人造(zao)金剛石是什么(me) 人造(zao)金剛石生產工藝(yi)

1、定義

鉆石(shi)(shi)，是珠(zhu)寶中的(de)(de)(de)貴族，它(ta)通明剔透，散發著清冷高貴的(de)(de)(de)光輝，頗(po)有“出淤泥而不染”的(de)(de)(de)氣質(zhi)。鉆石(shi)(shi)亦(yi)被稱為金剛石(shi)(shi)，因為它(ta)是自然界最堅硬(ying)(ying)無比的(de)(de)(de)物質(zhi)，摩氏(shi)硬(ying)(ying)度(du)(du)(du)10，新摩氏(shi)硬(ying)(ying)度(du)(du)(du)15，顯微硬(ying)(ying)度(du)(du)(du)10000kg/mm2，顯微硬(ying)(ying)度(du)(du)(du)比石(shi)(shi)英高1000倍(bei)，比剛玉(yu)高150倍(bei)。它(ta)的(de)(de)(de)形(xing)成(cheng)和(he)發現(xian)(xian)極為不易，它(ta)是碳在地球(qiu)深(shen)部(bu)高溫(wen)高壓的(de)(de)(de)特殊條件下歷經億萬年的(de)(de)(de)“苦修”轉化而成(cheng)的(de)(de)(de)，由于地殼的(de)(de)(de)運動，它(ta)們從地球(qiu)的(de)(de)(de)深(shen)處來到(dao)地表，蘊藏在金伯利巖中，從而被人(ren)(ren)類發現(xian)(xian)和(he)開采。 雖然人(ren)(ren)類可(ke)以生產(chan)出人(ren)(ren)造金剛石(shi)(shi)，但(dan)質(zhi)量大小還(huan)遠(yuan)(yuan)遠(yuan)(yuan)不及天然金剛石(shi)(shi)。

人造金剛石

2、應用

人造金剛(gang)石不僅(jin)可以加工(gong)(gong)成(cheng)價值連(lian)城的珠寶，在(zai)工(gong)(gong)業中(zhong)也大有(you)可為(wei)。它(ta)硬度高(gao)、耐磨性好，可廣(guang)泛用于切削(xue)、磨削(xue)、鉆探；由(you)于導熱(re)率高(gao)、電絕緣(yuan)性好，可作為(wei)半(ban)導體(ti)裝(zhuang)置(zhi)的散熱(re)板；它(ta)有(you)優良(liang)的透光(guang)性和耐腐蝕性，在(zai)電子工(gong)(gong)業中(zhong)也得到廣(guang)泛應用。

人造金剛石

1、制造樹脂(zhi)結合劑磨具或(huo)研(yan)磨用(yong)等

2、制(zhi)造金屬結合劑(ji)磨(mo)(mo)具、陶瓷結合劑(ji)磨(mo)(mo)具或(huo)研磨(mo)(mo)用等

3、制造一般地層地質鉆(zhan)探鉆(zhan)頭、半(ban)導體(ti)及非金(jin)屬材(cai)料切(qie)割加(jia)工(gong)工(gong)具等

4、制造硬地層地質鉆頭、修正工具及非金(jin)屬硬脆性材(cai)料加工工具等

5、樹脂(zhi)、陶瓷(ci)結合(he)劑(ji)磨具或研磨等

6、金屬結合劑磨具、電鍍制品。鉆探工具或研磨等

7、劇切、鉆探及修正(zheng)工具等

3、發展歷史

18世紀末，人們發(fa)(fa)現身價(jia)高貴(gui)的金剛(gang)石(shi)(shi)竟然是碳(tan)的一種(zhong)同素異形體，從此，制(zhi)備人造金剛(gang)石(shi)(shi)就成(cheng)為(wei)(wei)了許多(duo)科學家的光榮與夢想(xiang)。 一個世紀以后，石(shi)(shi)墨 —— 碳(tan)的另(ling)一種(zhong)單質形式被發(fa)(fa)現了，人們便嘗(chang)試模擬(ni)自然過(guo)程，讓(rang)石(shi)(shi)墨在超(chao)高溫高壓的環(huan)境下(xia)轉變成(cheng)金剛(gang)石(shi)(shi)。為(wei)(wei)了縮短反(fan)應(ying)時間(jian)，需要2000℃高溫和5.5萬個大氣壓的特殊(shu)條件。

人造金剛石

1955年(nian)，美(mei)國通用電氣公司專門制造(zao)了高溫(wen)高壓(ya)靜電設備，得到世界上(shang)第一批工業用人造(zao)金(jin)剛(gang)(gang)石(shi)小晶體，從(cong)而開(kai)創了工業規(gui)模(mo)生產(chan)人造(zao)金(jin)剛(gang)(gang)石(shi)磨料的(de)(de)先河，他們(men)的(de)(de)年(nian)產(chan)量在20噸左右(you)；不久(jiu)，杜邦公司發(fa)明了爆炸(zha)法，利(li)用瞬時爆炸(zha)產(chan)生的(de)(de)高壓(ya)和急劇升(sheng)溫(wen)，也獲得了幾毫米大小的(de)(de)人造(zao)金(jin)剛(gang)(gang)石(shi)。

金(jin)剛石(shi)(shi)薄(bo)膜(mo)的(de)性能(neng)稍遜于(yu)金(jin)剛石(shi)(shi)顆粒，在(zai)密度和(he)硬度上(shang)都要低一些。即便如此，它(ta)的(de)耐(nai)磨性也是數(shu)一數(shu)二，僅5微米厚的(de)薄(bo)膜(mo)，壽命也比硬質合(he)金(jin)鋼長(chang)10倍(bei)以(yi)(yi)上(shang)。我們知(zhi)道(dao)，唱(chang)片(pian)的(de)唱(chang)針(zhen)在(zai)微小的(de)接觸面上(shang)要經受極大(da)的(de)壓(ya)力，同時要求(qiu)極長(chang)的(de)耐(nai)磨壽命，只要在(zai)針(zhen)尖上(shang)沉(chen)積(ji)上(shang)一層(ceng)(ceng)金(jin)剛石(shi)(shi)薄(bo)膜(mo)，它(ta)就可以(yi)(yi)輕松(song)上(shang)陣了。如果在(zai)塑料(liao)、玻璃(li)的(de)外(wai)面用金(jin)剛石(shi)(shi)薄(bo)膜(mo)做耐(nai)磨涂層(ceng)(ceng)，可以(yi)(yi)大(da)大(da)擴(kuo)展其用途，開發性能(neng)優(you)越又經濟的(de)產品。

更(geng)重要的是，薄膜的出現使金石(shi)的應用突破(po)了(le)只(zhi)能(neng)(neng)作(zuo)為(wei)切(qie)削(xue)工具的樊籬，使其(qi)優異的熱、電、聲、光性能(neng)(neng)得(de)以充分發(fa)揮。金剛石(shi)薄膜已應用在半導體電子(zi)裝(zhuang)置、光學聲學裝(zhuang)置、壓力加(jia)工和切(qie)削(xue)加(jia)工工具等方面，其(qi)發(fa)展速度驚人，在高科技領(ling)域(yu)更(geng)加(jia)誘人。

用人工方法使非金剛石(shi)結(jie)構(gou)的碳(tan)轉變為金剛石(shi)結(jie)構(gou)的碳(tan)，并且通過成核(he)和生(sheng)長形成單(dan)晶(jing)和多(duo)晶(jing)金剛石(shi)，或(huo)把(ba)細粒金剛石(shi)在高壓(ya)高溫下燒(shao)結(jie)成多(duo)晶(jing)金剛石(shi)。這是高壓(ya)研究在生(sheng)產上得到(dao)應用的一個重要實例。

人造金剛石產品

從熱力學(xue)觀點(dian)(dian)出發(fa)(fa)，決定石(shi)墨(mo)等(deng)非(fei)金(jin)剛石(shi)結(jie)構(gou)(gou)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)碳質(zhi)原(yuan)(yuan)(yuan)料能(neng)(neng)(neng)否(fou)轉(zhuan)(zhuan)變(bian)成(cheng)金(jin)剛石(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)相(xiang)(xiang)變(bian)條(tiao)件(jian)(jian)是后者(zhe)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)自由(you)能(neng)(neng)(neng)必(bi)須(xu)小于(yu)前者(zhe)。這(zhe)種(zhong)相(xiang)(xiang)變(bian)過程(cheng)(cheng)是在高(gao)壓、高(gao)溫(wen)或者(zhe)還有其他組(zu)(zu)分(fen)參與的(de)(de)(de)(de)(de)(de)條(tiao)件(jian)(jian)下進行的(de)(de)(de)(de)(de)(de)。一定的(de)(de)(de)(de)(de)(de)壓力、溫(wen)度(du)(du)和(he)組(zu)(zu)元濃度(du)(du)等(deng)可(ke)(ke)以(yi)使系(xi)統(tong)(tong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)內能(neng)(neng)(neng)發(fa)(fa)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)變(bian)化(hua)(hua)，從而使價電(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)(zi)可(ke)(ke)處(chu)(chu)能(neng)(neng)(neng)級的(de)(de)(de)(de)(de)(de)統(tong)(tong)計(ji)(ji)權重發(fa)(fa)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)相(xiang)(xiang)應的(de)(de)(de)(de)(de)(de)變(bian)化(hua)(hua)。這(zhe)就(jiu)(jiu)可(ke)(ke)能(neng)(neng)(neng)出現電(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)(zi)轉(zhuan)(zhuan)移和(he)組(zu)(zu)成(cheng)新的(de)(de)(de)(de)(de)(de)鍵(jian)合(he)(he)(he)狀態(tai)(tai)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)(zi)結(jie)構(gou)(gou)，即發(fa)(fa)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)了(le)相(xiang)(xiang)變(bian)。如(ru)果系(xi)統(tong)(tong)中(zhong)能(neng)(neng)(neng)量變(bian)化(hua)(hua)有利于(yu)在固體中(zhong)發(fa)(fa)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)這(zhe)種(zhong)電(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)(zi)結(jie)構(gou)(gou)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)變(bian)化(hua)(hua)，則高(gao)壓高(gao)溫(wen)相(xiang)(xiang)變(bian)發(fa)(fa)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)在固態(tai)(tai)，否(fou)則就(jiu)(jiu)可(ke)(ke)能(neng)(neng)(neng)發(fa)(fa)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)在熔態(tai)(tai)或汽(qi)態(tai)(tai)。在熔體中(zhong)發(fa)(fa)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)這(zhe)種(zhong)變(bian)化(hua)(hua)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)條(tiao)件(jian)(jian)是，鍵(jian)合(he)(he)(he)特征的(de)(de)(de)(de)(de)(de)價電(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)(zi)分(fen)布的(de)(de)(de)(de)(de)(de)統(tong)(tong)計(ji)(ji)權重相(xiang)(xiang)應降(jiang)低，遠程(cheng)(cheng)有序的(de)(de)(de)(de)(de)(de)作用趨(qu)(qu)于(yu)消失，原(yuan)(yuan)(yuan)子(zi)(zi)(zi)(zi)配位(wei)數發(fa)(fa)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)變(bian)化(hua)(hua)；而電(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)(zi)處(chu)(chu)于(yu)激(ji)發(fa)(fa)態(tai)(tai)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)統(tong)(tong)計(ji)(ji)權重趨(qu)(qu)于(yu)增(zeng)大，近(jin)程(cheng)(cheng)有序作用相(xiang)(xiang)應增(zeng)強。氣體中(zhong)發(fa)(fa)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)這(zhe)種(zhong)變(bian)化(hua)(hua)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)條(tiao)件(jian)(jian)是，單質(zhi)原(yuan)(yuan)(yuan)子(zi)(zi)(zi)(zi)間(jian)(jian)或化(hua)(hua)合(he)(he)(he)物的(de)(de)(de)(de)(de)(de)鍵(jian)合(he)(he)(he)分(fen)子(zi)(zi)(zi)(zi)間(jian)(jian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)(zi)能(neng)(neng)(neng)級趨(qu)(qu)于(yu)消失，所有的(de)(de)(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)(zi)轉(zhuan)(zhuan)移到單原(yuan)(yuan)(yuan)子(zi)(zi)(zi)(zi)或分(fen)子(zi)(zi)(zi)(zi)能(neng)(neng)(neng)級上去，這(zhe)樣，電(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)(zi)處(chu)(chu)于(yu)激(ji)發(fa)(fa)態(tai)(tai)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)統(tong)(tong)計(ji)(ji)權重更為增(zeng)大。因此，人造金(jin)剛石(shi)可(ke)(ke)以(yi)在固態(tai)(tai)，也可(ke)(ke)在熔態(tai)(tai)和(he)汽(qi)態(tai)(tai)條(tiao)件(jian)(jian)下進行，這(zhe)取決于(yu)壓力、溫(wen)度(du)(du)和(he)組(zu)(zu)元濃度(du)(du)等(deng)因素引起(qi)系(xi)統(tong)(tong)內能(neng)(neng)(neng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)變(bian)化(hua)(hua)情況。從動力學(xue)觀點(dian)(dian)出發(fa)(fa)，還要求(qiu)石(shi)墨(mo)等(deng)碳質(zhi)原(yuan)(yuan)(yuan)料轉(zhuan)(zhuan)變(bian)成(cheng)金(jin)剛石(shi)時(shi)具有適當的(de)(de)(de)(de)(de)(de)轉(zhuan)(zhuan)變(bian)速(su)率(lv)。在金(jin)剛石(shi)成(cheng)核率(lv)和(he)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)長速(su)率(lv)同時(shi)處(chu)(chu)于(yu)極大值(zhi)時(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)相(xiang)(xiang)變(bian)速(su)率(lv)最大。

自18世紀(ji)證實了金(jin)剛(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)石(shi)(shi)是(shi)由純(chun)碳組成的(de)(de)以后，就開始了對人(ren)造(zao)金(jin)剛(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)石(shi)(shi)的(de)(de)研究(jiu)，只是(shi)在20世紀(ji)50年代通過高壓(ya)研究(jiu)和(he)(he)高壓(ya)實驗(yan)技術的(de)(de)進展(zhan)，才獲(huo)得真正的(de)(de)成功和(he)(he)迅速的(de)(de)發展(zhan)。人(ren)造(zao)金(jin)剛(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)石(shi)(shi)的(de)(de)具體(ti)方(fang)法(fa)多達十(shi)幾種。按(an)所用技術的(de)(de)特點可歸(gui)納為(wei)(wei)靜壓(ya)、動壓(ya)和(he)(he)低壓(ya)等(deng)(deng)三(san)種方(fang)法(fa)。按(an)金(jin)剛(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)石(shi)(shi)的(de)(de)形成特點可歸(gui)納為(wei)(wei)直接、熔媒(mei)和(he)(he)外延等(deng)(deng)三(san)類方(fang)法(fa)。圖(tu)表示碳的(de)(de)壓(ya)力-溫度(du)（□-□）相圖(tu)和(he)(he)三(san)種方(fang)法(fa)人(ren)造(zao)金(jin)剛(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)石(shi)(shi)的(de)(de)實驗(yan)區(qu)(qu)。1區(qu)(qu)為(wei)(wei)直接法(fa)人(ren)造(zao)金(jin)剛(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)石(shi)(shi)的(de)(de)實驗(yan)區(qu)(qu)，2區(qu)(qu)為(wei)(wei)熔媒(mei)法(fa)人(ren)造(zao)金(jin)剛(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)石(shi)(shi)的(de)(de)實驗(yan)區(qu)(qu)，3區(qu)(qu)為(wei)(wei)外延法(fa)人(ren)造(zao)金(jin)剛(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)石(shi)(shi)的(de)(de)實驗(yan)區(qu)(qu)。

4、制造方法

直接法

人造金剛石(shi)或利用瞬時靜態超高(gao)壓高(gao)溫技術，或動態超高(gao)壓高(gao)溫技術，或兩者的混合技術，使石(shi)墨等碳質原料從固態或熔融(rong)態直接轉變成(cheng)金剛石(shi)，這種方法得到的金剛石(shi)是微(wei)米尺寸的多晶粉末。

熔媒法

人(ren)造金(jin)(jin)剛(gang)(gang)(gang)石用(yong)靜(jing)態超高壓(ya)(ya)(50～100kb，即5～10GPa) 和(he)(he)(he)高溫(1100～3000°C)技(ji)術通過(guo)石墨(mo)等(deng)(deng)碳(tan)質原料和(he)(he)(he)某些金(jin)(jin)屬（合金(jin)(jin)）反應(ying)(ying)生成金(jin)(jin)剛(gang)(gang)(gang)石，其典型晶(jing)態為立(li)方(fang)(fang)體(六面體)、八(ba)面體和(he)(he)(he)六-八(ba)面體以及它們的過(guo)渡形態。在工業(ye)上顯出(chu)重(zhong)要應(ying)(ying)用(yong)價(jia)值的主要是(shi)靜(jing)壓(ya)(ya)熔媒法(fa)(fa)(fa)(fa)。采(cai)用(yong)這種方(fang)(fang)法(fa)(fa)(fa)(fa)得到(dao)的磨(mo)料級人(ren)造金(jin)(jin)剛(gang)(gang)(gang)石的產量(liang)已超過(guo)天然金(jin)(jin)剛(gang)(gang)(gang)石，有待進一步解決的問(wen)題(ti)是(shi)增大(da)粗粒(li)(li)比，提(ti)高轉化(hua)率和(he)(he)(he)改善晶(jing)體質量(liang)。目前(qian)正(zheng)在實驗室(shi)中(zhong)用(yong)靜(jing)壓(ya)(ya)熔媒法(fa)(fa)(fa)(fa)研究優(you)質大(da)顆粒(li)(li)單晶(jing)金(jin)(jin)剛(gang)(gang)(gang)石的形成。加(jia)晶(jing)種外延生長法(fa)(fa)(fa)(fa)曾(ceng)得到(dao)重(zhong)1克拉左右的大(da)單晶(jing);用(yong)一般(ban)試驗技(ji)術略加(jia)改進后(hou)，曾(ceng)得到(dao)2～4毫米左右的晶(jing)體。采(cai)用(yong)這種方(fang)(fang)法(fa)(fa)(fa)(fa)還生長和(he)(he)(he)燒(shao)結出(chu)大(da)顆粒(li)(li)多(duo)晶(jing)金(jin)(jin)剛(gang)(gang)(gang)石，后(hou)者在工業(ye)上已獲得一定的應(ying)(ying)用(yong)，其關(guan)鍵問(wen)題(ti)在于進一步提(ti)高這種多(duo)晶(jing)金(jin)(jin)剛(gang)(gang)(gang)石的抗(kang)(kang)壓(ya)(ya)強度、抗(kang)(kang)沖擊強度、耐(nai)磨(mo)性和(he)(he)(he)耐(nai)熱性等(deng)(deng)綜合性能。

外延法

人造(zao)金剛石是利用熱解和電解某些(xie)含碳物質時(shi)析出的碳源在(zai)金剛石晶種或某些(xie)起基(ji)底(di)作(zuo)用的物質上進行外延生長而成的。

武茲反應法

讓四氯化碳(tan)和鈉在(zai)700℃反應，生成金剛石。但是同時會生成大量的石墨。

形成機制

主要(yao)有下述幾種學(xue)(xue)說(shuo)：溶(rong)(rong)劑(ji)(ji)(ji)學(xue)(xue)說(shuo)認為所(suo)用(yong)(yong)金(jin)屬(合(he)金(jin))起著碳的溶(rong)(rong)劑(ji)(ji)(ji)作用(yong)(yong)；催(cui)(cui)化(hua)學(xue)(xue)說(shuo)則認為是(shi)一(yi)種催(cui)(cui)化(hua)劑(ji)(ji)(ji)；固相(xiang)轉變學(xue)(xue)說(shuo)則強調石(shi)墨(mo)晶(jing)體無需斷鍵解體，經過簡(jian)單形變就形成金(jin)剛(gang)石(shi)晶(jing)體。但這(zhe)三種典(dian)型學(xue)(xue)說(shuo)所(suo)提出模(mo)型往往同一(yi)些(xie)主要(yao)實驗現象和規律相(xiang)矛盾。因此，出現了溶(rong)(rong)劑(ji)(ji)(ji)-催(cui)(cui)化(hua)劑(ji)(ji)(ji)、催(cui)(cui)化(hua)劑(ji)(ji)(ji)-溶(rong)(rong)劑(ji)(ji)(ji)、熔（溶(rong)(rong)）劑(ji)(ji)(ji)-觸媒(mei)（簡(jian)稱為熔媒(mei)）等學(xue)(xue)說(shuo)進一(yi)步探討所(suo)用(yong)(yong)金(jin)屬（合(he)金(jin)）的作用(yong)(yong)。總的說(shuo)來，人造金(jin)剛(gang)石(shi)的形成機制尚是(shi)一(yi)個(ge)仍在探討中的復雜問(wen)題。

5、案例

媛石

2010年(nian)12月，日本科(ke)學家成(cheng)功合成(cheng)了世界(jie)上最堅(jian)硬的金剛石，其直徑超過1厘米，與其合作的公司稱力爭最快投產。

圓(yuan)柱形的“媛石”

這種(zhong)圓柱形的(de)金剛(gang)石是日本愛(ai)(ai)媛大學(xue)研究人員與住友電(dian)器工業公司合作(zuo)的(de)成(cheng)果(guo)，被命名為“媛石”，取自“愛(ai)(ai)媛”。

研究人(ren)員入船哲(zhe)男介紹說(shuo)，媛石(shi)是目前世界上最堅硬的(de)(de)人(ren)工(gong)金(jin)剛石(shi)，比普通(tong)金(jin)剛石(shi)堅硬很多，因此可以應(ying)用于(yu)諸多工(gong)業活動當中。“媛石(shi)可以幫助人(ren)們進(jin)一步了解在(zai)地球深(shen)處高壓高溫條件下形(xing)成的(de)(de)碳元素(su)單質晶體(ti)；同時，作為一種工(gong)業用品(pin)，它(ta)的(de)(de)壽命也比普通(tong)金(jin)剛石(shi)長好幾倍。”

6、其它相關

微波法

葉臘(la)石模具的干燥

采(cai)用(yong)微波輥道窯與專用(yong)微波加熱工藝(yi)，對葉蠟石(shi)模具(ju)進行(xing)干燥(zao)、焙(bei)燒(shao)。與常規電加熱方式相比，可顯著提(ti)升模具(ju)的一致(zhi)性及(ji)其整體品(pin)質(zhi)，生產效(xiao)率(lv)提(ti)高數(shu)倍，節電30%以(yi)上。

河南某著名人造金剛石生產商應用對比表

石墨加觸媒顆粒料的焙燒還原

采(cai)用(yong)微波推(tui)板窯與(yu)微波低氫（氮(dan)氫混(hun)合氣）還(huan)原(yuan)(yuan)工藝，對石墨加觸媒(mei)顆粒料進行焙燒還(huan)原(yuan)(yuan)。與(yu)常規電加熱(re)高(gao)純(chun)氫氣還(huan)原(yuan)(yuan)工藝相比，可大幅降低還(huan)原(yuan)(yuan)氣體(ti)的費用(yong)，同時(shi)消除爆炸(zha)隱(yin)患(huan)，確保安(an)全生產(chan)；產(chan)品一致(zhi)性好，品質穩定，還(huan)原(yuan)(yuan)后(hou)的氧含量可控制在60ppm以下；實現連續化生產(chan)，工藝周期縮(suo)短，生產(chan)效(xiao)率成(cheng)倍提高(gao)，顯著節(jie)電。

河南某著名人造金剛石生產商應用對比表

人造金剛石的氧化焙燒

采用(yong)微(wei)波輥(gun)道窯與(yu)專用(yong)微(wei)波氧(yang)(yang)化(hua)工藝(yi)，對(dui)人造金剛(gang)石(shi)中的殘余石(shi)墨(mo)進行氧(yang)(yang)化(hua)焙燒(shao)。與(yu)常規酸洗(xi)工藝(yi)相比，可提升金剛(gang)石(shi)品質(zhi)，提高生產效率(lv)，顯(xian)著(zhu)改(gai)善生產環(huan)境，無污染排放。

河南某著名人造金剛石生產商應用對比表

人造金剛石成品的干燥

采用微波帶式(shi)干燥(zao)窯或干燥(zao)房進行人造(zao)金(jin)剛石的干燥(zao)。與常規電熱或燃(ran)氣干燥(zao)方式(shi)相(xiang)比，干燥(zao)快速(su)、均勻，大(da)幅提高生產效率，并顯(xian)著節能(neng)。

河南某著名人造金剛石生產商應用對比表

發明背景

法國化學(xue)家享利·莫瓦桑〔Ferdinand Frederic Henri Moissan， 1852－ 1907）在電鍍制(zhi)取最活潑的非金(jin)屬(shu)而又(you)毒(du)性(xing)很大的氟，以及發明高(gao)溫電爐(lu)并(bing)熔煉鎢、鈦(tai)、鉬，釩等高(gao)熔點金(jin)屬(shu)方(fang)面(mian)，做出了很大的貢獻，表現了艱苦卓絕的科(ke)(ke)學(xue)探索精(jing)神。成為(wei)著(zhu)名的科(ke)(ke)學(xue)家。

晶瑩(ying)透明、硬度(du)第(di)一的(de)金(jin)剛(gang)(gang)(gang)石(shi)(shi)，特別惹人(ren)喜(xi)愛。如(ru)經(jing)工匠琢磨成鉆石(shi)(shi)，更是(shi)(shi)世間奇珍(zhen)異寶，人(ren)類雖然(ran)在五千年(nian)前就(jiu)從自(zi)然(ran)界獲取了金(jin)剛(gang)(gang)(gang)石(shi)(shi)，但一直不(bu)知道它是(shi)(shi)由什么元素構成的(de)。直到(dao)1704年(nian)，英國(guo)科(ke)學家(jia)牛頓(dun)才證明了金(jin)剛(gang)(gang)(gang)石(shi)(shi)具有可燃(ran)性。以(yi)后又經(jing)法(fa)國(guo)科(ke)學家(jia)拉瓦錫（1792年(nian)）、英國(guo)科(ke)學家(jia)騰南脫（1797年(nian)），用實驗證明了金(jin)剛(gang)(gang)(gang)石(shi)(shi)和(he)石(shi)(shi)墨(mo)(mo)是(shi)(shi)碳(tan)的(de)同素異形體，這才弄清(qing)楚金(jin)剛(gang)(gang)(gang)石(shi)(shi)是(shi)(shi)由純凈的(de)碳(tan)組成的(de)。1799年(nian)，法(fa)國(guo)化(hua)(hua)學家(jia)摩爾(er)沃把一顆(ke)金(jin)剛(gang)(gang)(gang)石(shi)(shi)轉變(bian)為石(shi)(shi)墨(mo)(mo)。這激發了人(ren)們的(de)逆向思維，能不(bu)能把石(shi)(shi)墨(mo)(mo)轉化(hua)(hua)成金(jin)剛(gang)(gang)(gang)石(shi)(shi)呢？自(zi)此(ci)以(yi)后，人(ren)們對于怎樣把石(shi)(shi)墨(mo)(mo)轉化(hua)(hua)為金(jin)剛(gang)(gang)(gang)石(shi)(shi)，表現了極大的(de)興(xing)趣(qu)。

誰能獲得這致人(ren)巨富的(de)“點石成金”之術呢？

莫瓦桑利用自己發明的高溫電爐制取了碳化硅和碳化鈣，這促使他向極富誘惑力的“點石成金”術躍躍一試，他先試驗制取氟碳化合物，再除去氟制取金剛石。沒有成功，后來他設想利用他的高溫電爐，把鐵化成鐵水，再把碳投入熔融的鐵水中，然后把滲有碳的熔融鐵倒人冷水中，借助鐵的急劇冷卻收縮時所產生的壓力，迫使內中的碳原子能有序地排列成正四面體的大晶體。最后用稀酸溶去鐵，就可拿到金剛石晶體。這個設想在當時看來，既科學又美妙。促使他和他的助手一次又一次的按這個構想方案做試驗。1893年2月6日，他終于看到了他夢寐以求的“希望之星”。當他和助手用酸溶去鐵后，在石墨殘留物中，竟有口顆0.7mm的晶體閃閃發光！經檢測這顆晶體真是金剛石。
“人造金(jin)剛石成功了！”欣喜(xi)若狂的(de)莫瓦(wa)桑(sang)一再向報界宣(xuan)傳他(ta)的(de)重(zhong)大科研成果(guo)。這使本(ben)來因研制氟(fu)和高溫電爐而著名(ming)的(de)莫瓦(wa)桑(sang)，更加 名(ming)噪(zao)一時。

1906年評選諾貝(bei)爾(er)(er)化學(xue)獎(jiang)時(shi)，極富盛名(ming)的(de)(de)(de)(de)(de)莫(mo)(mo)瓦桑(sang)成(cheng)了(le)(le)候(hou)選人(ren)。而另一個(ge)候(hou)選人(ren)便(bian)是(shi)(shi)以發現元素同期律，并排布元素周(zhou)期表，預言與指導發現新元素的(de)(de)(de)(de)(de)俄(e)羅斯科(ke)學(xue)家門(men)捷(jie)列夫(fu)(fu)。當時(shi)瑞典科(ke)學(xue)院化學(xue)分部投票表決時(shi)，10名(ming)委員中(zhong)有5名(ming)投莫(mo)(mo)瓦桑(sang)的(de)(de)(de)(de)(de)票，4票贊成(cheng)門(men)捷(jie)列夫(fu)(fu)， l票棄權。結果(guo)莫(mo)(mo)瓦桑(sang)以一票的(de)(de)(de)(de)(de)優勢而獲獎(jiang)。雖(sui)然，莫(mo)(mo)氏確有重大科(ke)研成(cheng)果(guo)。但是(shi)(shi)，相(xiang)對(dui)于做出時(shi)代里程碑式貢獻的(de)(de)(de)(de)(de)門(men)捷(jie)列夫(fu)(fu)來說，一為個(ge)別(bie)的(de)(de)(de)(de)(de)，一為全(quan)局性(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)；一為重大成(cheng)果(guo)，一為恩格斯所(suo)贊譽的(de)(de)(de)(de)(de)“完成(cheng)了(le)(le)科(ke)學(xue)上的(de)(de)(de)(de)(de)一個(ge)勛業，這個(ge)勛業可(ke)(ke)以和(he)勒維烈(lie)計算尚未知道的(de)(de)(de)(de)(de)行星海王星的(de)(de)(de)(de)(de)軌(gui)道的(de)(de)(de)(de)(de)勛業相(xiang)媲美。”當年的(de)(de)(de)(de)(de)諾貝(bei)爾(er)(er)化學(xue)獎(jiang)頒(ban)發給(gei)門(men)捷(jie)列夫(fu)(fu)，應是(shi)(shi)歷史的(de)(de)(de)(de)(de)必然!可(ke)(ke)是(shi)(shi)卻給(gei)予了(le)(le)名(ming)噪歐洲的(de)(de)(de)(de)(de)莫(mo)(mo)瓦桑(sang)。1907年門(men)捷(jie)列夫(fu)(fu)和(he)莫(mo)(mo)瓦桑(sang)都相(xiang)繼(ji)逝世(shi)了(le)(le)。可(ke)(ke)是(shi)(shi)門(men)捷(jie)列夫(fu)(fu)卻失掉了(le)(le)再被評選的(de)(de)(de)(de)(de)可(ke)(ke)能(neng)(neng)，這不能(neng)(neng)不說諾貝(bei)爾(er)(er)頒(ban)獎(jiang)歷史上的(de)(de)(de)(de)(de)一大遺憾！

話又得說回來。1906年瑞典(dian)諾貝(bei)爾(er)基(ji)金會宣(xuan)布，把相(xiang)當于10萬法(fa)郎的(de)獎(jiang)(jiang)金授給莫瓦桑，是“為了表彰他(ta)在制備元素氟(fu)方面所做出(chu)的(de)杰出(chu)貢獻，表彰他(ta)發明(ming)了莫氏電爐(lu)，”證(zheng)書上只字未提人造(zao)金剛石的(de)事，但莫瓦桑在領獎(jiang)(jiang)致答(da)詞時，卻(que)一(yi)再強調他(ta)合成人造(zao)金剛石的(de)創(chuang)舉。

成功的(de)科(ke)學(xue)實驗的(de)第(di)一特征是可重現(xian)性。 然而，莫瓦(wa)桑“成功”的(de)人造金剛(gang)石(shi)試驗，卻(que)只做了一次，他本(ben)人再也沒做第(di)二次，卻(que)浸沉在(zai)“成功“的(de)盛名之中(zhong)。

由于(yu)金(jin)剛石(shi)具有巨大的(de)(de)商(shang)業利潤和工(gong)業價(jia)值，不(bu)(bu)少的(de)(de)公司、企業集團紛紛組(zu)織科(ke)學家(jia)重　復莫(mo)氏的(de)(de)合(he)成(cheng)金(jin)剛石(shi)試驗(yan)，希(xi)望(wang)把科(ke)研成(cheng)果(guo)轉(zhuan)化為工(gong)業生產(chan)，但卻(que)沒有一個成(cheng)功。這(zhe)就(jiu)迫(po)使一些人(ren)(ren)直接登門找莫(mo)瓦桑遺孀了解莫(mo)氏的(de)(de)試驗(yan)情況。經查(cha)明，那(nei)次成(cheng)功的(de)(de)人(ren)(ren)造金(jin)剛石(shi)試驗(yan)，是(shi)(shi)由于(yu)莫(mo)氏生前的(de)(de)助(zhu)手對反復無(wu)休(xiu)止的(de)(de)試驗(yan)感到厭煩，但又無(wu)法勸阻他不(bu)(bu)再做了，迫(po)于(yu)無(wu)奈便俏俏的(de)(de)把實驗(yan)室中(zhong)(zhong)的(de)(de)一顆天(tian)然金(jin)剛石(shi)混(hun)跡到實驗(yan)中(zhong)(zhong)去，這(zhe)便是(shi)(shi)那(nei)顆被(bei)譽為“攝政王”的(de)(de)真(zhen)面(mian)目了。到頭來，莫(mo)瓦桑的(de)(de)人(ren)(ren)造金(jin)剛石(shi)，仍然是(shi)(shi)“希(xi)望(wang)之星”，對這(zhe)件事，當(dang)然不(bu)(bu)能說(shuo)莫(mo)氏有意(yi)作偽(wei)騙人(ren)(ren)，但是(shi)(shi)，莫(mo)氏沒有重復的(de)(de)做出成(cheng)功的(de)(de)第(di)二次、第(di)三(san)次實驗(yan)，卻(que)律(lv)津樂(le)道，陶(tao)醉于(yu)盛名，卻(que)不(bu)(bu)能不(bu)(bu)說(shuo)是(shi)(shi)科(ke)學家(jia)不(bu)(bu)應有的(de)(de)過失。

實事求是他說，在那個時代，人造金剛石只能是“希望(wang)之星”。

從基礎理論方面來說，對于現今高中化學 課本上所闡明的金剛石的正四面體晶體結構，和石墨的層狀結構，是19l0～l920年間由于發展了X射線衍射技術后才有所認識的。使石墨轉變為金剛石，不單純是用外力縮短石墨層與層之間的距離，使六角形碳環轉變為正四面體晶格。實際上還包含許多復雜因素。化學家首要考慮的是熱力學問題。借助熱力學可判斷石墨－金剛石轉變過程中的方向和限度。在一定溫度和壓力下，熱力學常用產物和作用物之間的自由焓改變的正或負，來判別一個反應自動進行的方向。自由焓大的狀態相對于自由焓小的狀態，是一個不穩定態，因此自由焓大的狀態總是向小的方向自動進行．計算在25℃、1大氣壓下石墨轉變為金剛石的自由焓變化DG=G金剛石-G石墨=+692卡/摩。此即表明金剛石的自由焓大于石墨，那么，要在25℃、1大氣壓下，使石墨轉變為金剛石是不可能的，需要何種外界條件才能實現轉化呢？這一直到1938年，洛錫涅等將熱力學的理論計算用于石墨－金剛石的轉化過程，才有了答案。以后又經皮爾曼等計算了在1200K以下石墨－金剛石的平衡態，并繪制了平衡曲線。從而可知在常溫298K，要實現石墨轉化為金剛石，需130000大氣壓以上。如果升高溫度，如在1200K，要實現轉化，需40000大氣壓以上。于是可知莫瓦桑的試驗，雖然提供了高溫，而用鐵水急劇冷卻收縮所獲得的壓力，頂多只有幾千個大氣壓，怎么可能實現轉化呢？
熱力(li)學只能(neng)判斷反(fan)應進(jin)行(xing)的可(ke)能(neng)性(xing)，要使可(ke)能(neng)性(xing)變為現實(shi)性(xing)，化學家還(huan)需考慮動力(li)學問題。如在室(shi)溫和(he)40萬個大氣壓下，石墨的轉化速度(du)(du)緩慢(man)到(dao)難以(yi)察覺(jue)。因此速度(du)(du)問題。愛林等根據反(fan)應速度(du)(du)理論推導得(de)出(chu)了轉化過(guo)程中溫度(du)(du)和(he)壓力(li)對轉變速度(du)(du)的關系(xi)式。于是(shi)可(ke)知增壓是(shi)降低反(fan)應速度(du)(du)的，而高(gao)溫自(zi)然(ran)是(shi)提高(gao)反(fan)應速度(du)(du)的。

綜合起來(lai)看(kan)，由熱力(li)學(xue)(xue)來(lai)看(kan)，高(gao)(gao)(gao)溫不利于金剛石的熱力(li)學(xue)(xue)穩定(ding)性，要使金剛石在高(gao)(gao)(gao)溫下仍具有熱力(li)學(xue)(xue)穩定(ding)性，必須(xu)相應地高(gao)(gao)(gao)壓。而從(cong)動力(li)學(xue)(xue)來(lai)看(kan)，力(li)求高(gao)(gao)(gao)溫才有利于反應速度，高(gao)(gao)(gao)壓反而減速。因此，尋求適宜的轉化條(tiao)件(jian)，應是兼顧二者，使高(gao)(gao)(gao)溫與高(gao)(gao)(gao)壓匹配(pei)。此外還需特(te)定(ding)的溶(rong)(rong)劑，使石墨晶(jing)格中的碳原(yuan)子(zi)先溶(rong)(rong)解，然后在變(bian)更(geng)外界條(tiao)件(jian)下，再使碳原(yuan)子(zi)從(cong)溶(rong)(rong)劑中析出結晶(jing)形成(cheng)正(zheng)四面(mian)體晶(jing)格。已經(jing)知道硫化亞鐵、鐵以及一些過渡金屬可做溶(rong)(rong)劑。

從實驗條(tiao)件方(fang)面來(lai)說，必須(xu)提(ti)供能(neng)夠產(chan)生高(gao)(gao)壓(ya)(ya)的(de)裝(zhuang)置(zhi)和耐高(gao)(gao)溫、耐高(gao)(gao)壓(ya)(ya)的(de)設備。1946年，諾貝爾獎(jiang)頒給(gei)美國科學(xue)家布里奇(qi)曼教授，原因是他發明了(le)達到(dao)極高(gao)(gao)壓(ya)(ya)力的(de)裝(zhuang)置(zhi)，以及在高(gao)(gao)壓(ya)(ya)物理領域內所(suo)作出(chu)的(de)一些重要(yao)發現。至此，人造(zao)金剛石才具(ju)備了(le)可能(neng)性。

1955年(nian)，美國科學家霍爾等在1650℃和95000個大氣(qi)壓下，合成(cheng)了金剛石。并在類(lei)似的條件下重復(fu)多次(ci)亦獲成(cheng)功(gong)，產品經(jing)各種物理的、化學的檢測(ce)，確證(zheng)為金剛石。這是人類(lei)歷(li)史(shi)上第一次(ci)合成(cheng)人造金剛石成(cheng)功(gong)，然而，這已是莫瓦桑宣稱“成(cheng)功(gong)”的62年(nian)以后(hou)，莫氏逝世近半個世紀以后(hou)的事了。