[发明专利]一种利用燃气轮机制造钻石的装置

说明书

本发明公开一种利用燃气轮机制造钻石的装置，燃气轮机的燃烧室内能产生3MPa‑4MPa的压力，与所需的4.5‑6.0GPa压力相差甚远；需要一个制造钻石的装置，该装置是利用耐高温、耐高压并且导热系数高的材料制造而成的容器构件，该容器构件安装在涡轮盘上，在容器构件中预置钻石种子、碳质原料和金属固体；在燃气轮机工作时，随着环境温度的升高，金属固体熔化成液态，在离心力等的作用下包容钻石种子，同时金属液体的离心力施加在钻石种子表面，增大压力至可满足钻石生长条件的压力以上。实现了人造钻石的工业化，为相关技术的发展提供了高品质的人造钻石。

技术领域

本发明涉及航空发动机、燃气轮机技术领域，具体说是一种利用燃气轮机制造钻石的装置。

技术背景

钻石是一种稀缺的宝贵资源，广泛应用于制造业、装饰品等，近年来甚至有研究在钻石内部构建量子计算机、以及利用钻石制作可保持千年之久的光盘。其广泛的应用和资源的稀缺造成了对人工钻石的需求日益强烈。传统的人工钻石制造方法大都是模拟在地球深部超高压、超高温条件进行制造，但是超高的温度和压力不易保持，致使人造钻石生长时间短，体积小，同时会耗费大量的能源。科学家们经过对来自世界不同矿山钻石及其中原生包裹体矿物的研究发现，钻石的形成条件一般为压力在4.5-6.0GPa (相当于150-200km的深度)，温度为1100℃-1500℃。1938年，洛锡涅等将热力学的理论计算用于石墨-钻石的转化过程，以后又经皮尔曼等计算了在1200K以下，石墨-钻石的平衡态，并绘制了平衡曲线。从而可知在常温298K，要实现石墨转化为钻石，需130000大气压力以上，如果升高温度，如在1200K，要实现转化，需40000 大气压以上。热力学只能判断反应进行的可能性，要使可能性变为现实，化学家还需考虑动力学问题，如在室温和40万个大气压下，石墨的转化速度缓慢到难以察觉。因此速度问题，爱林等根据反应速度理论推导得出了转化过程中温度和压力对转变速度的关系式，于是可知增压是降低反应速度的，而高温自然是提高反应速度的。

发明内容

本发明目的是通过燃气轮机持续的高温、高压作用，可以制造出大体积的人造钻石。

本发明采用的技术方案是：

一种利用燃气轮机制造钻石的装置，燃气轮机经过压气机的增压，在燃烧室的主燃区能产生3MPa -4MPa 的压力及2500K以上的温度；即使在涡轮前，也能保持1500-1900K的温度，可满足钻石制造对温度的需求，燃气轮机的燃烧室内能产生3MPa -4MPa 的压力，与所需的4.5-6.0GPa压力相差甚远；需要一个制造钻石的装置，该装置是利用耐高温、耐高压并且导热系数高的材料制造而成的容器构件，该容器构件安装在涡轮盘上，在容器构件中预置钻石种子、碳质原料和金属固体；在燃气轮机工作时，随着环境温度的升高，金属固体熔化成液态，在离心力等的作用下包容钻石种子，同时金属液体的离心力施加在钻石种子表面，增大压力至可满足钻石生长条件的压力以上。

本发明的优点是：

本发明经虚拟仿真计算验证，在燃气轮机工作过程中，制造钻石结构容器内的压力和温度可达到钻石生长对高温及高压的需求，能够制造大体积的人造钻石。由于钻石价值受品质、体积影响较大，采用本发明所述装置按钻石体积成长速率20％/小时，每台燃气轮机装入50个本发明所述装置，则5小时可获得50个体积增加1倍的钻石，保守估算，装用本发明所述装置的燃气轮机每小时可获利40万元，利润空间巨大。同时实现了人造钻石的工业化，为相关技术的发展提供了高品质的人造钻石基础。

附图说明

图1燃机轮机结构简图。

图2燃机轮机涡轮简图。

图3用于制造钻石的容器简图。

图4制造钻石结构容器。

图5制造钻石前。

图6钻石制造过程中。