人造金(jin)剛石(shi)是(shi)什么(me) 人造金(jin)剛石(shi)生(sheng)產(chan)工(gong)藝(yi)

1、定義

鉆(zhan)石(shi)，是珠寶中的(de)(de)貴(gui)族，它通明剔透，散發著清冷高(gao)貴(gui)的(de)(de)光輝，頗有“出(chu)淤泥而(er)不染(ran)”的(de)(de)氣質(zhi)。鉆(zhan)石(shi)亦被稱為(wei)(wei)金(jin)剛石(shi)，因為(wei)(wei)它是自(zi)然(ran)(ran)界(jie)最(zui)堅硬無比的(de)(de)物質(zhi)，摩(mo)(mo)氏硬度(du)10，新(xin)摩(mo)(mo)氏硬度(du)15，顯微硬度(du)10000kg/mm2，顯微硬度(du)比石(shi)英(ying)高(gao)1000倍(bei)，比剛玉高(gao)150倍(bei)。它的(de)(de)形成(cheng)和(he)發現(xian)極為(wei)(wei)不易，它是碳在(zai)地(di)球(qiu)深部高(gao)溫高(gao)壓的(de)(de)特殊條件下(xia)歷(li)經億萬年的(de)(de)“苦(ku)修”轉化(hua)而(er)成(cheng)的(de)(de)，由于地(di)殼的(de)(de)運動，它們從地(di)球(qiu)的(de)(de)深處(chu)來到地(di)表，蘊藏(zang)在(zai)金(jin)伯利巖中，從而(er)被人類發現(xian)和(he)開(kai)采。 雖然(ran)(ran)人類可以生(sheng)產出(chu)人造金(jin)剛石(shi)，但質(zhi)量大小還遠(yuan)遠(yuan)不及天(tian)然(ran)(ran)金(jin)剛石(shi)。

人造金剛石

2、應用

人造金剛石不僅(jin)可(ke)以加工(gong)成價值連(lian)城的珠寶(bao)，在工(gong)業中(zhong)也大有可(ke)為。它硬度(du)高、耐磨性好(hao)，可(ke)廣(guang)泛用于切削(xue)、磨削(xue)、鉆探；由(you)于導(dao)熱(re)率高、電(dian)絕緣(yuan)性好(hao)，可(ke)作為半導(dao)體裝置(zhi)的散(san)熱(re)板(ban)；它有優良(liang)的透光性和耐腐(fu)蝕性，在電(dian)子工(gong)業中(zhong)也得(de)到廣(guang)泛應(ying)用。

人造金剛石

1、制造樹(shu)脂結合劑(ji)磨(mo)具或研磨(mo)用(yong)等

2、制造(zao)金屬結合劑磨(mo)具、陶瓷結合劑磨(mo)具或研(yan)磨(mo)用等

3、制(zhi)造一般地層地質鉆探鉆頭、半導體(ti)及非金屬材料切割加工工具等(deng)

4、制(zhi)造硬(ying)地層地質鉆頭、修正工(gong)具及非金屬硬(ying)脆(cui)性材料加(jia)工(gong)工(gong)具等

5、樹脂、陶瓷結合(he)劑磨(mo)具或研(yan)磨(mo)等

6、金屬結合(he)劑(ji)磨(mo)具(ju)、電鍍制品。鉆探工具(ju)或研磨(mo)等

7、劇切(qie)、鉆探及修正工具等

3、發展歷史

18世(shi)紀末，人們發現身(shen)價(jia)高(gao)貴(gui)的金(jin)剛石(shi)竟然(ran)是碳(tan)的一(yi)種(zhong)同素異形(xing)體，從此，制(zhi)備人造金(jin)剛石(shi)就成為了許多科學家的光榮(rong)與夢想。 一(yi)個世(shi)紀以后，石(shi)墨 —— 碳(tan)的另一(yi)種(zhong)單質形(xing)式被發現了，人們便嘗試模擬自然(ran)過程，讓石(shi)墨在超高(gao)溫高(gao)壓的環境(jing)下轉變成金(jin)剛石(shi)。為了縮(suo)短反(fan)應時間，需要(yao)2000℃高(gao)溫和5.5萬個大(da)氣壓的特殊條件(jian)。

人造金剛石

1955年，美(mei)國通(tong)用(yong)電氣(qi)公司專門制造了(le)(le)高(gao)溫(wen)高(gao)壓靜(jing)電設備，得到世界上第一批(pi)工(gong)業用(yong)人造金剛石(shi)(shi)小晶體，從而(er)開(kai)創了(le)(le)工(gong)業規模(mo)生產(chan)人造金剛石(shi)(shi)磨料的(de)先(xian)河(he)，他們的(de)年產(chan)量在20噸左右；不久，杜邦(bang)公司發明了(le)(le)爆炸法，利用(yong)瞬時爆炸產(chan)生的(de)高(gao)壓和急(ji)劇升(sheng)溫(wen)，也獲得了(le)(le)幾毫(hao)米大小的(de)人造金剛石(shi)(shi)。

金(jin)(jin)剛石薄膜(mo)的(de)(de)(de)性(xing)能稍遜(xun)于金(jin)(jin)剛石顆(ke)粒(li)，在密度和硬度上都要低(di)一些。即(ji)便如(ru)此(ci)，它的(de)(de)(de)耐磨(mo)性(xing)也是數(shu)一數(shu)二，僅5微米(mi)厚的(de)(de)(de)薄膜(mo)，壽命(ming)也比硬質合金(jin)(jin)鋼(gang)長(chang)10倍(bei)以(yi)上。我們知道，唱(chang)片的(de)(de)(de)唱(chang)針(zhen)在微小的(de)(de)(de)接觸(chu)面上要經受極大(da)的(de)(de)(de)壓力，同時要求極長(chang)的(de)(de)(de)耐磨(mo)壽命(ming)，只要在針(zhen)尖(jian)上沉積上一層(ceng)金(jin)(jin)剛石薄膜(mo)，它就可(ke)以(yi)輕松上陣了。如(ru)果(guo)在塑料、玻璃的(de)(de)(de)外面用(yong)金(jin)(jin)剛石薄膜(mo)做耐磨(mo)涂層(ceng)，可(ke)以(yi)大(da)大(da)擴展其(qi)用(yong)途，開發性(xing)能優(you)越(yue)又經濟的(de)(de)(de)產品(pin)。

更(geng)重要的是，薄膜的出現使金(jin)石(shi)的應(ying)用(yong)突破(po)了只能(neng)(neng)作為切削(xue)工(gong)具的樊籬，使其優(you)異(yi)的熱、電、聲(sheng)、光性能(neng)(neng)得以充(chong)分發(fa)揮。金(jin)剛石(shi)薄膜已應(ying)用(yong)在半導體(ti)電子裝置、光學聲(sheng)學裝置、壓力加(jia)工(gong)和切削(xue)加(jia)工(gong)工(gong)具等方面(mian)，其發(fa)展(zhan)速度(du)驚人，在高科(ke)技領域更(geng)加(jia)誘人。

用(yong)人(ren)工方法使非金(jin)(jin)剛(gang)石結(jie)構的碳轉(zhuan)變為金(jin)(jin)剛(gang)石結(jie)構的碳，并且通(tong)過成核和生(sheng)長形成單(dan)晶(jing)和多(duo)晶(jing)金(jin)(jin)剛(gang)石，或把細(xi)粒金(jin)(jin)剛(gang)石在(zai)高(gao)壓(ya)高(gao)溫下燒結(jie)成多(duo)晶(jing)金(jin)(jin)剛(gang)石。這是(shi)高(gao)壓(ya)研究在(zai)生(sheng)產上得到應用(yong)的一(yi)個重要(yao)實例。

人造金剛石產品

從熱力(li)學觀點出發(fa)(fa)(fa)(fa)，決(jue)定石(shi)(shi)墨(mo)等(deng)(deng)非(fei)金(jin)剛石(shi)(shi)結構的(de)(de)(de)碳質(zhi)原(yuan)料能(neng)(neng)(neng)(neng)否轉(zhuan)(zhuan)變(bian)(bian)成(cheng)金(jin)剛石(shi)(shi)的(de)(de)(de)相變(bian)(bian)條件(jian)是(shi)后者的(de)(de)(de)自(zi)由能(neng)(neng)(neng)(neng)必須小于(yu)前者。這(zhe)(zhe)種(zhong)相變(bian)(bian)過程(cheng)(cheng)是(shi)在(zai)(zai)高壓(ya)、高溫或者還(huan)有(you)其他(ta)組(zu)分參與的(de)(de)(de)條件(jian)下(xia)進(jin)行的(de)(de)(de)。一定的(de)(de)(de)壓(ya)力(li)、溫度和組(zu)元濃(nong)度等(deng)(deng)可(ke)(ke)以使(shi)系(xi)統(tong)的(de)(de)(de)內能(neng)(neng)(neng)(neng)發(fa)(fa)(fa)(fa)生(sheng)(sheng)(sheng)變(bian)(bian)化(hua)(hua)，從而(er)使(shi)價(jia)(jia)電(dian)子(zi)(zi)(zi)可(ke)(ke)處能(neng)(neng)(neng)(neng)級(ji)的(de)(de)(de)統(tong)計(ji)權重發(fa)(fa)(fa)(fa)生(sheng)(sheng)(sheng)相應的(de)(de)(de)變(bian)(bian)化(hua)(hua)。這(zhe)(zhe)就可(ke)(ke)能(neng)(neng)(neng)(neng)出現電(dian)子(zi)(zi)(zi)轉(zhuan)(zhuan)移和組(zu)成(cheng)新的(de)(de)(de)鍵合(he)狀(zhuang)態(tai)(tai)(tai)的(de)(de)(de)電(dian)子(zi)(zi)(zi)結構，即發(fa)(fa)(fa)(fa)生(sheng)(sheng)(sheng)了相變(bian)(bian)。如(ru)果系(xi)統(tong)中(zhong)能(neng)(neng)(neng)(neng)量變(bian)(bian)化(hua)(hua)有(you)利于(yu)在(zai)(zai)固體(ti)中(zhong)發(fa)(fa)(fa)(fa)生(sheng)(sheng)(sheng)這(zhe)(zhe)種(zhong)電(dian)子(zi)(zi)(zi)結構的(de)(de)(de)變(bian)(bian)化(hua)(hua)，則高壓(ya)高溫相變(bian)(bian)發(fa)(fa)(fa)(fa)生(sheng)(sheng)(sheng)在(zai)(zai)固態(tai)(tai)(tai)，否則就可(ke)(ke)能(neng)(neng)(neng)(neng)發(fa)(fa)(fa)(fa)生(sheng)(sheng)(sheng)在(zai)(zai)熔(rong)態(tai)(tai)(tai)或汽態(tai)(tai)(tai)。在(zai)(zai)熔(rong)體(ti)中(zhong)發(fa)(fa)(fa)(fa)生(sheng)(sheng)(sheng)這(zhe)(zhe)種(zhong)變(bian)(bian)化(hua)(hua)的(de)(de)(de)條件(jian)是(shi)，鍵合(he)特征的(de)(de)(de)價(jia)(jia)電(dian)子(zi)(zi)(zi)分布的(de)(de)(de)統(tong)計(ji)權重相應降低，遠程(cheng)(cheng)有(you)序(xu)的(de)(de)(de)作用(yong)趨于(yu)消失，原(yuan)子(zi)(zi)(zi)配位數發(fa)(fa)(fa)(fa)生(sheng)(sheng)(sheng)變(bian)(bian)化(hua)(hua)；而(er)電(dian)子(zi)(zi)(zi)處于(yu)激(ji)發(fa)(fa)(fa)(fa)態(tai)(tai)(tai)的(de)(de)(de)統(tong)計(ji)權重趨于(yu)增大，近程(cheng)(cheng)有(you)序(xu)作用(yong)相應增強。氣體(ti)中(zhong)發(fa)(fa)(fa)(fa)生(sheng)(sheng)(sheng)這(zhe)(zhe)種(zhong)變(bian)(bian)化(hua)(hua)的(de)(de)(de)條件(jian)是(shi)，單(dan)質(zhi)原(yuan)子(zi)(zi)(zi)間或化(hua)(hua)合(he)物(wu)的(de)(de)(de)鍵合(he)分子(zi)(zi)(zi)間的(de)(de)(de)電(dian)子(zi)(zi)(zi)能(neng)(neng)(neng)(neng)級(ji)趨于(yu)消失，所有(you)的(de)(de)(de)電(dian)子(zi)(zi)(zi)轉(zhuan)(zhuan)移到單(dan)原(yuan)子(zi)(zi)(zi)或分子(zi)(zi)(zi)能(neng)(neng)(neng)(neng)級(ji)上去，這(zhe)(zhe)樣(yang)，電(dian)子(zi)(zi)(zi)處于(yu)激(ji)發(fa)(fa)(fa)(fa)態(tai)(tai)(tai)的(de)(de)(de)統(tong)計(ji)權重更為增大。因(yin)此，人(ren)造金(jin)剛石(shi)(shi)可(ke)(ke)以在(zai)(zai)固態(tai)(tai)(tai)，也可(ke)(ke)在(zai)(zai)熔(rong)態(tai)(tai)(tai)和汽態(tai)(tai)(tai)條件(jian)下(xia)進(jin)行，這(zhe)(zhe)取決(jue)于(yu)壓(ya)力(li)、溫度和組(zu)元濃(nong)度等(deng)(deng)因(yin)素(su)引(yin)起系(xi)統(tong)內能(neng)(neng)(neng)(neng)的(de)(de)(de)變(bian)(bian)化(hua)(hua)情況。從動力(li)學觀點出發(fa)(fa)(fa)(fa)，還(huan)要求(qiu)石(shi)(shi)墨(mo)等(deng)(deng)碳質(zhi)原(yuan)料轉(zhuan)(zhuan)變(bian)(bian)成(cheng)金(jin)剛石(shi)(shi)時(shi)(shi)具有(you)適當的(de)(de)(de)轉(zhuan)(zhuan)變(bian)(bian)速率(lv)。在(zai)(zai)金(jin)剛石(shi)(shi)成(cheng)核率(lv)和生(sheng)(sheng)(sheng)長速率(lv)同時(shi)(shi)處于(yu)極大值時(shi)(shi)的(de)(de)(de)相變(bian)(bian)速率(lv)最大。

自18世紀證實(shi)了金(jin)剛(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)石(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)是由純碳(tan)組成的(de)(de)(de)以后，就(jiu)開始(shi)了對人造(zao)金(jin)剛(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)石(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)的(de)(de)(de)研究，只是在20世紀50年代通(tong)過高壓(ya)研究和(he)高壓(ya)實(shi)驗(yan)技術的(de)(de)(de)進展，才獲得真正的(de)(de)(de)成功和(he)迅速的(de)(de)(de)發展。人造(zao)金(jin)剛(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)石(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)的(de)(de)(de)具(ju)體(ti)方法(fa)多達十幾(ji)種。按(an)所用技術的(de)(de)(de)特點(dian)可歸納(na)為靜壓(ya)、動壓(ya)和(he)低壓(ya)等三種方法(fa)。按(an)金(jin)剛(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)石(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)的(de)(de)(de)形成特點(dian)可歸納(na)為直(zhi)接、熔(rong)媒和(he)外(wai)延等三類方法(fa)。圖(tu)表(biao)示碳(tan)的(de)(de)(de)壓(ya)力-溫度（□-□）相(xiang)圖(tu)和(he)三種方法(fa)人造(zao)金(jin)剛(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)石(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)的(de)(de)(de)實(shi)驗(yan)區。1區為直(zhi)接法(fa)人造(zao)金(jin)剛(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)石(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)的(de)(de)(de)實(shi)驗(yan)區，2區為熔(rong)媒法(fa)人造(zao)金(jin)剛(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)石(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)的(de)(de)(de)實(shi)驗(yan)區，3區為外(wai)延法(fa)人造(zao)金(jin)剛(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)石(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)的(de)(de)(de)實(shi)驗(yan)區。

4、制造方法

直接法

人造金(jin)剛(gang)(gang)石(shi)或利用瞬時靜態超(chao)(chao)高壓高溫技術(shu)，或動態超(chao)(chao)高壓高溫技術(shu)，或兩(liang)者(zhe)的混合技術(shu)，使石(shi)墨等碳質(zhi)原料從固(gu)態或熔融(rong)態直接轉變成金(jin)剛(gang)(gang)石(shi)，這種(zhong)方法得到的金(jin)剛(gang)(gang)石(shi)是微(wei)米(mi)尺(chi)寸的多晶粉末。

熔媒法

人(ren)(ren)造(zao)金(jin)(jin)剛石(shi)(shi)用(yong)(yong)靜(jing)態超(chao)高壓(ya)(50～100kb，即5～10GPa) 和高溫(wen)(1100～3000°C)技術(shu)通過(guo)石(shi)(shi)墨(mo)等碳質原料(liao)和某些(xie)金(jin)(jin)屬（合(he)金(jin)(jin)）反應生成金(jin)(jin)剛石(shi)(shi)，其(qi)典型晶(jing)(jing)(jing)(jing)態為(wei)立方體(ti)(六面體(ti))、八(ba)面體(ti)和六-八(ba)面體(ti)以及它們的(de)(de)(de)過(guo)渡形態。在工業(ye)上顯(xian)出(chu)重(zhong)要應用(yong)(yong)價值的(de)(de)(de)主要是(shi)靜(jing)壓(ya)熔媒法。采用(yong)(yong)這(zhe)(zhe)種(zhong)方法得(de)(de)(de)到的(de)(de)(de)磨料(liao)級人(ren)(ren)造(zao)金(jin)(jin)剛石(shi)(shi)的(de)(de)(de)產量已超(chao)過(guo)天然(ran)金(jin)(jin)剛石(shi)(shi)，有待進(jin)(jin)一步解決的(de)(de)(de)問題(ti)是(shi)增大粗粒(li)比，提高轉化率和改善晶(jing)(jing)(jing)(jing)體(ti)質量。目(mu)前正在實驗室中用(yong)(yong)靜(jing)壓(ya)熔媒法研究優質大顆粒(li)單晶(jing)(jing)(jing)(jing)金(jin)(jin)剛石(shi)(shi)的(de)(de)(de)形成。加(jia)晶(jing)(jing)(jing)(jing)種(zhong)外延生長(chang)法曾(ceng)得(de)(de)(de)到重(zhong)1克拉左(zuo)右的(de)(de)(de)大單晶(jing)(jing)(jing)(jing);用(yong)(yong)一般試驗技術(shu)略(lve)加(jia)改進(jin)(jin)后(hou)，曾(ceng)得(de)(de)(de)到2～4毫米左(zuo)右的(de)(de)(de)晶(jing)(jing)(jing)(jing)體(ti)。采用(yong)(yong)這(zhe)(zhe)種(zhong)方法還生長(chang)和燒結出(chu)大顆粒(li)多(duo)晶(jing)(jing)(jing)(jing)金(jin)(jin)剛石(shi)(shi)，后(hou)者在工業(ye)上已獲得(de)(de)(de)一定的(de)(de)(de)應用(yong)(yong)，其(qi)關鍵問題(ti)在于進(jin)(jin)一步提高這(zhe)(zhe)種(zhong)多(duo)晶(jing)(jing)(jing)(jing)金(jin)(jin)剛石(shi)(shi)的(de)(de)(de)抗(kang)壓(ya)強度、抗(kang)沖(chong)擊強度、耐磨性(xing)和耐熱性(xing)等綜合(he)性(xing)能(neng)。

外延法

人(ren)造金剛(gang)石是(shi)利用熱(re)解(jie)和電解(jie)某些含碳(tan)物質(zhi)時析出(chu)的碳(tan)源在金剛(gang)石晶種或某些起(qi)基底作用的物質(zhi)上進行外延生長而(er)成的。

武茲反應法

讓四氯化碳和鈉在700℃反應，生成金剛(gang)石(shi)(shi)。但是同時會生成大量的石(shi)(shi)墨。

形成機制

主(zhu)要有下述幾種(zhong)學(xue)(xue)(xue)說(shuo)(shuo)(shuo)：溶(rong)(rong)劑(ji)(ji)學(xue)(xue)(xue)說(shuo)(shuo)(shuo)認為所(suo)(suo)用(yong)(yong)金(jin)屬(shu)(合金(jin))起著(zhu)碳的溶(rong)(rong)劑(ji)(ji)作用(yong)(yong)；催化(hua)學(xue)(xue)(xue)說(shuo)(shuo)(shuo)則認為是一種(zhong)催化(hua)劑(ji)(ji)；固(gu)相轉變學(xue)(xue)(xue)說(shuo)(shuo)(shuo)則強調石墨晶體無需斷鍵(jian)解體，經過簡(jian)單(dan)形(xing)(xing)變就形(xing)(xing)成金(jin)剛石晶體。但這三種(zhong)典(dian)型(xing)學(xue)(xue)(xue)說(shuo)(shuo)(shuo)所(suo)(suo)提出(chu)模型(xing)往往同一些主(zhu)要實驗現(xian)象和規律相矛盾。因此，出(chu)現(xian)了溶(rong)(rong)劑(ji)(ji)-催化(hua)劑(ji)(ji)、催化(hua)劑(ji)(ji)-溶(rong)(rong)劑(ji)(ji)、熔(rong)（溶(rong)(rong)）劑(ji)(ji)-觸媒（簡(jian)稱(cheng)為熔(rong)媒）等學(xue)(xue)(xue)說(shuo)(shuo)(shuo)進一步探討所(suo)(suo)用(yong)(yong)金(jin)屬(shu)（合金(jin)）的作用(yong)(yong)。總的說(shuo)(shuo)(shuo)來，人造金(jin)剛石的形(xing)(xing)成機(ji)制尚是一個仍在探討中的復雜問題。

5、案例

媛石

2010年12月，日本科學家成功合(he)成了(le)世界上最(zui)堅硬的(de)金剛石，其直徑超過1厘米，與其合(he)作的(de)公司(si)稱力爭最(zui)快投產(chan)。

圓柱(zhu)形的“媛石”

這種圓(yuan)柱(zhu)形的金(jin)剛石是日本(ben)愛媛大學研究人員與住友電器工業公(gong)司(si)合作的成果，被命名為“媛石”，取(qu)自“愛媛”。

研究人(ren)員入船(chuan)哲男(nan)介(jie)紹說(shuo)，媛石是目前世界(jie)上最堅硬的(de)人(ren)工(gong)金剛石，比普通金剛石堅硬很多，因此可以應用于諸多工(gong)業活動當(dang)中。“媛石可以幫助人(ren)們進一步(bu)了解在地球深(shen)處高壓(ya)高溫條件下形成(cheng)的(de)碳元素單質晶體；同(tong)時，作為(wei)一種工(gong)業用品，它的(de)壽命也比普通金剛石長好(hao)幾倍。”

6、其它相關

微波法

葉臘(la)石模具的干燥

采用(yong)微波輥道(dao)窯與專(zhuan)用(yong)微波加(jia)熱(re)工藝(yi)，對(dui)葉蠟石模具(ju)進行干燥、焙燒(shao)。與常(chang)規電加(jia)熱(re)方式相(xiang)比(bi)，可顯著提升模具(ju)的(de)一致(zhi)性及(ji)其整體品質(zhi)，生產效率(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

采用微(wei)波推(tui)板(ban)窯與微(wei)波低氫(qing)（氮氫(qing)混(hun)合氣(qi)）還原(yuan)(yuan)工(gong)藝(yi)(yi)，對石墨加(jia)觸(chu)媒顆粒料進行焙燒還原(yuan)(yuan)。與常規電(dian)加(jia)熱高純氫(qing)氣(qi)還原(yuan)(yuan)工(gong)藝(yi)(yi)相(xiang)比，可大幅降(jiang)低還原(yuan)(yuan)氣(qi)體的費用，同(tong)時消除爆炸隱患，確保安全生產；產品一(yi)致(zhi)性好，品質(zhi)穩定，還原(yuan)(yuan)后(hou)的氧(yang)含(han)量可控(kong)制(zhi)在60ppm以下；實現連(lian)續化生產，工(gong)藝(yi)(yi)周(zhou)期縮短，生產效(xiao)率成倍提高，顯著節電(dian)。

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

采用微波輥(gun)道窯與專用微波氧(yang)化(hua)工藝(yi)(yi)，對人造金剛石中的殘余(yu)石墨進行氧(yang)化(hua)焙燒。與常規酸洗工藝(yi)(yi)相比，可提升金剛石品質(zhi)，提高生產(chan)效率，顯著改(gai)善生產(chan)環(huan)境，無(wu)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(dai)式干(gan)燥(zao)窯或(huo)(huo)干(gan)燥(zao)房(fang)進(jin)行人(ren)造金剛石的干(gan)燥(zao)。與常規電熱或(huo)(huo)燃(ran)氣(qi)干(gan)燥(zao)方式相比，干(gan)燥(zao)快(kuai)速、均勻，大幅提(ti)高生產效率，并顯(xian)著節能。

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(xue)家享利·莫瓦桑(sang)〔Ferdinand Frederic Henri Moissan， 1852－ 1907）在電(dian)鍍(du)制取最活(huo)潑的(de)(de)非(fei)金(jin)屬而又毒性(xing)很大的(de)(de)氟(fu)，以及(ji)發明高(gao)溫(wen)電(dian)爐并熔煉鎢(wu)、鈦、鉬(mu)，釩等高(gao)熔點金(jin)屬方面，做出了很大的(de)(de)貢獻，表現了艱苦卓(zhuo)絕的(de)(de)科學(xue)探索精神。成為著名的(de)(de)科學(xue)家。

晶瑩透明(ming)、硬(ying)度第一(yi)(yi)的金剛(gang)石(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)，特別惹人喜(xi)愛。如經工匠琢(zhuo)磨成鉆石(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)，更是(shi)(shi)世間奇珍異寶，人類雖然(ran)(ran)在(zai)五千年(nian)(nian)(nian)前就從自然(ran)(ran)界獲取了金剛(gang)石(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)，但一(yi)(yi)直不知道它是(shi)(shi)由(you)什么元素構成的。直到1704年(nian)(nian)(nian)，英國(guo)科(ke)學(xue)(xue)家牛(niu)頓才證明(ming)了金剛(gang)石(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)具有可燃性。以(yi)(yi)后(hou)又經法國(guo)科(ke)學(xue)(xue)家拉瓦錫（1792年(nian)(nian)(nian)）、英國(guo)科(ke)學(xue)(xue)家騰(teng)南(nan)脫（1797年(nian)(nian)(nian)），用實驗證明(ming)了金剛(gang)石(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)和石(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)墨是(shi)(shi)碳(tan)的同素異形體，這(zhe)(zhe)才弄清楚金剛(gang)石(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)是(shi)(shi)由(you)純(chun)凈的碳(tan)組成的。1799年(nian)(nian)(nian)，法國(guo)化(hua)學(xue)(xue)家摩爾沃把(ba)一(yi)(yi)顆金剛(gang)石(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)轉(zhuan)變(bian)為石(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)墨。這(zhe)(zhe)激發了人們的逆向(xiang)思維，能(neng)不能(neng)把(ba)石(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)墨轉(zhuan)化(hua)成金剛(gang)石(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)呢？自此以(yi)(yi)后(hou)，人們對于怎(zen)樣把(ba)石(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)墨轉(zhuan)化(hua)為金剛(gang)石(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)，表現了極大的興趣(qu)。

誰能獲得這致人巨富的“點石成(cheng)金(jin)”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！”欣喜若狂的莫(mo)瓦桑(sang)一再向報界宣傳他的重大科研(yan)成果。這(zhe)使本來因研(yan)制氟和高(gao)溫電爐(lu)而著名的莫(mo)瓦桑(sang)，更加 名噪(zao)一時。

1906年評選(xuan)諾(nuo)貝爾化(hua)學(xue)(xue)獎(jiang)(jiang)時(shi)，極富盛名(ming)的(de)(de)莫(mo)瓦(wa)(wa)桑成了候選(xuan)人。而另(ling)一(yi)個(ge)候選(xuan)人便是(shi)以發(fa)現元素同期律，并排布(bu)元素周期表，預言與指導(dao)發(fa)現新(xin)元素的(de)(de)俄羅斯科(ke)學(xue)(xue)家門(men)捷(jie)(jie)(jie)列夫(fu)(fu)。當(dang)時(shi)瑞典科(ke)學(xue)(xue)院(yuan)化(hua)學(xue)(xue)分部投(tou)票表決時(shi)，10名(ming)委員中有5名(ming)投(tou)莫(mo)瓦(wa)(wa)桑的(de)(de)票，4票贊成門(men)捷(jie)(jie)(jie)列夫(fu)(fu)， l票棄(qi)權。結果(guo)莫(mo)瓦(wa)(wa)桑以一(yi)票的(de)(de)優勢而獲獎(jiang)(jiang)。雖(sui)然(ran)，莫(mo)氏確有重(zhong)大(da)科(ke)研成果(guo)。但(dan)是(shi)，相(xiang)對于做出(chu)時(shi)代里程碑式貢獻(xian)的(de)(de)門(men)捷(jie)(jie)(jie)列夫(fu)(fu)來(lai)說，一(yi)為個(ge)別的(de)(de)，一(yi)為全局性的(de)(de)；一(yi)為重(zhong)大(da)成果(guo)，一(yi)為恩格(ge)斯所贊譽的(de)(de)“完成了科(ke)學(xue)(xue)上的(de)(de)一(yi)個(ge)勛(xun)業(ye)，這(zhe)個(ge)勛(xun)業(ye)可(ke)(ke)以和勒(le)維烈計算尚未知(zhi)道(dao)(dao)的(de)(de)行星(xing)海王星(xing)的(de)(de)軌道(dao)(dao)的(de)(de)勛(xun)業(ye)相(xiang)媲美(mei)。”當(dang)年的(de)(de)諾(nuo)貝爾化(hua)學(xue)(xue)獎(jiang)(jiang)頒發(fa)給門(men)捷(jie)(jie)(jie)列夫(fu)(fu)，應是(shi)歷(li)史的(de)(de)必然(ran)!可(ke)(ke)是(shi)卻給予了名(ming)噪歐洲的(de)(de)莫(mo)瓦(wa)(wa)桑。1907年門(men)捷(jie)(jie)(jie)列夫(fu)(fu)和莫(mo)瓦(wa)(wa)桑都(dou)相(xiang)繼逝世了。可(ke)(ke)是(shi)門(men)捷(jie)(jie)(jie)列夫(fu)(fu)卻失掉(diao)了再被評選(xuan)的(de)(de)可(ke)(ke)能，這(zhe)不能不說諾(nuo)貝爾頒獎(jiang)(jiang)歷(li)史上的(de)(de)一(yi)大(da)遺憾(han)！

話又(you)得說(shuo)回來。1906年瑞典諾貝爾(er)基(ji)金(jin)(jin)會(hui)宣(xuan)布，把相當于(yu)10萬法(fa)郎的(de)獎金(jin)(jin)授(shou)給莫瓦桑(sang)，是(shi)“為了(le)表彰他(ta)在制備元素(su)氟方面所(suo)做出(chu)的(de)杰出(chu)貢獻，表彰他(ta)發(fa)明了(le)莫氏電爐，”證書上(shang)只字未(wei)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，卻一再強調他(ta)合成人(ren)造金(jin)(jin)剛石的(de)創舉。

成功(gong)的(de)科學(xue)實驗(yan)的(de)第一特征是(shi)可重現(xian)性。 然而，莫瓦桑“成功(gong)”的(de)人(ren)造金剛石試(shi)驗(yan)，卻(que)(que)只(zhi)做(zuo)了一次(ci)，他本人(ren)再也沒做(zuo)第二次(ci)，卻(que)(que)浸沉在(zai)“成功(gong)“的(de)盛名之中。

由于金(jin)(jin)剛(gang)石具(ju)有(you)巨大(da)的(de)(de)商(shang)業利(li)潤和工業價(jia)值，不(bu)(bu)(bu)少的(de)(de)公司、企業集團(tuan)紛紛組(zu)織科學(xue)家重(zhong)　復(fu)莫(mo)氏的(de)(de)合(he)成(cheng)(cheng)金(jin)(jin)剛(gang)石試(shi)驗(yan)(yan)(yan)，希望把科研成(cheng)(cheng)果轉化為工業生產(chan)，但(dan)卻(que)沒(mei)(mei)有(you)一個(ge)成(cheng)(cheng)功。這就迫使一些(xie)人(ren)直(zhi)接登門找莫(mo)瓦桑遺(yi)孀了解莫(mo)氏的(de)(de)試(shi)驗(yan)(yan)(yan)情況(kuang)。經查明，那次成(cheng)(cheng)功的(de)(de)人(ren)造(zao)金(jin)(jin)剛(gang)石試(shi)驗(yan)(yan)(yan)，是(shi)(shi)由于莫(mo)氏生前的(de)(de)助(zhu)手對反復(fu)無(wu)休(xiu)止的(de)(de)試(shi)驗(yan)(yan)(yan)感到(dao)厭煩(fan)，但(dan)又無(wu)法勸阻他不(bu)(bu)(bu)再(zai)做(zuo)了，迫于無(wu)奈便俏俏的(de)(de)把實(shi)驗(yan)(yan)(yan)室中的(de)(de)一顆(ke)天然(ran)金(jin)(jin)剛(gang)石混跡到(dao)實(shi)驗(yan)(yan)(yan)中去，這便是(shi)(shi)那顆(ke)被譽為“攝(she)政王”的(de)(de)真(zhen)面目了。到(dao)頭來，莫(mo)瓦桑的(de)(de)人(ren)造(zao)金(jin)(jin)剛(gang)石，仍(reng)然(ran)是(shi)(shi)“希望之星(xing)”，對這件事，當(dang)然(ran)不(bu)(bu)(bu)能說莫(mo)氏有(you)意作偽(wei)騙人(ren)，但(dan)是(shi)(shi)，莫(mo)氏沒(mei)(mei)有(you)重(zhong)復(fu)的(de)(de)做(zuo)出成(cheng)(cheng)功的(de)(de)第二(er)次、第三次實(shi)驗(yan)(yan)(yan)，卻(que)律津樂道，陶(tao)醉于盛名(ming)，卻(que)不(bu)(bu)(bu)能不(bu)(bu)(bu)說是(shi)(shi)科學(xue)家不(bu)(bu)(bu)應有(you)的(de)(de)過(guo)失。

實事求是(shi)他說，在那個時代，人造(zao)金(jin)剛石只能是(shi)“希望之星”。

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？
熱力學只能判(pan)斷反應進行(xing)的(de)(de)可能性，要使可能性變(bian)為現實性，化學家還需考慮(lv)動力學問題(ti)。如在(zai)室溫和(he)40萬個大(da)氣(qi)壓(ya)下，石(shi)墨的(de)(de)轉(zhuan)化速度緩慢到難以(yi)察(cha)覺(jue)。因此速度問題(ti)。愛(ai)林等(deng)根(gen)據反應速度理論推導得出了(le)轉(zhuan)化過程(cheng)中溫度和(he)壓(ya)力對轉(zhuan)變(bian)速度的(de)(de)關系(xi)式(shi)。于是(shi)可知增壓(ya)是(shi)降低反應速度的(de)(de)，而(er)高溫自然是(shi)提高反應速度的(de)(de)。

綜合起來(lai)看，由熱力(li)學(xue)來(lai)看，高(gao)溫(wen)不利于金(jin)剛(gang)石的熱力(li)學(xue)穩定性，要使金(jin)剛(gang)石在(zai)高(gao)溫(wen)下仍具(ju)有熱力(li)學(xue)穩定性，必須相應(ying)地高(gao)壓。而(er)從動力(li)學(xue)來(lai)看，力(li)求高(gao)溫(wen)才有利于反應(ying)速度(du)，高(gao)壓反而(er)減速。因此，尋求適(shi)宜(yi)的轉(zhuan)化(hua)條件，應(ying)是(shi)兼顧二者，使高(gao)溫(wen)與高(gao)壓匹配。此外還需(xu)特定的溶(rong)劑，使石墨晶格中的碳原子先溶(rong)解，然后在(zai)變更外界條件下，再使碳原子從溶(rong)劑中析出結晶形成(cheng)正四面體晶格。已(yi)經知道硫化(hua)亞鐵、鐵以及一些過渡金(jin)屬可做溶(rong)劑。

從實驗條件(jian)方面來說，必(bi)須提(ti)供能夠產(chan)生高(gao)壓(ya)(ya)的裝置(zhi)和耐高(gao)溫(wen)、耐高(gao)壓(ya)(ya)的設(she)備。1946年，諾貝爾獎頒給美國科(ke)學家布里奇曼(man)教(jiao)授，原因是他發明了達到極(ji)高(gao)壓(ya)(ya)力的裝置(zhi)，以及在高(gao)壓(ya)(ya)物理(li)領域內所作出(chu)的一些重要發現。至此(ci)，人造金剛石才具備了可(ke)能性。

1955年，美國科(ke)學家霍爾等(deng)在1650℃和95000個大氣壓下，合成了金剛(gang)石。并在類(lei)似的(de)(de)(de)條件(jian)下重復多次亦獲成功(gong)，產品經各種(zhong)物理(li)的(de)(de)(de)、化學的(de)(de)(de)檢(jian)測，確證為(wei)金剛(gang)石。這是人(ren)類(lei)歷(li)史上第一(yi)次合成人(ren)造金剛(gang)石成功(gong)，然而，這已是莫瓦桑(sang)宣(xuan)稱(cheng)“成功(gong)”的(de)(de)(de)62年以后(hou)，莫氏逝世近半個世紀以后(hou)的(de)(de)(de)事了。