专利名称：人造宝石超温压合成炉的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及化工合成装备，是一种人造宝石超 温压合成炉。。
背景技术：
钻石由金刚石磨沐而成。钻石、翡翠、玛瑙等都是贵 重宝石，纯天然精品比黄金还贵。金刚石主要产于南部非洲国家，翡翠 主要产于缅甸，并且都成为了这些国家的重要经济来源，于是，人们就 想方设法制造这些宝石。最先在1954年，由美国通用电气实,睑室的科学 家们取得了由金刚石的同素异形体石墨制取金刚石的高温和高压务fr, 并且首次将石墨转变为金刚石。不过，因这种过程生产的合成金刚石起 先非常细小，但它们的颗粒大小和质量已经逐步得到改进，所以现在， 1975年有时能够生产质量为0. 2g (l克拉)的人造金刚石，目前，虽然绝 大部分的工业金刚石都是合成的，但由于受合成设备的限制，其质量和 颗粒大d 、远不能同天然金刚石相比。虽然翡翠、玛瑙主要用作装饰品，但金刚石由于石t;l极大、絲性极 强而具有广泛用途。如果能够仿天然条件工厂化、规模化合成颗粒比天然 大得多，质量优良的金刚石，则不逊于开采几座^T矿，增强国家财富。G)发明内容本实用新型的目的是要解决现有人造宝石颗粒小，质 量差的问题，提供一种仿天然条件的人造宝石超温压合成炉。金刚石是碳，可由石墨转化而来，玛瑙的主要成份是Si02，翡翠的 主要成份是通过Na2Si03和Al2(Si03)3生成NaAlSi206即NaAl (Si03)2，这些宝石是在高温高压的熔岩中形成的，随火山喷发等自然现象带到地面而 成。因而人工合成这些宝石时，除了配料物质的纯度外，关键是提供高 温和高压条件。拿金刚石的人工合成来说，^^墨加热到2000。C，比钢 纟失的熔点(1500-1600°C )还高，加压到5 x 106Kpa-l x 107Kpa，约10万 大气压(105atm),并有催化剂存在的条件下，可以制出人造金刚石。石墨和金刚石都具有极高的熔点，超过3500。C，如果能人工提供这样的 高温及高压就能使其颗粒变得无比硕大。本实用新型的具体方案是选择一地质条件较好的山地，开凿一 垂直岩洞，其特征是在岩洞的内壁铺i殳有炉瓦，洞内自上而下布置 有电热器；在岩洞的底部旁边开有卸料通道，并设有封闭装置，在岩 洞的洞口处安装有巨型活塞压力装置。本实用4賴中所i^洞内壁上4辭殳的炉JL^MJ4W"极耐高^H^W'J成。本实用新型中所述岩洞的底部为平底或葫芦底。本实用新型中所述设有卸料通道上的封闭装置包括有混凝土板、 钢板及支承装置。本实用新型中所述安装在洞口处的巨型活塞压力装置，包括有安 装在岩洞口处的缸套、与釭体相配的活塞，活塞的顶端安装有大型水 箱(或水银箱)，大型水箱的四周布置有导向柱与地面连接固定，且 在大型水箱的底部安装有若干台液压顶。本实用新型中所述安装在洞口处的巨型活塞压力装置其缸体及活 塞^f见孔径及所需压力可为阶梯式结构。本实用新型可仿天然宝石的生成条件，产生高温高压，甚至有条 件达到地球中心处温压，通过加入各种生成宝石的基料合成与天然宝 石质量相近，颗粒更大的人造宝石，造福人类。卿
图l是本实用新型的总体结构示意图； 图2是本实用新型水压装置结构示意图； 图3是本实用新型阶梯式活塞结构示意图。图中1-岩洞，2-缸套，3-混凝土， 4-炉瓦，5_炉底，6_卸料通 道，7-电磁加热器，8-混凝土板，9-钢板，10-支承架，11-石墨基 料，12-翡翠基料，13-玛瑙基料，14-岩浆，15-活塞，16-加压触头，17-水箱，18-导柱，19-液压顶，20-连^妄耳，21-阶梯式活塞，22-阶 梯式缸体。(E)具体实施方式
参见图l,这是一座人造宝石超温压合成炉的具体结构示意图。在 一山体为坚硬岩石的平山峰上垂直打钻一岩洞l，洞顶部用耐高温材料 如鴒钢(下同)制成套并叠锁成活塞缸2，活塞缸2用钢筋混凝土3，与 地面岩石紧密浅固为一体。岩洞l自下而上分段贴有半园柱体的炉瓦4 (用鴒等耐高温材料制成)，两个半园形炉瓦起先用高强度树脂胶粘 合并在段间错缝放入，防止膨胀造成损坏，炉底5呈葫芦状，并贴有炉 瓦4。在岩洞1内安装有电磁加热器7，岩洞l的底部旁边一有卸fl"通道 6，在设备安装完后要用混凝土板8加钢板9及支承架10固封。产品合成 后，撤销人工压强P，保持岩浆自然压强P。，撤去炉底部卸料通道6上 封闭装置的钢板9、支承架IO，保持能够承受P。然后再向炉内施加人 工压强P,让炉料压破P。可从卸料通道6喷出合成宝石，然后经通风冷 却，此炉可重复使用。炉内电》勤口热器7的作用是熔化岩石，维持或提升炉内岩浆的温度。炉内自下而上，分段物质的填料分别是石墨ll,翡翠料12,玛瑙 料13，岩浆14……而翡翠料、玛瑙料等可以从地面炉内制成热浆后注 入。也可以每炉为单一材料的合成。在岩洞l入口处的缸套2中装入活塞l5，活塞l5上方是加压装置， 参见图2，它由加压触头16，水箱17,多根防斜摆导柱18 (导柱18的上 端与水箱17的连接耳20连接，下端固定于地面上)，多台液压支承顶 19组成。为了获得足够强大的压力，我们可仿照一级加压装置而做成 二级三级以至n级加压装置叠加起来。此外，还可以用多台压力4几，如 万吨水压机沿加压头周围进行辅助加压。图3是一种阶梯式活塞装置。它由阶梯式活塞21和阶梯式缸体22构 成，目的是针对小孔径的超温压合成炉有较好的稳定性和防折断作用。本实用新型合成工作原理是帕斯卡定律告诉我们对密闭容器中的流体所加的压力(指压强 P),能够毫不减小地传递到流体各处的容器的器壁上。因而，我们可 以选在一种致密而坚硬的岩体上打一个小孔径的洞，在完全依赖人工 施压的前提下，洞的深浅与人工施压几乎无关，为了减少工程量，洞 的颈部的深浅可设置为10-30米，洞底可以扩大为容积l-50立方米的圆形或平底圓形，极象一个圆底烧瓶或平底烧瓶，如图l。从以上分析数据显示，在人工造压的情景中，我们所需的压强 (IO万大气压)与洞及活塞的直径有关，当洞及活塞的直径设定在O. ll米以下时，只需提供相当于l万立方米水体(l万吨)的压力就足够了，并且容易提供。这项计算如下令？=1万 0、屯=107公斤x 10牛/公斤=108牛 S=7T (+)2=+d2=0. 79d2 0. 8d2当(1=0. 11米时,8 S=0. 8 x (0. 11) 2=0. 00968 0. 01=1 x 10—2米2所以？= I -^r-KTN/mUKTpa IO万大气压在图l中，安装有活塞15、缸套2、炉瓦4、电加热器7 (如弹簧 状)等部件，待合成的物质在地面用熔炉熔融成热熔浆后，倒入。在加压的过程中为了获得稳定的压力，加压装置可以做成图2的水 压形式，活塞还可以做成图3的阶台式。
权利要求1.人造宝石超温压合成炉，包括有一垂直的岩洞，其特征是在岩洞的内壁铺设有炉瓦，洞内自上而下布置有电热器；在岩洞的底部旁边开有卸料通道，并设有封闭装置，在岩洞的洞口处安装有巨型活塞压力装置。
2. 根据权利要求1所述的人造宝石超温压合成炉，其特征是所述 岩洞内壁上铺设的炉瓦是采用鵠材料制成。
3. 根据权利要求1所述的人造宝石超温压合成炉，其特征是所述 岩洞的底部为平底或葫芦底。
4. 根据权利要求1所述的人造宝石超温压合成炉，其特征是所述 设有卸料通道上的封闭装置包括有混凝土板、钢板及支承装置。
5. 根据权利要求1所述的人造宝石超温压合成炉，其特征是所述 安装在洞口处的巨型活塞压力装置，包括有安装在岩洞口处的缸套、 与缸套相配的活塞，活塞的顶端安装有大型水箱，大型水箱的四周布置有导向柱与地面连接，且在大型水箱的底部安装有若干台液压顶。
6. 根据权利要求1所述的人造宝石超温压合成炉，其特征是所述 安装在洞口处的巨型活塞压力装置其缸体及活塞为阶梯式结构。
专利摘要本实用新型涉及一种人造宝石超温压合成炉，它包括有一垂直的岩洞，其特征是在岩洞的内壁铺设有炉瓦，洞内自上而下布置有电热器；在岩洞的底部旁边开有卸料通道，并设有封闭装置，在岩洞的洞口处安装有巨型活塞压力装置；本实用新型解决了现有人造宝石颗粒小，质量差的问题，本实用新型仿造天然宝石的生成条件，可用于合成钻石、翡翠、玛瑙等贵重宝石及凡涉及于超温压界已知和未知的新材料的合成技术。
文档编号B01J3/06GK201120275SQ20072008777
公开日2008年9月24日 申请日期2007年10月26日 优先权日2007年10月26日
发明者唐振寰, 唐贵良 申请人:唐贵良