Einleitung:
Seit vielen tausend Jahren fasziniert der Diamant die Menschen, insbesondere wegen seiner enormen Härte und des extrem hohen Brechungsindexes. In guter Qualität ist der als Schmuckstein gehandelte Diamant eines der teuersten Materialien überhaupt. Im letzten Jahrhundert gewann die technische Nutzung von billigerem, für Schmuck ungeeignetem Diamant für Schneidwerkzeuge, Schleif- und Poliermittel zunehmend an Bedeutung. Seit bekannt ist, daß der Diamant aus Kohlenstoff besteht, werden sehr viele Versuche unternommen, ihn möglichst billig und in guter Qualität herzustellen. Erst in der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts konnte man industriell relevante Diamantsynthese-Verfahren entwickeln, bei denen man sehr hohe Drucke und hohe Temperaturen auf Graphit einwirken ließ. Diese ersten synthetischen Diamanten hatten zwar keine Schmucksteinqualität, konnten aber für technische Anwendungen, die auf der Härte basieren, gehandelt werden. Die Hochdrucksynthesen wurden im Lauf der Zeit so stark verbessert, daß es heute bereits möglich ist, Diamanten mit einer Größe von mehr als fünf Millimetern herzustellen.
Zusätzlich entwickelte man einen völlig neuen Syntheseweg, die sogenannte CVD-Synthese von Diamant. Sie begann sich erst ab 1982 durchzusetzen. Dabei steht "CVD" für "Chemical Vapor Deposition". Bei dieser Synthese-Form macht man sich die chemische Reaktion von kohlenstoffhaltigen Teilchen in einer stark angeregten Gasphase zu Nutze, bei der Kohlenstoff als Diamantschicht auf einem Substrat abgeschieden wird. Die Anregung der Gasphase erfolgt auf sehr unterschiedlichen Wegen, z.B. durch einen heißen Draht oder durch Mikrowellen-Bestrahlung. Die Beschichtung von Gegenständen mit Diamant hat ein sehr großes Anwendungspotential, z.B. wärmeleitende Beschichtungen für Elektronikbauteile, harte Schichten auf Bohrern, kratzfeste Gläser und vieles mehr. Dementsprechend hat die CVD-Synthese von Diamant sehr schnell eine große kommerzielle Bedeutung erlangt.
In jüngster Zeit gab es auch einige Arbeiten, die weder der Hochdruck- noch der CVD-Synthese zuzuordnen sind. Diese werden gesondert im Unterkapitel 2.3.3 kurz erläutert.
Ziel dieser Arbeit war es, eine neue Methode zur Herstellung von Diamant zu finden, die kostengünstig ist und mit relativ einfachen Mitteln funktioniert. In einem Experiment wurde untersucht, ob sich Kohlenstoff aus Methanol in heißer Schwefelsäure als Diamant abscheiden läßt. In einem zweiten Experiment sollte geklärt werden, ob es möglich ist, Diamant aus Dichlormethan in einer Chlorwasserstoffatmosphäre abzuscheiden. Die abgeschiedenen Produkte wurden mit Hilfe von IR-Spektroskopie, Raman-Spektroskopie, Röntgen-Pulverdiffraktometrie, Festkörper-NMR-Spektroskopie, hochauflösender Raster-Elektronenmikroskopie [HREM], Transmissions-Elektronenmikroskopie [TEM], Dichtebestimmung und Elementaranalyse charakterisiert.
Gang der Untersuchung:
Nach einer kurzen Einleitung im ersten Kapitel wird im zweiten Kapitel ein umfassender Überblick über die gängigen Möglichkeiten zur Diamantsynthese gegeben und revolutionäre Forschungsergebnisse zur Diamantsynthese aus jüngster Zeit präsentiert.
Das dritte Kapitel beschreibt die im Rahmen dieser Arbeit durchgeführten Versuche und ihre theoretische Grundlagen. Bei diesen Versuchen wurde Kohlenstoff zum einen aus Methanol in heißer, konzentrierter Schwefelsäure und zum anderen aus Dichlormethan in einer Chlorwasserstoffatmosphäre abgeschieden. Durch die gezielte Einstellung und Variation der Prozessparameter, wie Temperatur, Reaktandstrom..., wurde versucht, die Bildung von Diamant zu ermöglichen.
Im vierten Kapitel werden die Ergebnisse der Versuche dargestellt und diskutiert. Die Reaktionsprodukte wurden mit zahlreichen modernen Analyseverfahren (IR-Spektroskopie, Raman-Spektroskopie, Röntgen-Pulverdiffraktometrie, Festkörper-NMR-Spektroskopie, hochauflösender Raster-Elektronenmikroskopie [HREM], Transmissions-Elektronenmikroskopie [TEM], Dichtebestimmung und Elementaranalyse) genau charakterisiert.
Das abschließende fünfte Kapitel stellt die Versuche und ihre Ergebnisse in Kurzform dar, und es werden Vorschläge für weitere auf diese Arbeit basierende Versuche gemacht, die einen neuen Durchbruch in der Diamantsynthese zur Folge haben könnten.
Inhaltsverzeichnis:
