人(ren)造(zao)金剛(gang)石是什么 人(ren)造(zao)金剛(gang)石生產工藝

1、定義

鉆石，是(shi)珠寶中的(de)(de)(de)貴族，它(ta)通明剔透，散發(fa)著清(qing)冷(leng)高(gao)貴的(de)(de)(de)光輝，頗有“出淤泥而(er)不(bu)(bu)染(ran)”的(de)(de)(de)氣質。鉆石亦被稱為(wei)金(jin)(jin)剛(gang)石，因為(wei)它(ta)是(shi)自然(ran)(ran)界最(zui)堅硬(ying)無比(bi)(bi)的(de)(de)(de)物質，摩(mo)氏硬(ying)度10，新摩(mo)氏硬(ying)度15，顯(xian)微硬(ying)度10000kg/mm2，顯(xian)微硬(ying)度比(bi)(bi)石英(ying)高(gao)1000倍(bei)(bei)，比(bi)(bi)剛(gang)玉高(gao)150倍(bei)(bei)。它(ta)的(de)(de)(de)形成和發(fa)現(xian)極為(wei)不(bu)(bu)易(yi)，它(ta)是(shi)碳(tan)在地(di)球深部高(gao)溫高(gao)壓的(de)(de)(de)特(te)殊條件下歷經億萬年的(de)(de)(de)“苦(ku)修”轉化而(er)成的(de)(de)(de)，由于地(di)殼的(de)(de)(de)運(yun)動，它(ta)們從地(di)球的(de)(de)(de)深處來到地(di)表(biao)，蘊藏在金(jin)(jin)伯利巖中，從而(er)被人類發(fa)現(xian)和開采。 雖然(ran)(ran)人類可以(yi)生(sheng)產出人造金(jin)(jin)剛(gang)石，但質量大小還(huan)遠(yuan)遠(yuan)不(bu)(bu)及天然(ran)(ran)金(jin)(jin)剛(gang)石。

人造金剛石

2、應用

人造(zao)金(jin)剛石不僅可以加工(gong)成價值連城的(de)(de)珠寶(bao)，在(zai)(zai)工(gong)業中(zhong)(zhong)也大有(you)可為。它硬度高、耐磨(mo)性(xing)好，可廣泛用(yong)于(yu)(yu)切削(xue)(xue)、磨(mo)削(xue)(xue)、鉆(zhan)探；由于(yu)(yu)導熱率高、電絕緣(yuan)性(xing)好，可作為半(ban)導體裝置(zhi)的(de)(de)散熱板(ban)；它有(you)優良的(de)(de)透光性(xing)和耐腐蝕(shi)性(xing)，在(zai)(zai)電子工(gong)業中(zhong)(zhong)也得到廣泛應(ying)用(yong)。

人造金剛石

1、制造樹脂結合劑磨(mo)具或研磨(mo)用等(deng)

2、制造金(jin)屬(shu)結(jie)合劑(ji)(ji)磨具、陶瓷結(jie)合劑(ji)(ji)磨具或研磨用(yong)等(deng)

3、制造一般地層地質鉆探(tan)鉆頭、半(ban)導體及非(fei)金屬材料切割加(jia)工工具等

4、制造硬地層(ceng)地質(zhi)鉆頭、修正工具(ju)(ju)及非金屬硬脆性材(cai)料(liao)加工工具(ju)(ju)等

5、樹(shu)脂(zhi)、陶瓷(ci)結(jie)合劑磨(mo)具或研磨(mo)等(deng)

6、金(jin)屬結(jie)合劑(ji)磨具、電鍍制品。鉆探(tan)工具或研磨等

7、劇(ju)切、鉆(zhan)探及修正工具等

3、發展歷史

18世紀末，人們發現身(shen)價高(gao)貴的(de)(de)金(jin)剛石竟然(ran)是碳(tan)的(de)(de)一(yi)種同素異形體(ti)，從此，制備人造金(jin)剛石就成為了許多科學家(jia)的(de)(de)光榮與(yu)夢想。 一(yi)個世紀以后(hou)，石墨 —— 碳(tan)的(de)(de)另一(yi)種單質形式被發現了，人們便嘗試模擬自然(ran)過程，讓石墨在(zai)超高(gao)溫高(gao)壓的(de)(de)環(huan)境下轉變成金(jin)剛石。為了縮短反應時間，需要2000℃高(gao)溫和5.5萬個大(da)氣(qi)壓的(de)(de)特殊條件。

人造金剛石

1955年，美國通(tong)用電(dian)氣(qi)公司專門制(zhi)造了(le)(le)高(gao)溫(wen)高(gao)壓靜電(dian)設(she)備，得(de)到世界(jie)上第一批工業(ye)用人(ren)造金(jin)剛(gang)石(shi)小晶體，從而開創了(le)(le)工業(ye)規模生產人(ren)造金(jin)剛(gang)石(shi)磨料的(de)(de)先河，他們的(de)(de)年產量在(zai)20噸左(zuo)右；不(bu)久，杜邦公司發明(ming)了(le)(le)爆炸(zha)法，利用瞬時爆炸(zha)產生的(de)(de)高(gao)壓和急劇升溫(wen)，也獲得(de)了(le)(le)幾(ji)毫(hao)米大(da)小的(de)(de)人(ren)造金(jin)剛(gang)石(shi)。

金(jin)剛(gang)(gang)石薄(bo)(bo)(bo)膜的(de)性能(neng)稍(shao)遜于金(jin)剛(gang)(gang)石顆粒，在密度和(he)硬度上(shang)(shang)都要(yao)(yao)低(di)一(yi)些。即便(bian)如此，它的(de)耐磨性也(ye)是數一(yi)數二，僅5微米厚的(de)薄(bo)(bo)(bo)膜，壽命(ming)(ming)也(ye)比硬質合(he)金(jin)鋼長(chang)10倍(bei)以(yi)(yi)上(shang)(shang)。我(wo)們知道(dao)，唱片(pian)的(de)唱針(zhen)(zhen)在微小的(de)接觸(chu)面上(shang)(shang)要(yao)(yao)經受(shou)極大的(de)壓力，同時要(yao)(yao)求極長(chang)的(de)耐磨壽命(ming)(ming)，只要(yao)(yao)在針(zhen)(zhen)尖上(shang)(shang)沉積上(shang)(shang)一(yi)層(ceng)金(jin)剛(gang)(gang)石薄(bo)(bo)(bo)膜，它就可以(yi)(yi)輕松上(shang)(shang)陣了。如果在塑(su)料、玻璃的(de)外面用金(jin)剛(gang)(gang)石薄(bo)(bo)(bo)膜做耐磨涂(tu)層(ceng)，可以(yi)(yi)大大擴展其用途，開發性能(neng)優越又經濟的(de)產(chan)品。

更(geng)重要的(de)(de)(de)是，薄(bo)膜的(de)(de)(de)出現(xian)使金(jin)石(shi)的(de)(de)(de)應(ying)用突破了只(zhi)能(neng)作為切(qie)削(xue)工(gong)(gong)具的(de)(de)(de)樊籬，使其(qi)優異的(de)(de)(de)熱、電(dian)、聲、光性能(neng)得以充(chong)分發(fa)揮。金(jin)剛石(shi)薄(bo)膜已(yi)應(ying)用在半(ban)導體(ti)電(dian)子裝置、光學聲學裝置、壓(ya)力加(jia)(jia)工(gong)(gong)和切(qie)削(xue)加(jia)(jia)工(gong)(gong)工(gong)(gong)具等(deng)方面，其(qi)發(fa)展速(su)度驚人，在高科技領域更(geng)加(jia)(jia)誘人。

用(yong)人工方(fang)法使非金剛(gang)石(shi)結構的碳(tan)轉(zhuan)變(bian)為金剛(gang)石(shi)結構的碳(tan)，并且通過成核和生長形成單(dan)晶(jing)和多(duo)晶(jing)金剛(gang)石(shi)，或把細粒金剛(gang)石(shi)在(zai)高(gao)(gao)(gao)壓高(gao)(gao)(gao)溫下(xia)燒(shao)結成多(duo)晶(jing)金剛(gang)石(shi)。這是(shi)高(gao)(gao)(gao)壓研究在(zai)生產上(shang)得到應用(yong)的一(yi)個(ge)重要實(shi)例。

人造金剛石產品

從熱(re)力學觀點(dian)出發(fa)，決定(ding)石(shi)墨等非(fei)金(jin)剛(gang)石(shi)結構(gou)的(de)(de)(de)(de)碳質(zhi)原料(liao)能(neng)(neng)否轉(zhuan)(zhuan)變(bian)(bian)(bian)(bian)(bian)成(cheng)金(jin)剛(gang)石(shi)的(de)(de)(de)(de)相(xiang)(xiang)變(bian)(bian)(bian)(bian)(bian)條(tiao)件(jian)是后者的(de)(de)(de)(de)自由能(neng)(neng)必須小(xiao)于(yu)(yu)前者。這(zhe)種相(xiang)(xiang)變(bian)(bian)(bian)(bian)(bian)過(guo)程是在(zai)(zai)高壓(ya)、高溫(wen)(wen)(wen)(wen)或(huo)者還(huan)有(you)其他組分(fen)參與的(de)(de)(de)(de)條(tiao)件(jian)下(xia)進(jin)行的(de)(de)(de)(de)。一定(ding)的(de)(de)(de)(de)壓(ya)力、溫(wen)(wen)(wen)(wen)度和(he)(he)組元濃(nong)度等可(ke)以使系統(tong)(tong)(tong)(tong)的(de)(de)(de)(de)內能(neng)(neng)發(fa)生(sheng)(sheng)變(bian)(bian)(bian)(bian)(bian)化(hua)(hua)，從而使價(jia)電子(zi)(zi)(zi)可(ke)處能(neng)(neng)級(ji)的(de)(de)(de)(de)統(tong)(tong)(tong)(tong)計(ji)權(quan)(quan)重發(fa)生(sheng)(sheng)相(xiang)(xiang)應的(de)(de)(de)(de)變(bian)(bian)(bian)(bian)(bian)化(hua)(hua)。這(zhe)就可(ke)能(neng)(neng)出現(xian)電子(zi)(zi)(zi)轉(zhuan)(zhuan)移(yi)和(he)(he)組成(cheng)新的(de)(de)(de)(de)鍵(jian)合(he)狀態(tai)的(de)(de)(de)(de)電子(zi)(zi)(zi)結構(gou)，即發(fa)生(sheng)(sheng)了(le)相(xiang)(xiang)變(bian)(bian)(bian)(bian)(bian)。如果(guo)系統(tong)(tong)(tong)(tong)中能(neng)(neng)量變(bian)(bian)(bian)(bian)(bian)化(hua)(hua)有(you)利于(yu)(yu)在(zai)(zai)固體(ti)中發(fa)生(sheng)(sheng)這(zhe)種電子(zi)(zi)(zi)結構(gou)的(de)(de)(de)(de)變(bian)(bian)(bian)(bian)(bian)化(hua)(hua)，則高壓(ya)高溫(wen)(wen)(wen)(wen)相(xiang)(xiang)變(bian)(bian)(bian)(bian)(bian)發(fa)生(sheng)(sheng)在(zai)(zai)固態(tai)，否則就可(ke)能(neng)(neng)發(fa)生(sheng)(sheng)在(zai)(zai)熔(rong)態(tai)或(huo)汽(qi)態(tai)。在(zai)(zai)熔(rong)體(ti)中發(fa)生(sheng)(sheng)這(zhe)種變(bian)(bian)(bian)(bian)(bian)化(hua)(hua)的(de)(de)(de)(de)條(tiao)件(jian)是，鍵(jian)合(he)特(te)征的(de)(de)(de)(de)價(jia)電子(zi)(zi)(zi)分(fen)布的(de)(de)(de)(de)統(tong)(tong)(tong)(tong)計(ji)權(quan)(quan)重相(xiang)(xiang)應降低，遠(yuan)程有(you)序的(de)(de)(de)(de)作用趨(qu)于(yu)(yu)消失，原子(zi)(zi)(zi)配位數發(fa)生(sheng)(sheng)變(bian)(bian)(bian)(bian)(bian)化(hua)(hua)；而電子(zi)(zi)(zi)處于(yu)(yu)激(ji)發(fa)態(tai)的(de)(de)(de)(de)統(tong)(tong)(tong)(tong)計(ji)權(quan)(quan)重趨(qu)于(yu)(yu)增(zeng)大，近(jin)程有(you)序作用相(xiang)(xiang)應增(zeng)強(qiang)。氣體(ti)中發(fa)生(sheng)(sheng)這(zhe)種變(bian)(bian)(bian)(bian)(bian)化(hua)(hua)的(de)(de)(de)(de)條(tiao)件(jian)是，單質(zhi)原子(zi)(zi)(zi)間或(huo)化(hua)(hua)合(he)物的(de)(de)(de)(de)鍵(jian)合(he)分(fen)子(zi)(zi)(zi)間的(de)(de)(de)(de)電子(zi)(zi)(zi)能(neng)(neng)級(ji)趨(qu)于(yu)(yu)消失，所有(you)的(de)(de)(de)(de)電子(zi)(zi)(zi)轉(zhuan)(zhuan)移(yi)到單原子(zi)(zi)(zi)或(huo)分(fen)子(zi)(zi)(zi)能(neng)(neng)級(ji)上去，這(zhe)樣，電子(zi)(zi)(zi)處于(yu)(yu)激(ji)發(fa)態(tai)的(de)(de)(de)(de)統(tong)(tong)(tong)(tong)計(ji)權(quan)(quan)重更(geng)為增(zeng)大。因此，人造金(jin)剛(gang)石(shi)可(ke)以在(zai)(zai)固態(tai)，也可(ke)在(zai)(zai)熔(rong)態(tai)和(he)(he)汽(qi)態(tai)條(tiao)件(jian)下(xia)進(jin)行，這(zhe)取(qu)決于(yu)(yu)壓(ya)力、溫(wen)(wen)(wen)(wen)度和(he)(he)組元濃(nong)度等因素引起系統(tong)(tong)(tong)(tong)內能(neng)(neng)的(de)(de)(de)(de)變(bian)(bian)(bian)(bian)(bian)化(hua)(hua)情況。從動力學觀點(dian)出發(fa)，還(huan)要求石(shi)墨等碳質(zhi)原料(liao)轉(zhuan)(zhuan)變(bian)(bian)(bian)(bian)(bian)成(cheng)金(jin)剛(gang)石(shi)時(shi)具有(you)適(shi)當的(de)(de)(de)(de)轉(zhuan)(zhuan)變(bian)(bian)(bian)(bian)(bian)速(su)(su)率。在(zai)(zai)金(jin)剛(gang)石(shi)成(cheng)核率和(he)(he)生(sheng)(sheng)長速(su)(su)率同時(shi)處于(yu)(yu)極大值時(shi)的(de)(de)(de)(de)相(xiang)(xiang)變(bian)(bian)(bian)(bian)(bian)速(su)(su)率最(zui)大。

自(zi)18世(shi)紀證實(shi)了金(jin)(jin)剛(gang)石(shi)(shi)是由(you)純碳組(zu)成的(de)(de)以后(hou)，就開始了對人(ren)(ren)(ren)造金(jin)(jin)剛(gang)石(shi)(shi)的(de)(de)研究，只是在20世(shi)紀50年代通(tong)過高壓(ya)(ya)研究和高壓(ya)(ya)實(shi)驗(yan)技(ji)術(shu)的(de)(de)進展(zhan)，才(cai)獲得真正的(de)(de)成功和迅速的(de)(de)發(fa)展(zhan)。人(ren)(ren)(ren)造金(jin)(jin)剛(gang)石(shi)(shi)的(de)(de)具體方(fang)法(fa)(fa)(fa)多達十幾(ji)種(zhong)(zhong)。按所用(yong)技(ji)術(shu)的(de)(de)特(te)點可歸納為(wei)靜壓(ya)(ya)、動壓(ya)(ya)和低壓(ya)(ya)等三種(zhong)(zhong)方(fang)法(fa)(fa)(fa)。按金(jin)(jin)剛(gang)石(shi)(shi)的(de)(de)形(xing)成特(te)點可歸納為(wei)直(zhi)接(jie)、熔媒和外延等三類方(fang)法(fa)(fa)(fa)。圖(tu)表示碳的(de)(de)壓(ya)(ya)力-溫度(du)（□-□）相圖(tu)和三種(zhong)(zhong)方(fang)法(fa)(fa)(fa)人(ren)(ren)(ren)造金(jin)(jin)剛(gang)石(shi)(shi)的(de)(de)實(shi)驗(yan)區(qu)(qu)(qu)(qu)。1區(qu)(qu)(qu)(qu)為(wei)直(zhi)接(jie)法(fa)(fa)(fa)人(ren)(ren)(ren)造金(jin)(jin)剛(gang)石(shi)(shi)的(de)(de)實(shi)驗(yan)區(qu)(qu)(qu)(qu)，2區(qu)(qu)(qu)(qu)為(wei)熔媒法(fa)(fa)(fa)人(ren)(ren)(ren)造金(jin)(jin)剛(gang)石(shi)(shi)的(de)(de)實(shi)驗(yan)區(qu)(qu)(qu)(qu)，3區(qu)(qu)(qu)(qu)為(wei)外延法(fa)(fa)(fa)人(ren)(ren)(ren)造金(jin)(jin)剛(gang)石(shi)(shi)的(de)(de)實(shi)驗(yan)區(qu)(qu)(qu)(qu)。

4、制造方法

直接法

人(ren)造金剛(gang)石(shi)或利用瞬(shun)時(shi)靜態(tai)超(chao)高壓(ya)高溫技術(shu)，或動(dong)態(tai)超(chao)高壓(ya)高溫技術(shu)，或兩者的(de)混(hun)合技術(shu)，使(shi)石(shi)墨等碳(tan)質原料從固態(tai)或熔融(rong)態(tai)直接轉(zhuan)變成金剛(gang)石(shi)，這種(zhong)方(fang)法得到的(de)金剛(gang)石(shi)是微米尺寸(cun)的(de)多晶(jing)粉末。

熔媒法

人造(zao)金(jin)(jin)剛(gang)石(shi)用(yong)(yong)(yong)靜(jing)(jing)態超(chao)高壓(50～100kb，即5～10GPa) 和(he)(he)高溫(wen)(1100～3000°C)技術(shu)通過(guo)(guo)石(shi)墨等碳(tan)質(zhi)原料和(he)(he)某些金(jin)(jin)屬（合金(jin)(jin)）反應生成金(jin)(jin)剛(gang)石(shi)，其(qi)典型晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)態為立方(fang)(fang)體(ti)(六面體(ti))、八面體(ti)和(he)(he)六-八面體(ti)以(yi)及它們的(de)(de)(de)過(guo)(guo)渡形(xing)態。在工業上(shang)顯(xian)出(chu)重要應用(yong)(yong)(yong)價值的(de)(de)(de)主要是靜(jing)(jing)壓熔媒法。采用(yong)(yong)(yong)這(zhe)種(zhong)方(fang)(fang)法得到(dao)的(de)(de)(de)磨料級(ji)人造(zao)金(jin)(jin)剛(gang)石(shi)的(de)(de)(de)產量已超(chao)過(guo)(guo)天然金(jin)(jin)剛(gang)石(shi)，有待進(jin)(jin)一步解決的(de)(de)(de)問題是增大粗粒比，提(ti)高轉(zhuan)化率(lv)和(he)(he)改善(shan)晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)體(ti)質(zhi)量。目前正在實驗(yan)(yan)室中(zhong)用(yong)(yong)(yong)靜(jing)(jing)壓熔媒法研究優質(zhi)大顆(ke)(ke)粒單(dan)晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)金(jin)(jin)剛(gang)石(shi)的(de)(de)(de)形(xing)成。加晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)種(zhong)外延生長(chang)法曾(ceng)得到(dao)重1克拉左右(you)的(de)(de)(de)大單(dan)晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing);用(yong)(yong)(yong)一般(ban)試驗(yan)(yan)技術(shu)略加改進(jin)(jin)后，曾(ceng)得到(dao)2～4毫(hao)米左右(you)的(de)(de)(de)晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)體(ti)。采用(yong)(yong)(yong)這(zhe)種(zhong)方(fang)(fang)法還生長(chang)和(he)(he)燒結出(chu)大顆(ke)(ke)粒多晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)金(jin)(jin)剛(gang)石(shi)，后者在工業上(shang)已獲得一定的(de)(de)(de)應用(yong)(yong)(yong)，其(qi)關鍵問題在于進(jin)(jin)一步提(ti)高這(zhe)種(zhong)多晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)金(jin)(jin)剛(gang)石(shi)的(de)(de)(de)抗壓強度、抗沖擊強度、耐磨性和(he)(he)耐熱性等綜合性能。

外延法

人造(zao)金(jin)剛(gang)(gang)石是利(li)用(yong)熱解和電(dian)解某(mou)(mou)些含碳物質時析(xi)出的(de)碳源(yuan)在金(jin)剛(gang)(gang)石晶種或(huo)某(mou)(mou)些起基底作(zuo)用(yong)的(de)物質上進行外延(yan)生長而成的(de)。

武茲反應法

讓四(si)氯化碳和(he)鈉(na)在700℃反應，生成金剛石。但(dan)是(shi)同(tong)時會生成大量的(de)石墨(mo)。

形成機制

主(zhu)要有(you)下述(shu)幾種(zhong)學(xue)(xue)(xue)說(shuo)(shuo)：溶(rong)(rong)劑(ji)學(xue)(xue)(xue)說(shuo)(shuo)認(ren)為(wei)(wei)所用(yong)金屬(合金)起著(zhu)碳的溶(rong)(rong)劑(ji)作(zuo)用(yong)；催化學(xue)(xue)(xue)說(shuo)(shuo)則認(ren)為(wei)(wei)是一(yi)種(zhong)催化劑(ji)；固相轉變學(xue)(xue)(xue)說(shuo)(shuo)則強(qiang)調石(shi)(shi)(shi)墨(mo)晶(jing)體(ti)(ti)無(wu)需(xu)斷鍵解(jie)體(ti)(ti)，經過簡單形(xing)變就(jiu)形(xing)成(cheng)金剛(gang)(gang)石(shi)(shi)(shi)晶(jing)體(ti)(ti)。但這三種(zhong)典型學(xue)(xue)(xue)說(shuo)(shuo)所提出模(mo)型往往同一(yi)些主(zhu)要實驗(yan)現象(xiang)和規律(lv)相矛(mao)盾。因此，出現了溶(rong)(rong)劑(ji)-催化劑(ji)、催化劑(ji)-溶(rong)(rong)劑(ji)、熔（溶(rong)(rong)）劑(ji)-觸媒（簡稱為(wei)(wei)熔媒）等學(xue)(xue)(xue)說(shuo)(shuo)進一(yi)步探(tan)討所用(yong)金屬（合金）的作(zuo)用(yong)。總的說(shuo)(shuo)來，人造(zao)金剛(gang)(gang)石(shi)(shi)(shi)的形(xing)成(cheng)機制尚是一(yi)個仍(reng)在探(tan)討中的復(fu)雜問題(ti)。

5、案例

媛石

2010年12月，日本科學家成(cheng)功合成(cheng)了世(shi)界上最堅硬的(de)(de)金剛石，其(qi)直徑超過(guo)1厘米，與其(qi)合作(zuo)的(de)(de)公司稱力爭最快投產。

圓柱形的“媛石”

這種圓柱形的(de)金(jin)剛石(shi)(shi)是(shi)日本愛媛大(da)學研究(jiu)人員與住友電(dian)器工業公司合(he)作的(de)成果，被命(ming)名為“媛石(shi)(shi)”，取自“愛媛”。

研究人(ren)員(yuan)入(ru)船哲(zhe)男介紹(shao)說(shuo)，媛石(shi)是目(mu)前世界(jie)上最(zui)堅(jian)(jian)硬的人(ren)工(gong)金剛石(shi)，比普通金剛石(shi)堅(jian)(jian)硬很多(duo)，因此可(ke)以(yi)應用(yong)于諸多(duo)工(gong)業(ye)活動當中。“媛石(shi)可(ke)以(yi)幫助人(ren)們進一步了解在地球深處高(gao)壓高(gao)溫條(tiao)件下(xia)形成的碳元素單質晶體(ti)；同時，作為一種工(gong)業(ye)用(yong)品(pin)，它的壽命也(ye)比普通金剛石(shi)長(chang)好幾倍。”

6、其它相關

微波法

葉臘石(shi)模具的(de)干燥

采用微波輥道窯與(yu)專用微波加熱(re)工藝，對(dui)葉蠟(la)石(shi)模具進行干燥、焙燒。與(yu)常規電加熱(re)方(fang)式相比，可顯著提升(sheng)模具的(de)一致(zhi)性及其(qi)整體(ti)品質，生產(chan)效率(lv)提高數倍，節電30%以上。

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

采用(yong)微波推板窯(yao)與(yu)微波低(di)氫(qing)(qing)（氮氫(qing)(qing)混合氣(qi)）還(huan)原(yuan)(yuan)工藝(yi)，對石墨加(jia)觸媒顆粒(li)料進行焙燒還(huan)原(yuan)(yuan)。與(yu)常(chang)規電加(jia)熱高純氫(qing)(qing)氣(qi)還(huan)原(yuan)(yuan)工藝(yi)相比，可(ke)大(da)幅降低(di)還(huan)原(yuan)(yuan)氣(qi)體的費用(yong)，同時消除爆炸隱患(huan)，確保安全生(sheng)產；產品一致性好，品質穩定，還(huan)原(yuan)(yuan)后的氧(yang)含量(liang)可(ke)控(kong)制在60ppm以下；實現(xian)連續(xu)化生(sheng)產，工藝(yi)周期(qi)縮(suo)短(duan)，生(sheng)產效率成倍提(ti)高，顯著節電。

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(cai)用微(wei)波輥(gun)道窯與專用微(wei)波氧(yang)化工(gong)(gong)藝，對人(ren)造金剛(gang)石中的殘余石墨(mo)進行氧(yang)化焙燒。與常規酸洗工(gong)(gong)藝相比，可提升金剛(gang)石品質，提高生產效(xiao)率，顯(xian)著改善生產環境，無污(wu)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(wei)波帶式干(gan)(gan)燥(zao)(zao)窯(yao)或(huo)干(gan)(gan)燥(zao)(zao)房進行(xing)人造金(jin)剛石的(de)干(gan)(gan)燥(zao)(zao)。與常(chang)規電(dian)熱或(huo)燃氣干(gan)(gan)燥(zao)(zao)方式相比，干(gan)(gan)燥(zao)(zao)快速、均勻(yun)，大幅提高生產效率，并顯著(zhu)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(hua)學(xue)家享利·莫瓦桑(sang)〔Ferdinand Frederic Henri Moissan， 1852－ 1907）在電鍍制取(qu)最(zui)活(huo)潑(po)的非金屬而(er)又毒性很(hen)大的氟，以(yi)及發明高溫電爐并熔煉鎢、鈦、鉬，釩等高熔點金屬方面，做出了(le)很(hen)大的貢獻，表現了(le)艱苦(ku)卓絕(jue)的科學(xue)探索精神。成(cheng)為著名的科學(xue)家。

晶(jing)瑩透明、硬度(du)第一(yi)的(de)金(jin)剛石(shi)(shi)，特別(bie)惹人喜愛。如經工匠琢磨成鉆(zhan)石(shi)(shi)，更是世(shi)間奇珍異(yi)寶，人類雖(sui)然(ran)在(zai)五千(qian)年(nian)前就從自然(ran)界獲取了金(jin)剛石(shi)(shi)，但(dan)一(yi)直(zhi)不知道它是由什(shen)么元(yuan)素構成的(de)。直(zhi)到(dao)1704年(nian)，英(ying)國(guo)(guo)科學(xue)家(jia)牛頓才證(zheng)明了金(jin)剛石(shi)(shi)具有可燃性。以后又經法國(guo)(guo)科學(xue)家(jia)拉瓦錫（1792年(nian)）、英(ying)國(guo)(guo)科學(xue)家(jia)騰南脫（1797年(nian)），用實驗(yan)證(zheng)明了金(jin)剛石(shi)(shi)和石(shi)(shi)墨是碳的(de)同素異(yi)形體，這(zhe)才弄清(qing)楚金(jin)剛石(shi)(shi)是由純凈的(de)碳組(zu)成的(de)。1799年(nian)，法國(guo)(guo)化(hua)學(xue)家(jia)摩爾沃把一(yi)顆金(jin)剛石(shi)(shi)轉(zhuan)變(bian)為石(shi)(shi)墨。這(zhe)激發(fa)了人們的(de)逆(ni)向思維(wei)，能不能把石(shi)(shi)墨轉(zhuan)化(hua)成金(jin)剛石(shi)(shi)呢(ni)？自此以后，人們對于怎樣把石(shi)(shi)墨轉(zhuan)化(hua)為金(jin)剛石(shi)(shi)，表現了極大的(de)興(xing)趣。

誰能獲得(de)這致人巨(ju)富的“點石(shi)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。
“人造金剛石成(cheng)功(gong)了！”欣喜(xi)若狂的(de)莫(mo)瓦桑一再(zai)向報界宣傳他(ta)的(de)重大科研(yan)成(cheng)果(guo)。這使本來(lai)因(yin)研(yan)制氟和高溫(wen)電(dian)爐而著名(ming)的(de)莫(mo)瓦桑，更加 名(ming)噪一時。

1906年評選(xuan)諾貝(bei)(bei)爾化學(xue)(xue)獎時，極富盛(sheng)名的(de)(de)(de)(de)(de)莫(mo)瓦(wa)桑成了候(hou)選(xuan)人。而另(ling)一(yi)(yi)個(ge)候(hou)選(xuan)人便是以發現(xian)元素(su)同期律，并排布元素(su)周期表，預言(yan)與指導(dao)發現(xian)新(xin)元素(su)的(de)(de)(de)(de)(de)俄羅斯科學(xue)(xue)家門捷(jie)(jie)列(lie)(lie)(lie)夫(fu)。當(dang)時瑞典科學(xue)(xue)院(yuan)化學(xue)(xue)分部投(tou)票(piao)表決時，10名委員中有(you)5名投(tou)莫(mo)瓦(wa)桑的(de)(de)(de)(de)(de)票(piao)，4票(piao)贊成門捷(jie)(jie)列(lie)(lie)(lie)夫(fu)， l票(piao)棄權(quan)。結果(guo)(guo)莫(mo)瓦(wa)桑以一(yi)(yi)票(piao)的(de)(de)(de)(de)(de)優勢而獲(huo)獎。雖然(ran)，莫(mo)氏確有(you)重大科研成果(guo)(guo)。但(dan)是，相(xiang)對(dui)于做(zuo)出(chu)時代里程碑(bei)式貢獻的(de)(de)(de)(de)(de)門捷(jie)(jie)列(lie)(lie)(lie)夫(fu)來說，一(yi)(yi)為(wei)個(ge)別的(de)(de)(de)(de)(de)，一(yi)(yi)為(wei)全局性的(de)(de)(de)(de)(de)；一(yi)(yi)為(wei)重大成果(guo)(guo)，一(yi)(yi)為(wei)恩格斯所贊譽(yu)的(de)(de)(de)(de)(de)“完成了科學(xue)(xue)上的(de)(de)(de)(de)(de)一(yi)(yi)個(ge)勛(xun)業，這(zhe)個(ge)勛(xun)業可以和勒(le)維(wei)烈計算尚(shang)未知道(dao)的(de)(de)(de)(de)(de)行星海王星的(de)(de)(de)(de)(de)軌道(dao)的(de)(de)(de)(de)(de)勛(xun)業相(xiang)媲美。”當(dang)年的(de)(de)(de)(de)(de)諾貝(bei)(bei)爾化學(xue)(xue)獎頒(ban)發給門捷(jie)(jie)列(lie)(lie)(lie)夫(fu)，應(ying)是歷史的(de)(de)(de)(de)(de)必然(ran)!可是卻給予了名噪歐洲的(de)(de)(de)(de)(de)莫(mo)瓦(wa)桑。1907年門捷(jie)(jie)列(lie)(lie)(lie)夫(fu)和莫(mo)瓦(wa)桑都相(xiang)繼逝世了。可是門捷(jie)(jie)列(lie)(lie)(lie)夫(fu)卻失掉了再被評選(xuan)的(de)(de)(de)(de)(de)可能，這(zhe)不(bu)能不(bu)說諾貝(bei)(bei)爾頒(ban)獎歷史上的(de)(de)(de)(de)(de)一(yi)(yi)大遺憾！

話又得(de)說回來。1906年瑞典(dian)諾(nuo)貝(bei)爾(er)基金(jin)會宣布，把相當于10萬法(fa)郎的獎(jiang)金(jin)授給莫瓦(wa)桑，是“為了表(biao)彰他(ta)在制備元素氟(fu)方面所做(zuo)出(chu)的杰(jie)出(chu)貢(gong)獻(xian)，表(biao)彰他(ta)發明了莫氏電爐，”證書上只字未提人造金(jin)剛石的事，但莫瓦(wa)桑在領獎(jiang)致答詞時，卻一再強調(diao)他(ta)合成人造金(jin)剛石的創舉。

成(cheng)(cheng)功的科(ke)學實驗的第一特征是(shi)可重現性。 然而，莫瓦桑“成(cheng)(cheng)功”的人造(zao)金剛石試驗，卻只做(zuo)了一次(ci)，他本人再(zai)也(ye)沒做(zuo)第二次(ci)，卻浸沉在(zai)“成(cheng)(cheng)功“的盛名之中。

由(you)于(yu)金(jin)(jin)(jin)剛(gang)(gang)石(shi)具有巨大的(de)(de)(de)(de)商業利潤和工業價值，不(bu)(bu)少(shao)的(de)(de)(de)(de)公司、企業集團(tuan)紛(fen)紛(fen)組織科(ke)學家(jia)重　復莫(mo)氏(shi)的(de)(de)(de)(de)合成金(jin)(jin)(jin)剛(gang)(gang)石(shi)試(shi)(shi)驗(yan)，希(xi)望把科(ke)研成果(guo)轉化(hua)為工業生產，但卻(que)沒有一(yi)個成功(gong)(gong)。這(zhe)就迫使一(yi)些人(ren)(ren)直接登門找莫(mo)瓦(wa)桑(sang)遺孀(shuang)了解莫(mo)氏(shi)的(de)(de)(de)(de)試(shi)(shi)驗(yan)情況。經(jing)查明，那次(ci)成功(gong)(gong)的(de)(de)(de)(de)人(ren)(ren)造金(jin)(jin)(jin)剛(gang)(gang)石(shi)試(shi)(shi)驗(yan)，是(shi)(shi)由(you)于(yu)莫(mo)氏(shi)生前的(de)(de)(de)(de)助手對(dui)反(fan)復無(wu)休止的(de)(de)(de)(de)試(shi)(shi)驗(yan)感(gan)到厭煩，但又無(wu)法(fa)勸阻他不(bu)(bu)再(zai)做了，迫于(yu)無(wu)奈(nai)便(bian)俏(qiao)俏(qiao)的(de)(de)(de)(de)把實(shi)驗(yan)室中的(de)(de)(de)(de)一(yi)顆天然金(jin)(jin)(jin)剛(gang)(gang)石(shi)混跡到實(shi)驗(yan)中去，這(zhe)便(bian)是(shi)(shi)那顆被譽為“攝政王”的(de)(de)(de)(de)真面目了。到頭(tou)來，莫(mo)瓦(wa)桑(sang)的(de)(de)(de)(de)人(ren)(ren)造金(jin)(jin)(jin)剛(gang)(gang)石(shi)，仍(reng)然是(shi)(shi)“希(xi)望之星(xing)”，對(dui)這(zhe)件事(shi)，當然不(bu)(bu)能(neng)說(shuo)莫(mo)氏(shi)有意(yi)作(zuo)偽騙人(ren)(ren)，但是(shi)(shi)，莫(mo)氏(shi)沒有重復的(de)(de)(de)(de)做出成功(gong)(gong)的(de)(de)(de)(de)第二(er)次(ci)、第三次(ci)實(shi)驗(yan)，卻(que)律津(jin)樂道，陶(tao)醉(zui)于(yu)盛名，卻(que)不(bu)(bu)能(neng)不(bu)(bu)說(shuo)是(shi)(shi)科(ke)學家(jia)不(bu)(bu)應有的(de)(de)(de)(de)過(guo)失(shi)。

實事求是他(ta)說(shuo)，在那個(ge)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)學只能判斷(duan)反(fan)(fan)應(ying)進行的(de)可(ke)能性(xing)，要使可(ke)能性(xing)變為現實性(xing)，化(hua)學家還需考慮動(dong)力(li)學問題。如在室溫(wen)和(he)40萬個大(da)氣壓(ya)(ya)下，石(shi)墨的(de)轉化(hua)速度緩慢到難以察覺。因此速度問題。愛林等根據反(fan)(fan)應(ying)速度理論推導得出了轉化(hua)過程中(zhong)溫(wen)度和(he)壓(ya)(ya)力(li)對(dui)轉變速度的(de)關系式。于是可(ke)知增壓(ya)(ya)是降低(di)反(fan)(fan)應(ying)速度的(de)，而高溫(wen)自(zi)然是提高反(fan)(fan)應(ying)速度的(de)。

綜合起來看，由熱(re)(re)(re)力(li)(li)學(xue)(xue)來看，高溫(wen)不利于金剛(gang)石(shi)的(de)熱(re)(re)(re)力(li)(li)學(xue)(xue)穩定性(xing)，要使(shi)(shi)(shi)金剛(gang)石(shi)在高溫(wen)下(xia)仍具(ju)有(you)(you)熱(re)(re)(re)力(li)(li)學(xue)(xue)穩定性(xing)，必須(xu)相應(ying)地高壓。而(er)從(cong)動力(li)(li)學(xue)(xue)來看，力(li)(li)求(qiu)高溫(wen)才有(you)(you)利于反應(ying)速度，高壓反而(er)減(jian)速。因此，尋求(qiu)適宜的(de)轉化條件(jian)，應(ying)是兼顧二者，使(shi)(shi)(shi)高溫(wen)與高壓匹(pi)配。此外還需特(te)定的(de)溶(rong)劑(ji)，使(shi)(shi)(shi)石(shi)墨晶格中的(de)碳(tan)原子(zi)先溶(rong)解，然后在變更外界條件(jian)下(xia)，再使(shi)(shi)(shi)碳(tan)原子(zi)從(cong)溶(rong)劑(ji)中析出結晶形成正四(si)面體晶格。已經知道硫化亞鐵(tie)、鐵(tie)以及一些(xie)過渡金屬可做溶(rong)劑(ji)。

從實驗條件方(fang)面(mian)來(lai)說，必(bi)須提供能夠產生高(gao)壓(ya)的(de)裝置(zhi)和耐(nai)高(gao)溫、耐(nai)高(gao)壓(ya)的(de)設(she)備(bei)。1946年(nian)，諾貝爾(er)獎頒(ban)給美國科學家布里奇曼教授，原因是他發明了(le)達到極高(gao)壓(ya)力的(de)裝置(zhi)，以及在高(gao)壓(ya)物理領(ling)域內(nei)所作出(chu)的(de)一些重要發現。至(zhi)此，人造金剛(gang)石(shi)才具(ju)備(bei)了(le)可能性。

1955年，美國科(ke)學家霍(huo)爾等(deng)在1650℃和95000個大氣壓(ya)下，合(he)成(cheng)了金剛(gang)石(shi)。并在類似的條(tiao)件(jian)下重復多次亦獲成(cheng)功(gong)(gong)，產品經(jing)各種物(wu)理的、化學的檢測，確證為金剛(gang)石(shi)。這是人類歷史上第一(yi)次合(he)成(cheng)人造(zao)金剛(gang)石(shi)成(cheng)功(gong)(gong)，然而(er)，這已是莫(mo)瓦桑宣(xuan)稱“成(cheng)功(gong)(gong)”的62年以后，莫(mo)氏(shi)逝(shi)世(shi)近半個世(shi)紀以后的事了。