人造(zao)金剛(gang)石(shi)是什么 人造(zao)金剛(gang)石(shi)生產(chan)工藝

1、定義

鉆石(shi)，是珠寶(bao)中(zhong)的(de)貴族，它通明剔(ti)透，散發著(zhu)清冷高(gao)(gao)貴的(de)光輝，頗有“出淤泥而不(bu)(bu)染”的(de)氣質(zhi)。鉆石(shi)亦被稱為金(jin)剛石(shi)，因為它是自然(ran)(ran)界最堅硬(ying)無比(bi)的(de)物(wu)質(zhi)，摩氏硬(ying)度10，新摩氏硬(ying)度15，顯微硬(ying)度10000kg/mm2，顯微硬(ying)度比(bi)石(shi)英(ying)高(gao)(gao)1000倍，比(bi)剛玉高(gao)(gao)150倍。它的(de)形(xing)成(cheng)和發現(xian)極(ji)為不(bu)(bu)易，它是碳(tan)在(zai)地(di)球深(shen)部(bu)高(gao)(gao)溫高(gao)(gao)壓的(de)特殊條件下(xia)歷經億萬年的(de)“苦修”轉化而成(cheng)的(de)，由于(yu)地(di)殼的(de)運(yun)動，它們從地(di)球的(de)深(shen)處來到地(di)表，蘊藏(zang)在(zai)金(jin)伯利巖中(zhong)，從而被人(ren)類發現(xian)和開采。 雖然(ran)(ran)人(ren)類可以生產出人(ren)造金(jin)剛石(shi)，但質(zhi)量大小還遠遠不(bu)(bu)及天然(ran)(ran)金(jin)剛石(shi)。

人造金剛石

2、應用

人造金剛石不僅可(ke)以加工成價值連城的珠寶，在工業(ye)中也大有可(ke)為。它(ta)硬(ying)度(du)高、耐(nai)磨性好，可(ke)廣泛(fan)用(yong)于切削(xue)、磨削(xue)、鉆探；由于導熱(re)率高、電絕緣性好，可(ke)作為半導體裝置(zhi)的散熱(re)板；它(ta)有優良的透光(guang)性和耐(nai)腐蝕性，在電子工業(ye)中也得到廣泛(fan)應用(yong)。

人造金剛石

1、制造樹脂結合(he)劑磨(mo)具(ju)或研磨(mo)用等

2、制造金屬結合(he)劑磨具(ju)、陶瓷結合(he)劑磨具(ju)或研(yan)磨用(yong)等

3、制造一般(ban)地層地質鉆探鉆頭、半導體(ti)及非金屬材料切(qie)割加工工具等

4、制(zhi)造硬(ying)地(di)層地(di)質鉆頭、修正工具(ju)及非金屬硬(ying)脆性(xing)材料(liao)加工工具(ju)等

5、樹脂、陶瓷(ci)結合劑磨具或研磨等

6、金屬結合劑磨(mo)具、電鍍制品。鉆探工具或研磨(mo)等

7、劇切、鉆(zhan)探及修正(zheng)工(gong)具等

3、發展歷史

18世紀(ji)(ji)末，人(ren)們(men)發現身價高(gao)(gao)貴的(de)金剛石竟然是碳的(de)一種同素異形(xing)體(ti)，從此，制備(bei)人(ren)造金剛石就成為了許(xu)多科學(xue)家的(de)光榮與(yu)夢想。 一個世紀(ji)(ji)以后，石墨 —— 碳的(de)另一種單質形(xing)式(shi)被(bei)發現了，人(ren)們(men)便嘗試模擬自(zi)然過程，讓石墨在超高(gao)(gao)溫高(gao)(gao)壓的(de)環境下轉變成金剛石。為了縮(suo)短反應時間，需要2000℃高(gao)(gao)溫和5.5萬(wan)個大氣壓的(de)特殊條件。

人造金剛石

1955年，美(mei)國通用電氣公(gong)司專門(men)制(zhi)造(zao)了(le)(le)(le)高(gao)(gao)溫(wen)高(gao)(gao)壓(ya)(ya)靜電設備，得到世(shi)界上第一批工(gong)業(ye)用人造(zao)金剛石小(xiao)晶體，從而開(kai)創了(le)(le)(le)工(gong)業(ye)規模生產(chan)人造(zao)金剛石磨料的(de)先河，他(ta)們(men)的(de)年產(chan)量在20噸(dun)左右；不(bu)久，杜邦公(gong)司發明(ming)了(le)(le)(le)爆炸(zha)(zha)法，利用瞬時爆炸(zha)(zha)產(chan)生的(de)高(gao)(gao)壓(ya)(ya)和急(ji)劇升溫(wen)，也獲得了(le)(le)(le)幾毫(hao)米大小(xiao)的(de)人造(zao)金剛石。

金剛(gang)石(shi)薄(bo)(bo)膜的(de)(de)性能(neng)稍遜于(yu)金剛(gang)石(shi)顆(ke)粒，在密度和(he)硬度上(shang)都要(yao)低一些。即便如此，它(ta)的(de)(de)耐磨性也(ye)是(shi)數(shu)一數(shu)二，僅5微米厚的(de)(de)薄(bo)(bo)膜，壽命也(ye)比硬質合金鋼長(chang)10倍以(yi)上(shang)。我們知道(dao)，唱(chang)片的(de)(de)唱(chang)針(zhen)在微小的(de)(de)接觸面上(shang)要(yao)經(jing)受極大的(de)(de)壓力，同時(shi)要(yao)求極長(chang)的(de)(de)耐磨壽命，只要(yao)在針(zhen)尖上(shang)沉積(ji)上(shang)一層金剛(gang)石(shi)薄(bo)(bo)膜，它(ta)就可(ke)以(yi)輕松(song)上(shang)陣了。如果在塑料、玻璃的(de)(de)外面用金剛(gang)石(shi)薄(bo)(bo)膜做耐磨涂層，可(ke)以(yi)大大擴展其用途(tu)，開發性能(neng)優越又經(jing)濟(ji)的(de)(de)產(chan)品。

更重要的(de)是，薄膜(mo)的(de)出現使金石(shi)的(de)應用突破了只能作為切(qie)削工(gong)具的(de)樊籬，使其(qi)優異的(de)熱、電(dian)、聲(sheng)、光性能得以充分發(fa)揮。金剛(gang)石(shi)薄膜(mo)已應用在(zai)半導(dao)體電(dian)子裝(zhuang)置、光學聲(sheng)學裝(zhuang)置、壓力加工(gong)和切(qie)削加工(gong)工(gong)具等(deng)方(fang)面，其(qi)發(fa)展速度驚人(ren)，在(zai)高(gao)科技領域更加誘人(ren)。

用人工方法使(shi)非金(jin)(jin)剛(gang)(gang)(gang)石(shi)(shi)結(jie)(jie)構的(de)碳(tan)轉變為金(jin)(jin)剛(gang)(gang)(gang)石(shi)(shi)結(jie)(jie)構的(de)碳(tan)，并且通過(guo)成核和(he)(he)生長形成單晶和(he)(he)多(duo)晶金(jin)(jin)剛(gang)(gang)(gang)石(shi)(shi)，或把細粒(li)金(jin)(jin)剛(gang)(gang)(gang)石(shi)(shi)在(zai)高(gao)(gao)壓(ya)高(gao)(gao)溫(wen)下燒結(jie)(jie)成多(duo)晶金(jin)(jin)剛(gang)(gang)(gang)石(shi)(shi)。這(zhe)是(shi)高(gao)(gao)壓(ya)研究(jiu)在(zai)生產(chan)上得到(dao)應用的(de)一個重要實例。

人造金剛石產品

從熱力(li)(li)學觀點出發(fa)，決定石墨等非金(jin)剛石結(jie)(jie)構的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)碳質(zhi)原料能(neng)(neng)否(fou)轉(zhuan)變(bian)(bian)(bian)(bian)成(cheng)(cheng)金(jin)剛石的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)相(xiang)變(bian)(bian)(bian)(bian)條件(jian)是后者(zhe)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)自由能(neng)(neng)必須(xu)小(xiao)于(yu)(yu)前(qian)者(zhe)。這(zhe)種(zhong)(zhong)相(xiang)變(bian)(bian)(bian)(bian)過程是在高壓、高溫(wen)或(huo)(huo)者(zhe)還(huan)有其他組(zu)分(fen)參與的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)條件(jian)下(xia)進行的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)。一定的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)壓力(li)(li)、溫(wen)度和組(zu)元濃(nong)度等可以(yi)使系(xi)統(tong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)內(nei)能(neng)(neng)發(fa)生(sheng)(sheng)變(bian)(bian)(bian)(bian)化(hua)(hua)，從而(er)使價電子(zi)(zi)(zi)可處(chu)能(neng)(neng)級(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)統(tong)計權(quan)(quan)重(zhong)(zhong)發(fa)生(sheng)(sheng)相(xiang)應的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)變(bian)(bian)(bian)(bian)化(hua)(hua)。這(zhe)就可能(neng)(neng)出現電子(zi)(zi)(zi)轉(zhuan)移和組(zu)成(cheng)(cheng)新的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)鍵(jian)合(he)狀(zhuang)態(tai)(tai)(tai)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)電子(zi)(zi)(zi)結(jie)(jie)構，即發(fa)生(sheng)(sheng)了相(xiang)變(bian)(bian)(bian)(bian)。如(ru)果系(xi)統(tong)中能(neng)(neng)量變(bian)(bian)(bian)(bian)化(hua)(hua)有利于(yu)(yu)在固(gu)體(ti)中發(fa)生(sheng)(sheng)這(zhe)種(zhong)(zhong)電子(zi)(zi)(zi)結(jie)(jie)構的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)變(bian)(bian)(bian)(bian)化(hua)(hua)，則高壓高溫(wen)相(xiang)變(bian)(bian)(bian)(bian)發(fa)生(sheng)(sheng)在固(gu)態(tai)(tai)(tai)，否(fou)則就可能(neng)(neng)發(fa)生(sheng)(sheng)在熔態(tai)(tai)(tai)或(huo)(huo)汽態(tai)(tai)(tai)。在熔體(ti)中發(fa)生(sheng)(sheng)這(zhe)種(zhong)(zhong)變(bian)(bian)(bian)(bian)化(hua)(hua)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)條件(jian)是，鍵(jian)合(he)特征的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)價電子(zi)(zi)(zi)分(fen)布的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)統(tong)計權(quan)(quan)重(zhong)(zhong)相(xiang)應降低，遠程有序的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)作用(yong)趨于(yu)(yu)消(xiao)失，原子(zi)(zi)(zi)配(pei)位數發(fa)生(sheng)(sheng)變(bian)(bian)(bian)(bian)化(hua)(hua)；而(er)電子(zi)(zi)(zi)處(chu)于(yu)(yu)激(ji)發(fa)態(tai)(tai)(tai)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)統(tong)計權(quan)(quan)重(zhong)(zhong)趨于(yu)(yu)增大(da)，近程有序作用(yong)相(xiang)應增強。氣體(ti)中發(fa)生(sheng)(sheng)這(zhe)種(zhong)(zhong)變(bian)(bian)(bian)(bian)化(hua)(hua)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)條件(jian)是，單(dan)質(zhi)原子(zi)(zi)(zi)間或(huo)(huo)化(hua)(hua)合(he)物的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)鍵(jian)合(he)分(fen)子(zi)(zi)(zi)間的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)電子(zi)(zi)(zi)能(neng)(neng)級(ji)(ji)趨于(yu)(yu)消(xiao)失，所有的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)電子(zi)(zi)(zi)轉(zhuan)移到單(dan)原子(zi)(zi)(zi)或(huo)(huo)分(fen)子(zi)(zi)(zi)能(neng)(neng)級(ji)(ji)上去(qu)，這(zhe)樣，電子(zi)(zi)(zi)處(chu)于(yu)(yu)激(ji)發(fa)態(tai)(tai)(tai)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)統(tong)計權(quan)(quan)重(zhong)(zhong)更(geng)為增大(da)。因(yin)此，人造金(jin)剛石可以(yi)在固(gu)態(tai)(tai)(tai)，也可在熔態(tai)(tai)(tai)和汽態(tai)(tai)(tai)條件(jian)下(xia)進行，這(zhe)取決于(yu)(yu)壓力(li)(li)、溫(wen)度和組(zu)元濃(nong)度等因(yin)素引起(qi)系(xi)統(tong)內(nei)能(neng)(neng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)變(bian)(bian)(bian)(bian)化(hua)(hua)情況。從動力(li)(li)學觀點出發(fa)，還(huan)要求石墨等碳質(zhi)原料轉(zhuan)變(bian)(bian)(bian)(bian)成(cheng)(cheng)金(jin)剛石時具有適當的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)轉(zhuan)變(bian)(bian)(bian)(bian)速率(lv)。在金(jin)剛石成(cheng)(cheng)核率(lv)和生(sheng)(sheng)長速率(lv)同時處(chu)于(yu)(yu)極大(da)值(zhi)時的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)相(xiang)變(bian)(bian)(bian)(bian)速率(lv)最(zui)大(da)。

自18世(shi)紀證實了(le)金(jin)(jin)剛(gang)石(shi)(shi)是由純碳組成的(de)(de)(de)(de)(de)以后(hou)，就開始了(le)對人(ren)造(zao)金(jin)(jin)剛(gang)石(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)研究，只是在20世(shi)紀50年代通(tong)過高(gao)壓(ya)(ya)研究和高(gao)壓(ya)(ya)實驗(yan)技(ji)術(shu)的(de)(de)(de)(de)(de)進展，才獲得(de)真正的(de)(de)(de)(de)(de)成功(gong)和迅速的(de)(de)(de)(de)(de)發展。人(ren)造(zao)金(jin)(jin)剛(gang)石(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)具(ju)體方法(fa)多達(da)十幾種。按(an)所用技(ji)術(shu)的(de)(de)(de)(de)(de)特點可(ke)歸(gui)納(na)為(wei)(wei)靜(jing)壓(ya)(ya)、動壓(ya)(ya)和低(di)壓(ya)(ya)等三(san)種方法(fa)。按(an)金(jin)(jin)剛(gang)石(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)形(xing)成特點可(ke)歸(gui)納(na)為(wei)(wei)直接、熔媒和外延等三(san)類(lei)方法(fa)。圖表示(shi)碳的(de)(de)(de)(de)(de)壓(ya)(ya)力-溫度（□-□）相圖和三(san)種方法(fa)人(ren)造(zao)金(jin)(jin)剛(gang)石(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)實驗(yan)區。1區為(wei)(wei)直接法(fa)人(ren)造(zao)金(jin)(jin)剛(gang)石(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)實驗(yan)區，2區為(wei)(wei)熔媒法(fa)人(ren)造(zao)金(jin)(jin)剛(gang)石(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)實驗(yan)區，3區為(wei)(wei)外延法(fa)人(ren)造(zao)金(jin)(jin)剛(gang)石(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)實驗(yan)區。

4、制造方法

直接法

人造金(jin)(jin)剛(gang)石或利用瞬時靜態(tai)超(chao)高(gao)壓高(gao)溫技術(shu)，或動態(tai)超(chao)高(gao)壓高(gao)溫技術(shu)，或兩者(zhe)的(de)(de)混合技術(shu)，使石墨(mo)等(deng)碳質原(yuan)料從(cong)固(gu)態(tai)或熔融態(tai)直接(jie)轉變成金(jin)(jin)剛(gang)石，這種方(fang)法(fa)得到(dao)的(de)(de)金(jin)(jin)剛(gang)石是微米尺寸的(de)(de)多晶粉末。

熔媒法

人(ren)造金(jin)(jin)剛(gang)石(shi)用(yong)(yong)靜態(tai)超高(gao)壓(ya)(ya)(50～100kb，即(ji)5～10GPa) 和高(gao)溫(1100～3000°C)技術(shu)(shu)通過(guo)(guo)石(shi)墨等碳(tan)質原料和某些金(jin)(jin)屬（合(he)金(jin)(jin)）反應(ying)生(sheng)成金(jin)(jin)剛(gang)石(shi)，其典型(xing)晶(jing)(jing)態(tai)為立方(fang)(fang)體(ti)(六面(mian)體(ti))、八面(mian)體(ti)和六-八面(mian)體(ti)以及它們的(de)(de)過(guo)(guo)渡(du)形態(tai)。在工業上(shang)顯(xian)出(chu)重要應(ying)用(yong)(yong)價值的(de)(de)主要是靜壓(ya)(ya)熔媒法(fa)(fa)。采用(yong)(yong)這(zhe)種方(fang)(fang)法(fa)(fa)得(de)到的(de)(de)磨料級人(ren)造金(jin)(jin)剛(gang)石(shi)的(de)(de)產量(liang)已超過(guo)(guo)天(tian)然(ran)金(jin)(jin)剛(gang)石(shi)，有待進(jin)一步解決的(de)(de)問題(ti)是增(zeng)大粗粒(li)比，提(ti)高(gao)轉化率和改(gai)善(shan)晶(jing)(jing)體(ti)質量(liang)。目前正在實驗室中用(yong)(yong)靜壓(ya)(ya)熔媒法(fa)(fa)研(yan)究(jiu)優質大顆(ke)粒(li)單晶(jing)(jing)金(jin)(jin)剛(gang)石(shi)的(de)(de)形成。加晶(jing)(jing)種外延(yan)生(sheng)長(chang)法(fa)(fa)曾得(de)到重1克拉左右(you)的(de)(de)大單晶(jing)(jing);用(yong)(yong)一般試驗技術(shu)(shu)略加改(gai)進(jin)后(hou)，曾得(de)到2～4毫(hao)米左右(you)的(de)(de)晶(jing)(jing)體(ti)。采用(yong)(yong)這(zhe)種方(fang)(fang)法(fa)(fa)還生(sheng)長(chang)和燒結出(chu)大顆(ke)粒(li)多晶(jing)(jing)金(jin)(jin)剛(gang)石(shi)，后(hou)者在工業上(shang)已獲得(de)一定(ding)的(de)(de)應(ying)用(yong)(yong)，其關鍵問題(ti)在于進(jin)一步提(ti)高(gao)這(zhe)種多晶(jing)(jing)金(jin)(jin)剛(gang)石(shi)的(de)(de)抗壓(ya)(ya)強(qiang)度、抗沖擊強(qiang)度、耐磨性和耐熱性等綜合(he)性能。

外延法

人造金剛(gang)(gang)石是利用(yong)熱解(jie)和電解(jie)某(mou)些含(han)碳物質時(shi)析出的碳源在金剛(gang)(gang)石晶種(zhong)或某(mou)些起(qi)基底作用(yong)的物質上進行外延生(sheng)長(chang)而成的。

武茲反應法

讓(rang)四(si)氯(lv)化碳和鈉在700℃反應(ying)，生成(cheng)金剛石(shi)。但(dan)是同時會生成(cheng)大量的(de)石(shi)墨。

形成機制

主要有下(xia)述幾種(zhong)學說：溶(rong)劑(ji)(ji)(ji)學說認為所用(yong)金(jin)屬(合金(jin))起著碳的(de)溶(rong)劑(ji)(ji)(ji)作用(yong)；催(cui)化(hua)學說則認為是一(yi)種(zhong)催(cui)化(hua)劑(ji)(ji)(ji)；固相(xiang)轉變(bian)學說則強調石墨晶體(ti)(ti)無需斷鍵解體(ti)(ti)，經過簡單(dan)形變(bian)就形成(cheng)金(jin)剛(gang)石晶體(ti)(ti)。但這三(san)種(zhong)典型(xing)學說所提出(chu)模(mo)型(xing)往往同(tong)一(yi)些主要實驗現象和規律相(xiang)矛盾。因此，出(chu)現了(le)溶(rong)劑(ji)(ji)(ji)-催(cui)化(hua)劑(ji)(ji)(ji)、催(cui)化(hua)劑(ji)(ji)(ji)-溶(rong)劑(ji)(ji)(ji)、熔（溶(rong)）劑(ji)(ji)(ji)-觸媒（簡稱為熔媒）等學說進一(yi)步探討所用(yong)金(jin)屬（合金(jin)）的(de)作用(yong)。總(zong)的(de)說來(lai)，人造金(jin)剛(gang)石的(de)形成(cheng)機制尚(shang)是一(yi)個仍在(zai)探討中的(de)復雜問題(ti)。

5、案例

媛石

2010年12月，日本科(ke)學家成(cheng)功合成(cheng)了世界上最(zui)堅硬的金(jin)剛(gang)石，其直(zhi)徑(jing)超過1厘米，與其合作的公司稱力爭(zheng)最(zui)快投產。

圓柱形的“媛石”

這種圓柱(zhu)形(xing)的金(jin)剛石是日本愛(ai)媛大學研究(jiu)人(ren)員(yuan)與住友電器工業公司合作的成果，被(bei)命名為“媛石”，取自“愛(ai)媛”。

研(yan)究人員入船哲男(nan)介紹說，媛(yuan)石(shi)(shi)(shi)(shi)是目前世界上最堅硬的(de)人工(gong)金(jin)剛(gang)石(shi)(shi)(shi)(shi)，比(bi)普通金(jin)剛(gang)石(shi)(shi)(shi)(shi)堅硬很多，因此可以(yi)應用(yong)于(yu)諸多工(gong)業活(huo)動當中。“媛(yuan)石(shi)(shi)(shi)(shi)可以(yi)幫助人們(men)進一步了解在地(di)球深處高壓高溫條件下形成的(de)碳元素單質晶(jing)體；同時，作為一種工(gong)業用(yong)品，它的(de)壽(shou)命也比(bi)普通金(jin)剛(gang)石(shi)(shi)(shi)(shi)長好幾倍。”

6、其它相關

微波法

葉臘石模具的(de)干燥

采用(yong)微波輥(gun)道窯(yao)與專用(yong)微波加熱工藝，對葉蠟石(shi)模具(ju)進行干(gan)燥(zao)、焙(bei)燒。與常(chang)規電加熱方式相比，可(ke)顯著提(ti)升模具(ju)的一(yi)致性(xing)及其整體品質，生產效率(lv)提(ti)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(cai)用(yong)微(wei)波(bo)推板窯(yao)與微(wei)波(bo)低(di)氫（氮氫混(hun)合(he)氣(qi)(qi)）還原(yuan)工藝(yi)，對石墨加觸媒(mei)顆(ke)粒料進行焙燒還原(yuan)。與常規電加熱高(gao)純氫氣(qi)(qi)還原(yuan)工藝(yi)相比(bi)，可(ke)大幅(fu)降低(di)還原(yuan)氣(qi)(qi)體的(de)費(fei)用(yong)，同時消除爆(bao)炸隱患，確保安全生產；產品一致性好，品質穩定，還原(yuan)后(hou)的(de)氧含量可(ke)控制在60ppm以(yi)下；實現(xian)連(lian)續化生產，工藝(yi)周期(qi)縮短，生產效率成倍提高(gao)，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

采用(yong)微波輥(gun)道(dao)窯與專用(yong)微波氧(yang)化工藝，對(dui)人造(zao)金(jin)剛石(shi)中的殘余(yu)石(shi)墨進行(xing)氧(yang)化焙燒(shao)。與常規(gui)酸洗工藝相(xiang)比，可(ke)提升金(jin)剛石(shi)品質(zhi)，提高生產(chan)效率(lv)，顯著(zhu)改善生產(chan)環境，無污染排(pai)放(fang)。

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(shi)干燥窯或(huo)干燥房進行人造金剛石的干燥。與常規(gui)電熱或(huo)燃氣干燥方式(shi)相比，干燥快速、均勻(yun)，大幅提(ti)高生(sheng)產效率，并顯著(zhu)節能。

河南某著名人造金剛石生產商應用對比表

發明背景

法國化學家享利(li)·莫瓦桑〔Ferdinand Frederic Henri Moissan， 1852－ 1907）在(zai)電(dian)鍍制(zhi)取最活(huo)潑的(de)非金屬而又毒性很(hen)大(da)的(de)氟，以及發明高(gao)溫電(dian)爐并(bing)熔(rong)煉鎢(wu)、鈦、鉬，釩(fan)等高(gao)熔(rong)點金屬方面(mian)，做(zuo)出了很(hen)大(da)的(de)貢(gong)獻(xian)，表現了艱(jian)苦卓(zhuo)絕(jue)的(de)科(ke)學探(tan)索精神(shen)。成為(wei)著名的(de)科(ke)學家。

晶(jing)瑩(ying)透明(ming)(ming)、硬(ying)度(du)第一的(de)金(jin)剛(gang)石(shi)(shi)(shi)(shi)，特別惹人(ren)喜愛。如經(jing)工匠(jiang)琢磨(mo)成(cheng)鉆(zhan)石(shi)(shi)(shi)(shi)，更是(shi)世間奇珍(zhen)異寶，人(ren)類雖然(ran)在(zai)五千年前就從(cong)自(zi)然(ran)界獲取了金(jin)剛(gang)石(shi)(shi)(shi)(shi)，但(dan)一直不知(zhi)道它是(shi)由什么元素(su)構成(cheng)的(de)。直到1704年，英國(guo)科(ke)學家(jia)牛頓才(cai)證明(ming)(ming)了金(jin)剛(gang)石(shi)(shi)(shi)(shi)具有可燃性(xing)。以(yi)后(hou)又經(jing)法(fa)國(guo)科(ke)學家(jia)拉瓦(wa)錫（1792年）、英國(guo)科(ke)學家(jia)騰南脫（1797年），用實驗證明(ming)(ming)了金(jin)剛(gang)石(shi)(shi)(shi)(shi)和石(shi)(shi)(shi)(shi)墨是(shi)碳(tan)的(de)同素(su)異形體，這(zhe)才(cai)弄清楚金(jin)剛(gang)石(shi)(shi)(shi)(shi)是(shi)由純凈的(de)碳(tan)組成(cheng)的(de)。1799年，法(fa)國(guo)化(hua)(hua)學家(jia)摩爾沃把(ba)一顆金(jin)剛(gang)石(shi)(shi)(shi)(shi)轉變為(wei)石(shi)(shi)(shi)(shi)墨。這(zhe)激(ji)發了人(ren)們的(de)逆向(xiang)思維，能不能把(ba)石(shi)(shi)(shi)(shi)墨轉化(hua)(hua)成(cheng)金(jin)剛(gang)石(shi)(shi)(shi)(shi)呢？自(zi)此以(yi)后(hou)，人(ren)們對于怎樣把(ba)石(shi)(shi)(shi)(shi)墨轉化(hua)(hua)為(wei)金(jin)剛(gang)石(shi)(shi)(shi)(shi)，表現(xian)了極大的(de)興(xing)趣。

誰(shui)能獲得這致(zhi)人巨富的“點石成(cheng)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(zao)金剛石成功了！”欣喜若狂的(de)莫瓦桑一再向(xiang)報(bao)界宣傳(chuan)他的(de)重大科研成果。這使本來因研制氟和高溫電(dian)爐而(er)著名的(de)莫瓦桑，更加 名噪一時(shi)。

1906年評(ping)選(xuan)諾貝爾化學(xue)獎時，極富盛名(ming)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)莫瓦(wa)桑(sang)(sang)成(cheng)(cheng)了候選(xuan)人(ren)。而(er)另一(yi)個(ge)候選(xuan)人(ren)便是以發(fa)現元素同期(qi)律，并排布元素周期(qi)表，預言與(yu)指導(dao)發(fa)現新元素的(de)(de)(de)(de)(de)(de)俄羅斯科(ke)(ke)(ke)學(xue)家門捷(jie)列(lie)(lie)夫(fu)。當時瑞典科(ke)(ke)(ke)學(xue)院化學(xue)分部投票表決時，10名(ming)委(wei)員中有(you)5名(ming)投莫瓦(wa)桑(sang)(sang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)票，4票贊成(cheng)(cheng)門捷(jie)列(lie)(lie)夫(fu)， l票棄(qi)權。結果(guo)莫瓦(wa)桑(sang)(sang)以一(yi)票的(de)(de)(de)(de)(de)(de)優(you)勢而(er)獲獎。雖然，莫氏確有(you)重(zhong)(zhong)大(da)科(ke)(ke)(ke)研成(cheng)(cheng)果(guo)。但是，相(xiang)對于做出時代里程碑式貢獻(xian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)門捷(jie)列(lie)(lie)夫(fu)來(lai)說，一(yi)為個(ge)別的(de)(de)(de)(de)(de)(de)，一(yi)為全局性的(de)(de)(de)(de)(de)(de)；一(yi)為重(zhong)(zhong)大(da)成(cheng)(cheng)果(guo)，一(yi)為恩(en)格斯所贊譽的(de)(de)(de)(de)(de)(de)“完成(cheng)(cheng)了科(ke)(ke)(ke)學(xue)上的(de)(de)(de)(de)(de)(de)一(yi)個(ge)勛(xun)業，這(zhe)個(ge)勛(xun)業可(ke)(ke)以和(he)勒維烈計算(suan)尚未知道的(de)(de)(de)(de)(de)(de)行星海(hai)王星的(de)(de)(de)(de)(de)(de)軌(gui)道的(de)(de)(de)(de)(de)(de)勛(xun)業相(xiang)媲美(mei)。”當年的(de)(de)(de)(de)(de)(de)諾貝爾化學(xue)獎頒發(fa)給(gei)門捷(jie)列(lie)(lie)夫(fu)，應是歷史的(de)(de)(de)(de)(de)(de)必然!可(ke)(ke)是卻給(gei)予了名(ming)噪歐洲的(de)(de)(de)(de)(de)(de)莫瓦(wa)桑(sang)(sang)。1907年門捷(jie)列(lie)(lie)夫(fu)和(he)莫瓦(wa)桑(sang)(sang)都(dou)相(xiang)繼(ji)逝世了。可(ke)(ke)是門捷(jie)列(lie)(lie)夫(fu)卻失掉了再被評(ping)選(xuan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)可(ke)(ke)能(neng)，這(zhe)不(bu)能(neng)不(bu)說諾貝爾頒獎歷史上的(de)(de)(de)(de)(de)(de)一(yi)大(da)遺(yi)憾(han)！

話又得說回來(lai)。1906年瑞典(dian)諾貝爾(er)基(ji)金(jin)(jin)會宣布(bu)，把相當于10萬法郎(lang)的(de)獎金(jin)(jin)授給莫瓦桑(sang)，是“為了(le)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)發明了(le)莫氏(shi)電爐，”證書(shu)上只字未提(ti)人(ren)造金(jin)(jin)剛石的(de)事，但莫瓦桑(sang)在領獎致答詞時，卻一再強調(diao)他(ta)合成(cheng)人(ren)造金(jin)(jin)剛石的(de)創舉(ju)。

成(cheng)功(gong)的科(ke)學實驗的第一特征是可(ke)重現性。 然而，莫瓦桑“成(cheng)功(gong)”的人(ren)造金剛石試驗，卻只做了一次(ci)，他本人(ren)再也沒做第二次(ci)，卻浸沉在“成(cheng)功(gong)“的盛名(ming)之中。

由(you)于(yu)金(jin)(jin)剛(gang)(gang)石(shi)(shi)(shi)具有(you)巨大的(de)(de)商業(ye)利潤和工業(ye)價值(zhi)，不(bu)少的(de)(de)公司、企業(ye)集(ji)團(tuan)紛(fen)(fen)紛(fen)(fen)組織科學(xue)家重(zhong)　復(fu)莫(mo)氏(shi)的(de)(de)合成金(jin)(jin)剛(gang)(gang)石(shi)(shi)(shi)試(shi)驗(yan)，希望把(ba)科研成果轉(zhuan)化為工業(ye)生(sheng)產，但(dan)卻沒(mei)有(you)一個(ge)成功(gong)。這就迫使一些(xie)人直接(jie)登門找莫(mo)瓦桑(sang)遺孀了(le)解莫(mo)氏(shi)的(de)(de)試(shi)驗(yan)情況。經查(cha)明，那(nei)次(ci)(ci)成功(gong)的(de)(de)人造金(jin)(jin)剛(gang)(gang)石(shi)(shi)(shi)試(shi)驗(yan)，是(shi)(shi)(shi)(shi)由(you)于(yu)莫(mo)氏(shi)生(sheng)前的(de)(de)助手(shou)對反復(fu)無休(xiu)止的(de)(de)試(shi)驗(yan)感到厭煩，但(dan)又無法勸阻他不(bu)再做(zuo)了(le)，迫于(yu)無奈便俏(qiao)俏(qiao)的(de)(de)把(ba)實(shi)驗(yan)室中的(de)(de)一顆(ke)天然(ran)金(jin)(jin)剛(gang)(gang)石(shi)(shi)(shi)混跡到實(shi)驗(yan)中去，這便是(shi)(shi)(shi)(shi)那(nei)顆(ke)被譽為“攝政(zheng)王(wang)”的(de)(de)真面目了(le)。到頭來，莫(mo)瓦桑(sang)的(de)(de)人造金(jin)(jin)剛(gang)(gang)石(shi)(shi)(shi)，仍然(ran)是(shi)(shi)(shi)(shi)“希望之(zhi)星”，對這件事，當然(ran)不(bu)能說莫(mo)氏(shi)有(you)意作偽騙人，但(dan)是(shi)(shi)(shi)(shi)，莫(mo)氏(shi)沒(mei)有(you)重(zhong)復(fu)的(de)(de)做(zuo)出成功(gong)的(de)(de)第二(er)次(ci)(ci)、第三(san)次(ci)(ci)實(shi)驗(yan)，卻律(lv)津樂道，陶醉于(yu)盛名，卻不(bu)能不(bu)說是(shi)(shi)(shi)(shi)科學(xue)家不(bu)應(ying)有(you)的(de)(de)過失。

實事求是他(ta)說，在那個時代，人造金剛石只(zhi)能是“希(xi)望之星”。

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？
熱力學(xue)(xue)只能(neng)判(pan)斷反(fan)應(ying)進行的(de)可(ke)能(neng)性(xing)(xing)，要(yao)使(shi)可(ke)能(neng)性(xing)(xing)變為現實性(xing)(xing)，化(hua)學(xue)(xue)家(jia)還需考(kao)慮動力學(xue)(xue)問(wen)題。如在室溫和40萬個(ge)大氣壓(ya)下，石墨的(de)轉化(hua)速(su)(su)(su)(su)度(du)(du)緩慢到難以察覺。因此速(su)(su)(su)(su)度(du)(du)問(wen)題。愛(ai)林等(deng)根據反(fan)應(ying)速(su)(su)(su)(su)度(du)(du)理論(lun)推導(dao)得出(chu)了轉化(hua)過程中溫度(du)(du)和壓(ya)力對轉變速(su)(su)(su)(su)度(du)(du)的(de)關系式。于是可(ke)知增壓(ya)是降(jiang)低反(fan)應(ying)速(su)(su)(su)(su)度(du)(du)的(de)，而高(gao)溫自然是提高(gao)反(fan)應(ying)速(su)(su)(su)(su)度(du)(du)的(de)。

綜合起來看(kan)，由熱(re)(re)力(li)學來看(kan)，高(gao)(gao)溫(wen)不利(li)于(yu)金(jin)剛(gang)石的(de)熱(re)(re)力(li)學穩定性，要(yao)使金(jin)剛(gang)石在高(gao)(gao)溫(wen)下仍具有熱(re)(re)力(li)學穩定性，必須相應(ying)地高(gao)(gao)壓。而從(cong)動力(li)學來看(kan)，力(li)求高(gao)(gao)溫(wen)才有利(li)于(yu)反應(ying)速度，高(gao)(gao)壓反而減速。因此(ci)，尋求適宜(yi)的(de)轉化條件，應(ying)是兼(jian)顧(gu)二者，使高(gao)(gao)溫(wen)與(yu)高(gao)(gao)壓匹配。此(ci)外還需(xu)特定的(de)溶(rong)劑(ji)(ji)，使石墨晶(jing)格中(zhong)的(de)碳原子先溶(rong)解，然后在變更(geng)外界條件下，再使碳原子從(cong)溶(rong)劑(ji)(ji)中(zhong)析出結(jie)晶(jing)形成正四面體晶(jing)格。已經知(zhi)道硫化亞鐵(tie)、鐵(tie)以及一些過渡金(jin)屬可(ke)做溶(rong)劑(ji)(ji)。

從(cong)實驗(yan)條件(jian)方面來(lai)說(shuo)，必(bi)須提(ti)供能夠(gou)產生高壓的裝置和耐(nai)高溫、耐(nai)高壓的設備。1946年，諾貝爾(er)獎頒給(gei)美國(guo)科(ke)學家(jia)布(bu)里奇曼教授，原因(yin)是他發明了達到極高壓力的裝置，以及在高壓物(wu)理領(ling)域內所作出的一(yi)些重要發現(xian)。至此，人造金剛(gang)石才具(ju)備了可能性(xing)。

1955年，美國(guo)科學(xue)家霍爾(er)等在(zai)1650℃和(he)95000個(ge)大氣(qi)壓下，合成了金剛(gang)石(shi)(shi)。并在(zai)類(lei)似的(de)條(tiao)件(jian)下重(zhong)復多次(ci)亦獲成功，產品經各(ge)種物理的(de)、化學(xue)的(de)檢測，確證為金剛(gang)石(shi)(shi)。這是(shi)人(ren)類(lei)歷(li)史上第(di)一次(ci)合成人(ren)造金剛(gang)石(shi)(shi)成功，然而，這已是(shi)莫(mo)瓦桑宣稱(cheng)“成功”的(de)62年以(yi)后，莫(mo)氏逝(shi)世近半個(ge)世紀以(yi)后的(de)事了。