)于l萬立方米水體(l萬噸)的壓力就足夠 了，并且容易提供。這項(xiàng)計(jì)算如下
令？=1萬口屯=104吃=107公斤x 10牛/公斤=108牛
S=tt (+)2= jd2=0. 79d2 0. 8d2
當(dāng)(1=0. 11米時(shí)，8 S=0. 8 x (0. 11) 2=0. 00968 0. 01=1 x 10—2米2
所以？=普4 0，/nM(rpa IO萬大氣壓
在圖l中，安裝有活塞15、缸套2、爐瓦4、電加熱器7 (如彈簧 狀)等部件，待合成的物質(zhì)在地面用熔爐熔融成熱熔漿后，倒入。
在加壓的過程中為了獲得穩(wěn)定的壓力，加壓裝置可以做成圖2的水 壓形式，活塞還可以做成圖3的階臺式。
權(quán)利要求
1. 人造寶石超溫壓合成爐，包括有一垂直的巖洞，其特征是在巖洞的內(nèi)壁鋪設(shè)有爐瓦，洞內(nèi)自上而下布置有電熱器；在巖洞的底部旁邊開有卸料通道，并設(shè)有封閉裝置，在巖洞的洞口處安裝有巨型活塞壓力裝置。
2. 才艮據(jù)權(quán)利要求1所述的人造寶石超溫壓合成爐，其特征是所述 巖洞內(nèi)壁上鋪設(shè)的爐瓦是采用鎢材料制成。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的人造寶石超溫壓合成爐，其特征是所述 巖洞的底部為平底或葫,底。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的人造寶石超溫壓合成爐，其特征是所述 設(shè)有卸料通道上的封閉裝置包括有混凝土板、鋼板及支承裝置。
5. 才艮據(jù)權(quán)利要求1所述的人造寶石超溫壓合成爐，其特征是所述 安裝在洞口處的巨型活塞壓力裝置，包括有安裝在巖洞口處的缸套、 與缸套相配的活塞，活塞的頂端安裝有大型水箱，大型水箱的四周布 置有導(dǎo)向柱與地面連接，且在大型水箱的底部安裝有若干臺液壓頂。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的人造寶石超溫壓合成爐，其特征是所述 安裝在洞口處的巨型活塞壓力裝置其缸體及活塞為階梯式結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種人造寶石超溫壓合成爐，它包括有一垂直的巖洞，其特征是在巖洞的內(nèi)壁鋪設(shè)有爐瓦，洞內(nèi)自上而下布置有電熱器；在巖洞的底部旁邊開有卸料通道，并設(shè)有封閉裝置，在巖洞的洞口處安裝有巨型活塞壓力裝置；本發(fā)明解決了現(xiàn)有人造寶石顆粒小，質(zhì)量差的問題，本發(fā)明仿造天然寶石的生成條件，可用于合成鉆石、翡翠、瑪瑙等貴重寶石及凡涉及于超溫壓界已知和未知的新材料的合成技術(shù)。
文檔編號B01J3/06GK101417218SQ20071005367
公開日2009年4月29日 申請日期2007年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月26日
發(fā)明者唐振寰, 唐貴良 申請人:唐貴良