Título

OBTENÇÃO DE DIAMANTES UTILIZANDO LIGAS DE Ni-Mg COMO CATALISADOR-SOLVENTE

OBTAINING DIAMONDS USING NI-MG ALLOYS AS A SOLVENT CATALYST

Autoria

Oliveira, Michelle Souza; Garcia Filho, Fábio da Costa; Demosthenes, Luana Cristyne da Cruz; Monteiro, Sergio Neves

DOI

10.5151/1516-392X-239

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Resumo

O magnésio pode servir como um catalisador-solvente na transformação de grafite em diamante a alta pressão (7,7 GPa) e alta temperatura (1700ºC). Os diamantes produzidos com Mg possuem uma estrutura cúbica, alta pureza e melhor condutividade. Para reduzir drasticamente as condições de pressão e temperatura, para melhorar o balanço de energia na tecnologia de síntese de diamante, o uso de ligas de Mg-Ni com teor de Ni de até 85% foi explorado neste estudo. A síntese de diamante foi realizada a pressões de 5,5 a 7,7 GPa e temperaturas de 1250 a 1700ºC por 60 segundos para explorar o efeito do Ni na formação de diamante. Observou-se que tanto o rendimento quanto a morfologia dos cristais dependem do teor de Ni. Todas as amostras processadas a 7,7 GPa e 1550ºC ou mais produziram diamantes independentes do teor de Ni. Também a 6,5 GPa, os diamantes foram formados a 1550ºC ou mais alta temperatura, mas o teor mínimo de Ni foi aproximadamente 50%at. O diamante também foi produzido a temperaturas de até 1400ºC e a 5,5 GPa nas ligas de Ni-Mg com teor mínimo de Ni de aproximadamente 67%. Estes resultados experimentais demonstram que os diamantes podem ser produzidos a partir de grafite a pressão e temperatura que é cerca de 2,5 GPa e 350ºC, respectivamente, abaixo do necessário para a transformação de grafite em diamante em Mg puro. Estes achados experimentais concordam com as previsões do diagrama pressão-temperatura quando a temperatura de fusão versus pressão é plotada para as ligas de Mg-Ni e analisadas em conjunto com a linha de equilíbrio diamante-grafite.

 

Magnesium can serve as a solvent catalyst in transformation of graphite to diamonds at high pressure (7,7 GPa) and high temperature (1700ºC). Diamonds produced with Mg have a cubic structure, high purity and enhanced conductivity. To reduce a drastic pressure-plus-temperature conditions and therefor, to improve energy balance in the diamond synthesis technology, the use of Mg-Ni alloys with the Ni content up to 85at% was explored in this study. The diamond synthesis was carried out at pressures of 5,5 to 7,7 GPa and temperatures of 1250 to 1700ºC for 60s to explore the effect of Ni on diamond formation. It was observed that both the yield and the morphology of crystals depend on Ni content. All samples processed at 7,7 GPa and 1550ºC or higher produced diamonds independent of Ni content. Also at 6,5 GPa, the diamonds were formed at 1550ºC or higher temperature but the minimum content of Ni was ~50at%. The diamond were also produced at temperature as low as 1400ºC and at 5,5GPa in the Ni-Mg alloys of minimum Ni content of ~67at%. These experimental results demonstrate that diamonds can be produced from graphite at the pressure and temperature that is about 2,5 GPa and 350ºC, respectively, lower than needed for the graphite-to-diamond transformation in pure Mg. These experimental findings agree with predictions from the pressure-temperature diagram when the melting temperature versus pressure is plotted for the Mg-Ni alloys and analyzed together with the diamond-graphite equilibrium line.

Palavras-chave

Liga de Mg-Ni, Diamante, alta pressão, alta temperatura.

Mg-Ni alloy, Diamond, high pressure, high temperature.