人(ren)造金(jin)剛石(shi)是什么 人(ren)造金(jin)剛石(shi)生產工(gong)藝(yi)

1、定義

鉆石(shi)，是(shi)珠寶(bao)中的(de)(de)貴族，它通明剔透，散(san)發著清冷高貴的(de)(de)光輝，頗有“出(chu)淤泥而不(bu)(bu)染”的(de)(de)氣質。鉆石(shi)亦被(bei)稱(cheng)為(wei)金剛石(shi)，因為(wei)它是(shi)自(zi)然界最(zui)堅(jian)硬無比的(de)(de)物質，摩(mo)氏(shi)硬度(du)(du)(du)10，新摩(mo)氏(shi)硬度(du)(du)(du)15，顯微硬度(du)(du)(du)10000kg/mm2，顯微硬度(du)(du)(du)比石(shi)英高1000倍，比剛玉高150倍。它的(de)(de)形成(cheng)和發現極為(wei)不(bu)(bu)易，它是(shi)碳在地球深部高溫高壓的(de)(de)特殊(shu)條件下歷(li)經億萬(wan)年(nian)的(de)(de)“苦(ku)修”轉化(hua)而成(cheng)的(de)(de)，由(you)于地殼(ke)的(de)(de)運動，它們從地球的(de)(de)深處來(lai)到地表，蘊藏在金伯利巖(yan)中，從而被(bei)人類發現和開(kai)采。 雖然人類可以生(sheng)產出(chu)人造金剛石(shi)，但質量大(da)小(xiao)還遠(yuan)遠(yuan)不(bu)(bu)及天(tian)然金剛石(shi)。

人造金剛石

2、應用

人(ren)造金(jin)剛(gang)石(shi)不(bu)僅可以(yi)加工(gong)成價(jia)值連(lian)城的(de)(de)珠寶，在(zai)工(gong)業中也(ye)大有可為。它硬度高(gao)(gao)、耐(nai)磨性(xing)好(hao)，可廣(guang)泛(fan)用于切削(xue)、磨削(xue)、鉆探；由于導熱率高(gao)(gao)、電(dian)絕緣性(xing)好(hao)，可作為半導體裝(zhuang)置(zhi)的(de)(de)散熱板；它有優良的(de)(de)透光性(xing)和耐(nai)腐(fu)蝕性(xing)，在(zai)電(dian)子(zi)工(gong)業中也(ye)得到(dao)廣(guang)泛(fan)應用。

人造金剛石

1、制造樹脂(zhi)結合劑磨具或研磨用等

2、制(zhi)造金(jin)屬結合(he)劑磨具、陶瓷(ci)結合(he)劑磨具或研磨用(yong)等

3、制造一般地(di)層地(di)質鉆探鉆頭、半導(dao)體及非金屬(shu)材料(liao)切(qie)割加工工具等

4、制造硬地層地質鉆頭、修正工(gong)具及非金屬硬脆(cui)性材料加工(gong)工(gong)具等

5、樹脂、陶瓷結合劑(ji)磨具或研磨等(deng)

6、金屬結(jie)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(ji)末，人(ren)們(men)發現(xian)身價(jia)高(gao)貴的(de)(de)(de)金(jin)剛石(shi)竟然是碳的(de)(de)(de)一種同素異形體，從此，制(zhi)備人(ren)造金(jin)剛石(shi)就成為(wei)了(le)許(xu)多科學家(jia)的(de)(de)(de)光榮與夢想。 一個世紀(ji)以后(hou)，石(shi)墨(mo)(mo) —— 碳的(de)(de)(de)另一種單(dan)質形式被發現(xian)了(le)，人(ren)們(men)便嘗試(shi)模(mo)擬自(zi)然過程，讓石(shi)墨(mo)(mo)在(zai)超(chao)高(gao)溫高(gao)壓的(de)(de)(de)環境下轉變成金(jin)剛石(shi)。為(wei)了(le)縮(suo)短反(fan)應時間，需要2000℃高(gao)溫和5.5萬個大氣壓的(de)(de)(de)特殊條件。

人造金剛石

1955年，美國通(tong)用(yong)電(dian)氣公司(si)(si)專門制造(zao)了高(gao)(gao)溫(wen)高(gao)(gao)壓靜(jing)電(dian)設備，得到世界(jie)上(shang)第一批工業(ye)用(yong)人(ren)造(zao)金(jin)剛(gang)石(shi)小晶體，從而(er)開(kai)創了工業(ye)規模生(sheng)產人(ren)造(zao)金(jin)剛(gang)石(shi)磨料的(de)先(xian)河(he)，他們的(de)年產量在20噸(dun)左右；不久，杜邦公司(si)(si)發(fa)明了爆(bao)炸法(fa)，利用(yong)瞬(shun)時爆(bao)炸產生(sheng)的(de)高(gao)(gao)壓和急劇(ju)升溫(wen)，也獲(huo)得了幾毫米大小的(de)人(ren)造(zao)金(jin)剛(gang)石(shi)。

金(jin)(jin)剛(gang)石薄(bo)膜的(de)(de)(de)(de)(de)性能稍遜于(yu)金(jin)(jin)剛(gang)石顆粒，在密度(du)和(he)硬(ying)度(du)上(shang)(shang)都要低(di)一(yi)些。即(ji)便(bian)如(ru)此，它(ta)的(de)(de)(de)(de)(de)耐(nai)磨(mo)性也是數一(yi)數二(er)，僅(jin)5微米(mi)厚(hou)的(de)(de)(de)(de)(de)薄(bo)膜，壽命也比硬(ying)質合金(jin)(jin)鋼長10倍以上(shang)(shang)。我(wo)們知道，唱片的(de)(de)(de)(de)(de)唱針在微小的(de)(de)(de)(de)(de)接觸面上(shang)(shang)要經受極(ji)大(da)(da)的(de)(de)(de)(de)(de)壓力，同(tong)時要求(qiu)極(ji)長的(de)(de)(de)(de)(de)耐(nai)磨(mo)壽命，只要在針尖上(shang)(shang)沉積(ji)上(shang)(shang)一(yi)層金(jin)(jin)剛(gang)石薄(bo)膜，它(ta)就可以輕松上(shang)(shang)陣了(le)。如(ru)果(guo)在塑料、玻(bo)璃的(de)(de)(de)(de)(de)外(wai)面用金(jin)(jin)剛(gang)石薄(bo)膜做耐(nai)磨(mo)涂(tu)層，可以大(da)(da)大(da)(da)擴展(zhan)其(qi)用途，開發性能優越(yue)又經濟(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)產品。

更(geng)重要的(de)是，薄(bo)膜的(de)出現使(shi)金石(shi)的(de)應用突破(po)了(le)只能作為切削工(gong)具(ju)的(de)樊籬(li)，使(shi)其優異的(de)熱(re)、電、聲(sheng)、光(guang)性(xing)能得以(yi)充分發揮。金剛石(shi)薄(bo)膜已應用在半導體(ti)電子裝置(zhi)、光(guang)學聲(sheng)學裝置(zhi)、壓力(li)加工(gong)和(he)切削加工(gong)工(gong)具(ju)等方面，其發展速(su)度驚(jing)人(ren)，在高科(ke)技領域更(geng)加誘人(ren)。

用(yong)人工(gong)方法使非金剛(gang)石(shi)(shi)結構的碳(tan)(tan)轉變(bian)為金剛(gang)石(shi)(shi)結構的碳(tan)(tan)，并且通過成(cheng)核和生(sheng)長形成(cheng)單晶和多晶金剛(gang)石(shi)(shi)，或把細(xi)粒金剛(gang)石(shi)(shi)在(zai)高(gao)壓(ya)高(gao)溫下燒結成(cheng)多晶金剛(gang)石(shi)(shi)。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(cong)熱力(li)學(xue)觀點出發，決定石(shi)(shi)墨等非(fei)金剛(gang)石(shi)(shi)結構的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)碳質原料能(neng)(neng)否轉(zhuan)變(bian)(bian)(bian)(bian)(bian)(bian)成(cheng)(cheng)金剛(gang)石(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)相(xiang)(xiang)變(bian)(bian)(bian)(bian)(bian)(bian)條(tiao)件(jian)是(shi)(shi)后(hou)者(zhe)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)自由能(neng)(neng)必須小于(yu)前者(zhe)。這(zhe)(zhe)種相(xiang)(xiang)變(bian)(bian)(bian)(bian)(bian)(bian)過程是(shi)(shi)在高壓(ya)、高溫或(huo)者(zhe)還有(you)其他組(zu)分(fen)(fen)參與的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)條(tiao)件(jian)下進(jin)行的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)。一定的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)壓(ya)力(li)、溫度(du)和組(zu)元(yuan)濃度(du)等可(ke)以(yi)使系(xi)統的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)內能(neng)(neng)發生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)變(bian)(bian)(bian)(bian)(bian)(bian)化，從(cong)而使價電(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)(zi)可(ke)處(chu)能(neng)(neng)級(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)統計(ji)權重發生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)相(xiang)(xiang)應的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)變(bian)(bian)(bian)(bian)(bian)(bian)化。這(zhe)(zhe)就可(ke)能(neng)(neng)出現電(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)(zi)轉(zhuan)移和組(zu)成(cheng)(cheng)新的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)鍵(jian)合(he)狀(zhuang)態(tai)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)(zi)結構，即發生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)了相(xiang)(xiang)變(bian)(bian)(bian)(bian)(bian)(bian)。如果系(xi)統中能(neng)(neng)量變(bian)(bian)(bian)(bian)(bian)(bian)化有(you)利于(yu)在固體(ti)(ti)中發生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)這(zhe)(zhe)種電(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)(zi)結構的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)變(bian)(bian)(bian)(bian)(bian)(bian)化，則(ze)高壓(ya)高溫相(xiang)(xiang)變(bian)(bian)(bian)(bian)(bian)(bian)發生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)在固態(tai)，否則(ze)就可(ke)能(neng)(neng)發生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)在熔態(tai)或(huo)汽態(tai)。在熔體(ti)(ti)中發生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)這(zhe)(zhe)種變(bian)(bian)(bian)(bian)(bian)(bian)化的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)條(tiao)件(jian)是(shi)(shi)，鍵(jian)合(he)特征的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)價電(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)(zi)分(fen)(fen)布的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)統計(ji)權重相(xiang)(xiang)應降低，遠(yuan)程有(you)序(xu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)作(zuo)用趨于(yu)消失，原子(zi)(zi)(zi)(zi)配位數(shu)發生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)變(bian)(bian)(bian)(bian)(bian)(bian)化；而電(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)(zi)處(chu)于(yu)激發態(tai)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)統計(ji)權重趨于(yu)增(zeng)大，近程有(you)序(xu)作(zuo)用相(xiang)(xiang)應增(zeng)強(qiang)。氣體(ti)(ti)中發生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)這(zhe)(zhe)種變(bian)(bian)(bian)(bian)(bian)(bian)化的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)條(tiao)件(jian)是(shi)(shi)，單(dan)質原子(zi)(zi)(zi)(zi)間(jian)或(huo)化合(he)物(wu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)鍵(jian)合(he)分(fen)(fen)子(zi)(zi)(zi)(zi)間(jian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)(zi)能(neng)(neng)級(ji)趨于(yu)消失，所有(you)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)(zi)轉(zhuan)移到單(dan)原子(zi)(zi)(zi)(zi)或(huo)分(fen)(fen)子(zi)(zi)(zi)(zi)能(neng)(neng)級(ji)上去，這(zhe)(zhe)樣，電(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)(zi)處(chu)于(yu)激發態(tai)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)統計(ji)權重更為增(zeng)大。因(yin)此，人造(zao)金剛(gang)石(shi)(shi)可(ke)以(yi)在固態(tai)，也可(ke)在熔態(tai)和汽態(tai)條(tiao)件(jian)下進(jin)行，這(zhe)(zhe)取(qu)決于(yu)壓(ya)力(li)、溫度(du)和組(zu)元(yuan)濃度(du)等因(yin)素引起系(xi)統內能(neng)(neng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)變(bian)(bian)(bian)(bian)(bian)(bian)化情(qing)況。從(cong)動(dong)力(li)學(xue)觀點出發，還要求(qiu)石(shi)(shi)墨等碳質原料轉(zhuan)變(bian)(bian)(bian)(bian)(bian)(bian)成(cheng)(cheng)金剛(gang)石(shi)(shi)時(shi)(shi)具有(you)適當的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)轉(zhuan)變(bian)(bian)(bian)(bian)(bian)(bian)速率。在金剛(gang)石(shi)(shi)成(cheng)(cheng)核(he)率和生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)長速率同時(shi)(shi)處(chu)于(yu)極大值時(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)相(xiang)(xiang)變(bian)(bian)(bian)(bian)(bian)(bian)速率最大。

自18世紀(ji)證實(shi)了(le)金(jin)剛(gang)(gang)石(shi)是由純碳(tan)組成(cheng)的(de)(de)(de)(de)以(yi)后，就開(kai)始了(le)對人(ren)(ren)造(zao)金(jin)剛(gang)(gang)石(shi)的(de)(de)(de)(de)研究，只是在20世紀(ji)50年代(dai)通過高(gao)壓(ya)(ya)研究和高(gao)壓(ya)(ya)實(shi)驗(yan)技術的(de)(de)(de)(de)進(jin)展，才獲得真正的(de)(de)(de)(de)成(cheng)功和迅(xun)速的(de)(de)(de)(de)發展。人(ren)(ren)造(zao)金(jin)剛(gang)(gang)石(shi)的(de)(de)(de)(de)具體方法多達十(shi)幾種(zhong)。按(an)所用技術的(de)(de)(de)(de)特(te)(te)點可歸納(na)為靜壓(ya)(ya)、動壓(ya)(ya)和低(di)壓(ya)(ya)等(deng)三種(zhong)方法。按(an)金(jin)剛(gang)(gang)石(shi)的(de)(de)(de)(de)形成(cheng)特(te)(te)點可歸納(na)為直(zhi)接、熔媒和外延等(deng)三類方法。圖(tu)表示碳(tan)的(de)(de)(de)(de)壓(ya)(ya)力-溫度（□-□）相圖(tu)和三種(zhong)方法人(ren)(ren)造(zao)金(jin)剛(gang)(gang)石(shi)的(de)(de)(de)(de)實(shi)驗(yan)區。1區為直(zhi)接法人(ren)(ren)造(zao)金(jin)剛(gang)(gang)石(shi)的(de)(de)(de)(de)實(shi)驗(yan)區，2區為熔媒法人(ren)(ren)造(zao)金(jin)剛(gang)(gang)石(shi)的(de)(de)(de)(de)實(shi)驗(yan)區，3區為外延法人(ren)(ren)造(zao)金(jin)剛(gang)(gang)石(shi)的(de)(de)(de)(de)實(shi)驗(yan)區。

4、制造方法

直接法

人造金(jin)剛石(shi)或(huo)(huo)利用瞬時靜(jing)態(tai)超(chao)高壓(ya)(ya)高溫技術(shu)，或(huo)(huo)動(dong)態(tai)超(chao)高壓(ya)(ya)高溫技術(shu)，或(huo)(huo)兩者的(de)混合技術(shu)，使石(shi)墨等(deng)碳質原料從(cong)固態(tai)或(huo)(huo)熔融態(tai)直接(jie)轉變成金(jin)剛石(shi)，這種方(fang)法得(de)到的(de)金(jin)剛石(shi)是(shi)微米尺寸(cun)的(de)多(duo)晶(jing)粉末(mo)。

熔媒法

人造金(jin)(jin)剛(gang)石(shi)用(yong)(yong)(yong)靜(jing)態(tai)超高(gao)壓(50～100kb，即5～10GPa) 和(he)高(gao)溫(wen)(1100～3000°C)技術(shu)通過石(shi)墨等碳(tan)質(zhi)原料(liao)和(he)某些金(jin)(jin)屬（合金(jin)(jin)）反應生成(cheng)金(jin)(jin)剛(gang)石(shi)，其(qi)典型晶(jing)(jing)態(tai)為立方(fang)(fang)體(ti)(六面(mian)(mian)體(ti))、八面(mian)(mian)體(ti)和(he)六-八面(mian)(mian)體(ti)以及它(ta)們的過渡形態(tai)。在工(gong)(gong)業(ye)上(shang)顯出重要(yao)應用(yong)(yong)(yong)價(jia)值的主要(yao)是(shi)靜(jing)壓熔(rong)媒(mei)法。采(cai)用(yong)(yong)(yong)這種方(fang)(fang)法得(de)到(dao)的磨(mo)料(liao)級(ji)人造金(jin)(jin)剛(gang)石(shi)的產量(liang)已超過天然金(jin)(jin)剛(gang)石(shi)，有待進(jin)(jin)一步解決的問題(ti)是(shi)增大(da)粗粒比，提(ti)高(gao)轉化率和(he)改善(shan)晶(jing)(jing)體(ti)質(zhi)量(liang)。目(mu)前正在實驗(yan)室(shi)中(zhong)用(yong)(yong)(yong)靜(jing)壓熔(rong)媒(mei)法研究優質(zhi)大(da)顆(ke)粒單晶(jing)(jing)金(jin)(jin)剛(gang)石(shi)的形成(cheng)。加(jia)晶(jing)(jing)種外延生長法曾(ceng)得(de)到(dao)重1克拉左右的大(da)單晶(jing)(jing);用(yong)(yong)(yong)一般試(shi)驗(yan)技術(shu)略加(jia)改進(jin)(jin)后(hou)，曾(ceng)得(de)到(dao)2～4毫米左右的晶(jing)(jing)體(ti)。采(cai)用(yong)(yong)(yong)這種方(fang)(fang)法還生長和(he)燒結出大(da)顆(ke)粒多晶(jing)(jing)金(jin)(jin)剛(gang)石(shi)，后(hou)者在工(gong)(gong)業(ye)上(shang)已獲得(de)一定(ding)的應用(yong)(yong)(yong)，其(qi)關鍵(jian)問題(ti)在于進(jin)(jin)一步提(ti)高(gao)這種多晶(jing)(jing)金(jin)(jin)剛(gang)石(shi)的抗(kang)壓強度、抗(kang)沖擊強度、耐磨(mo)性和(he)耐熱性等綜(zong)合性能。

外延法

人造(zao)金(jin)剛(gang)石(shi)(shi)是利用熱解(jie)和電解(jie)某(mou)些(xie)含碳物質時析出的(de)碳源在金(jin)剛(gang)石(shi)(shi)晶種或(huo)某(mou)些(xie)起基底作用的(de)物質上進行(xing)外(wai)延生長(chang)而成的(de)。

武茲反應法

讓四(si)氯(lv)化碳(tan)和鈉在700℃反(fan)應，生成金剛石(shi)。但是同時(shi)會生成大(da)量(liang)的石(shi)墨。

形成機制

主要有下述幾種學(xue)(xue)(xue)說(shuo)：溶(rong)劑學(xue)(xue)(xue)說(shuo)認(ren)為(wei)所(suo)用(yong)金屬(shu)(合金)起著碳的溶(rong)劑作用(yong)；催化(hua)(hua)學(xue)(xue)(xue)說(shuo)則(ze)認(ren)為(wei)是一種催化(hua)(hua)劑；固相轉變學(xue)(xue)(xue)說(shuo)則(ze)強(qiang)調(diao)石(shi)墨(mo)晶體(ti)無需斷(duan)鍵解體(ti)，經過簡單形(xing)(xing)變就形(xing)(xing)成(cheng)(cheng)金剛(gang)石(shi)晶體(ti)。但(dan)這(zhe)三種典型學(xue)(xue)(xue)說(shuo)所(suo)提出模型往往同一些主要實驗現(xian)象(xiang)和規律(lv)相矛盾。因此，出現(xian)了溶(rong)劑-催化(hua)(hua)劑、催化(hua)(hua)劑-溶(rong)劑、熔（溶(rong)）劑-觸媒（簡稱為(wei)熔媒）等學(xue)(xue)(xue)說(shuo)進(jin)一步探討所(suo)用(yong)金屬(shu)（合金）的作用(yong)。總的說(shuo)來(lai)，人造(zao)金剛(gang)石(shi)的形(xing)(xing)成(cheng)(cheng)機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(ben)科(ke)學家成功合(he)成了(le)世(shi)界(jie)上(shang)最堅硬的(de)金剛(gang)石，其(qi)直徑(jing)超過(guo)1厘米，與其(qi)合(he)作的(de)公司稱(cheng)力(li)爭(zheng)最快投(tou)產。

圓柱形的“媛石”

這(zhe)種圓柱(zhu)形(xing)的金剛石是(shi)日本愛媛(yuan)大學(xue)研究人(ren)員與住友電器工(gong)業(ye)公司合作的成果，被命名為“媛(yuan)石”，取自“愛媛(yuan)”。

研究(jiu)人員入船哲男介紹說，媛(yuan)石是(shi)目前(qian)世界上最堅(jian)硬的人工(gong)(gong)金(jin)(jin)(jin)剛(gang)石，比普(pu)通(tong)金(jin)(jin)(jin)剛(gang)石堅(jian)硬很多，因此可以應用(yong)于(yu)諸多工(gong)(gong)業(ye)活動(dong)當中。“媛(yuan)石可以幫助人們進(jin)一步(bu)了解在地球深處高壓高溫條件下形成的碳元素單質(zhi)晶體(ti)；同時，作為一種(zhong)工(gong)(gong)業(ye)用(yong)品，它(ta)的壽命(ming)也比普(pu)通(tong)金(jin)(jin)(jin)剛(gang)石長好幾倍。”

6、其它相關

微波法

葉(xie)臘(la)石模具的干(gan)燥

采用(yong)(yong)微波(bo)輥道窯與專用(yong)(yong)微波(bo)加熱工藝(yi)，對葉蠟(la)石模具進(jin)行干燥、焙燒。與常規電加熱方式相比，可顯(xian)著提升模具的(de)一致(zhi)性及其整(zheng)體品質，生產(chan)效率提高數倍，節(jie)電30%以上(shang)。

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

采用微波(bo)推板(ban)窯與(yu)微波(bo)低氫（氮氫混合(he)氣）還(huan)(huan)原工藝，對石墨加觸(chu)媒顆粒料(liao)進行焙燒(shao)還(huan)(huan)原。與(yu)常規電(dian)加熱高純氫氣還(huan)(huan)原工藝相比，可大幅降低還(huan)(huan)原氣體的費用，同時消除爆炸隱患，確(que)保安全生(sheng)產(chan)；產(chan)品(pin)(pin)一(yi)致(zhi)性(xing)好，品(pin)(pin)質(zhi)穩定，還(huan)(huan)原后的氧含量可控(kong)制在60ppm以下；實現連續化生(sheng)產(chan)，工藝周期(qi)縮短，生(sheng)產(chan)效率(lv)成倍提(ti)高，顯著節(jie)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

采用微波輥道窯與專用微波氧化(hua)工藝，對人造金(jin)剛石(shi)(shi)中的(de)殘余(yu)石(shi)(shi)墨(mo)進行氧化(hua)焙燒。與常規酸洗工藝相比(bi)，可提(ti)(ti)升(sheng)金(jin)剛石(shi)(shi)品質，提(ti)(ti)高生(sheng)產效率，顯著改善生(sheng)產環境，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(gan)燥窯或干(gan)燥房(fang)進行人造金剛石的干(gan)燥。與常規電熱或燃氣干(gan)燥方(fang)式(shi)相比，干(gan)燥快(kuai)速、均勻，大幅提高生產效率(lv)，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(hua)學(xue)(xue)家(jia)(jia)享利·莫(mo)瓦桑〔Ferdinand Frederic Henri Moissan， 1852－ 1907）在電(dian)(dian)鍍制(zhi)取最活潑(po)的(de)非金屬(shu)(shu)而(er)又(you)毒性很(hen)大(da)的(de)氟，以及發明高(gao)溫電(dian)(dian)爐并熔(rong)(rong)煉鎢、鈦、鉬，釩等高(gao)熔(rong)(rong)點金屬(shu)(shu)方面，做出了(le)很(hen)大(da)的(de)貢獻，表現了(le)艱苦卓絕的(de)科(ke)學(xue)(xue)探索精神(shen)。成(cheng)為著(zhu)名的(de)科(ke)學(xue)(xue)家(jia)(jia)。

晶瑩透明(ming)、硬度第(di)一(yi)的(de)金(jin)剛(gang)(gang)石(shi)(shi)(shi)，特別惹人(ren)(ren)喜愛。如(ru)經工匠琢磨成(cheng)鉆(zhan)石(shi)(shi)(shi)，更是(shi)世間奇(qi)珍異寶，人(ren)(ren)類雖(sui)然在(zai)五(wu)千(qian)年(nian)前就(jiu)從自然界獲取(qu)了(le)金(jin)剛(gang)(gang)石(shi)(shi)(shi)，但(dan)一(yi)直不(bu)知(zhi)道它是(shi)由(you)什(shen)么元素構成(cheng)的(de)。直到(dao)1704年(nian)，英國(guo)科學家(jia)牛頓才證明(ming)了(le)金(jin)剛(gang)(gang)石(shi)(shi)(shi)具有可燃性。以(yi)(yi)后又經法(fa)(fa)國(guo)科學家(jia)拉瓦(wa)錫（1792年(nian)）、英國(guo)科學家(jia)騰南脫（1797年(nian)），用實驗證明(ming)了(le)金(jin)剛(gang)(gang)石(shi)(shi)(shi)和石(shi)(shi)(shi)墨是(shi)碳的(de)同素異形體，這才弄清楚金(jin)剛(gang)(gang)石(shi)(shi)(shi)是(shi)由(you)純(chun)凈的(de)碳組(zu)成(cheng)的(de)。1799年(nian)，法(fa)(fa)國(guo)化(hua)學家(jia)摩(mo)爾沃把(ba)一(yi)顆(ke)金(jin)剛(gang)(gang)石(shi)(shi)(shi)轉(zhuan)變為(wei)石(shi)(shi)(shi)墨。這激發了(le)人(ren)(ren)們的(de)逆向思維，能不(bu)能把(ba)石(shi)(shi)(shi)墨轉(zhuan)化(hua)成(cheng)金(jin)剛(gang)(gang)石(shi)(shi)(shi)呢(ni)？自此以(yi)(yi)后，人(ren)(ren)們對于怎樣把(ba)石(shi)(shi)(shi)墨轉(zhuan)化(hua)為(wei)金(jin)剛(gang)(gang)石(shi)(shi)(shi)，表現了(le)極(ji)大(da)的(de)興(xing)趣。

誰(shui)能獲(huo)得這致人巨富的“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。
“人造金剛石成功了！”欣喜若狂(kuang)的莫瓦桑(sang)一再向報(bao)界宣傳他(ta)的重大科研成果。這使(shi)本來因研制(zhi)氟和高溫電爐而著名(ming)的莫瓦桑(sang)，更加(jia) 名(ming)噪一時。

1906年(nian)(nian)評選諾貝爾(er)(er)化(hua)學(xue)(xue)獎(jiang)時(shi)，極富盛名(ming)的(de)(de)(de)(de)莫(mo)(mo)瓦桑(sang)(sang)成了候選人。而(er)另一(yi)(yi)(yi)個候選人便(bian)是(shi)以(yi)發(fa)(fa)現元素同期律，并排布(bu)元素周期表，預言(yan)與指導發(fa)(fa)現新元素的(de)(de)(de)(de)俄羅(luo)斯科學(xue)(xue)家門(men)捷列(lie)(lie)夫(fu)。當(dang)時(shi)瑞典科學(xue)(xue)院化(hua)學(xue)(xue)分(fen)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)(sang)的(de)(de)(de)(de)票，4票贊成門(men)捷列(lie)(lie)夫(fu)， l票棄權。結(jie)果(guo)莫(mo)(mo)瓦桑(sang)(sang)以(yi)一(yi)(yi)(yi)票的(de)(de)(de)(de)優勢而(er)獲(huo)獎(jiang)。雖然，莫(mo)(mo)氏(shi)確有重(zhong)大(da)科研成果(guo)。但(dan)是(shi)，相(xiang)對(dui)于做出時(shi)代里(li)程碑式貢(gong)獻的(de)(de)(de)(de)門(men)捷列(lie)(lie)夫(fu)來說(shuo)，一(yi)(yi)(yi)為個別的(de)(de)(de)(de)，一(yi)(yi)(yi)為全局(ju)性的(de)(de)(de)(de)；一(yi)(yi)(yi)為重(zhong)大(da)成果(guo)，一(yi)(yi)(yi)為恩格斯所贊譽的(de)(de)(de)(de)“完成了科學(xue)(xue)上的(de)(de)(de)(de)一(yi)(yi)(yi)個勛業(ye)，這個勛業(ye)可(ke)以(yi)和勒維(wei)烈計算尚未(wei)知道的(de)(de)(de)(de)行星海王(wang)星的(de)(de)(de)(de)軌(gui)道的(de)(de)(de)(de)勛業(ye)相(xiang)媲美(mei)。”當(dang)年(nian)(nian)的(de)(de)(de)(de)諾貝爾(er)(er)化(hua)學(xue)(xue)獎(jiang)頒(ban)發(fa)(fa)給(gei)門(men)捷列(lie)(lie)夫(fu)，應是(shi)歷史(shi)的(de)(de)(de)(de)必然!可(ke)是(shi)卻(que)給(gei)予了名(ming)噪(zao)歐(ou)洲的(de)(de)(de)(de)莫(mo)(mo)瓦桑(sang)(sang)。1907年(nian)(nian)門(men)捷列(lie)(lie)夫(fu)和莫(mo)(mo)瓦桑(sang)(sang)都(dou)相(xiang)繼逝世了。可(ke)是(shi)門(men)捷列(lie)(lie)夫(fu)卻(que)失(shi)掉了再被評選的(de)(de)(de)(de)可(ke)能，這不能不說(shuo)諾貝爾(er)(er)頒(ban)獎(jiang)歷史(shi)上的(de)(de)(de)(de)一(yi)(yi)(yi)大(da)遺憾！

話又得說回來。1906年瑞典諾貝爾基金會(hui)宣布，把相當(dang)于10萬法(fa)郎的(de)(de)(de)獎金授給莫(mo)(mo)瓦桑(sang)，是“為了(le)表(biao)(biao)彰他(ta)在制備元素氟方(fang)面(mian)所做出(chu)的(de)(de)(de)杰出(chu)貢獻，表(biao)(biao)彰他(ta)發(fa)明了(le)莫(mo)(mo)氏電爐，”證書上只字未提人造金剛石(shi)(shi)的(de)(de)(de)事，但莫(mo)(mo)瓦桑(sang)在領獎致(zhi)答詞時(shi)，卻一再強調他(ta)合成人造金剛石(shi)(shi)的(de)(de)(de)創(chuang)舉。

成功的(de)科學(xue)實驗的(de)第一(yi)特征是可(ke)重現性。 然而，莫瓦(wa)桑“成功”的(de)人(ren)造金剛(gang)石試驗，卻(que)只做(zuo)了一(yi)次，他(ta)本人(ren)再也沒做(zuo)第二次，卻(que)浸沉在“成功“的(de)盛名之中。

由于(yu)金(jin)剛石具(ju)有(you)巨(ju)大的(de)商業利(li)潤和工業價值，不(bu)(bu)少的(de)公司、企業集團紛紛組織(zhi)科(ke)(ke)學家重(zhong)　復莫(mo)(mo)(mo)(mo)氏的(de)合成(cheng)金(jin)剛石試(shi)(shi)驗(yan)，希望把(ba)(ba)科(ke)(ke)研成(cheng)果轉(zhuan)化為(wei)工業生產，但卻沒有(you)一個成(cheng)功。這(zhe)就迫(po)使一些人(ren)直接登門找莫(mo)(mo)(mo)(mo)瓦(wa)桑(sang)遺孀了(le)解莫(mo)(mo)(mo)(mo)氏的(de)試(shi)(shi)驗(yan)情況。經(jing)查(cha)明(ming)，那次成(cheng)功的(de)人(ren)造(zao)金(jin)剛石試(shi)(shi)驗(yan)，是(shi)由于(yu)莫(mo)(mo)(mo)(mo)氏生前的(de)助手(shou)對反(fan)復無休止的(de)試(shi)(shi)驗(yan)感到厭煩，但又無法勸阻他不(bu)(bu)再(zai)做(zuo)了(le)，迫(po)于(yu)無奈便俏俏的(de)把(ba)(ba)實(shi)驗(yan)室中(zhong)的(de)一顆(ke)天然金(jin)剛石混跡到實(shi)驗(yan)中(zhong)去，這(zhe)便是(shi)那顆(ke)被(bei)譽為(wei)“攝(she)政王”的(de)真面目了(le)。到頭來，莫(mo)(mo)(mo)(mo)瓦(wa)桑(sang)的(de)人(ren)造(zao)金(jin)剛石，仍然是(shi)“希望之(zhi)星”，對這(zhe)件事(shi)，當然不(bu)(bu)能說(shuo)(shuo)莫(mo)(mo)(mo)(mo)氏有(you)意作(zuo)偽(wei)騙人(ren)，但是(shi)，莫(mo)(mo)(mo)(mo)氏沒有(you)重(zhong)復的(de)做(zuo)出成(cheng)功的(de)第二次、第三次實(shi)驗(yan)，卻律津(jin)樂道，陶醉于(yu)盛名(ming)，卻不(bu)(bu)能不(bu)(bu)說(shuo)(shuo)是(shi)科(ke)(ke)學家不(bu)(bu)應有(you)的(de)過失。

實事求是他說(shuo)，在那個(ge)時代，人造金(jin)剛石只能是“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(xue)只(zhi)能判(pan)斷反應(ying)(ying)進行(xing)的(de)可(ke)能性，要使可(ke)能性變為現實性，化學(xue)家還需考慮動力學(xue)問題(ti)(ti)。如(ru)在(zai)室溫(wen)(wen)和40萬(wan)個(ge)大氣壓(ya)下，石墨的(de)轉化速(su)度(du)(du)緩慢到(dao)難以(yi)察覺。因此速(su)度(du)(du)問題(ti)(ti)。愛林等根據(ju)反應(ying)(ying)速(su)度(du)(du)理論推導得(de)出了轉化過程(cheng)中溫(wen)(wen)度(du)(du)和壓(ya)力對(dui)轉變速(su)度(du)(du)的(de)關系(xi)式(shi)。于是(shi)可(ke)知增(zeng)壓(ya)是(shi)降低反應(ying)(ying)速(su)度(du)(du)的(de)，而(er)高(gao)(gao)溫(wen)(wen)自然是(shi)提高(gao)(gao)反應(ying)(ying)速(su)度(du)(du)的(de)。

綜合(he)起來看(kan)，由熱(re)力(li)(li)學(xue)(xue)來看(kan)，高(gao)(gao)溫不利于金(jin)剛石的熱(re)力(li)(li)學(xue)(xue)穩定(ding)(ding)性(xing)，要使金(jin)剛石在高(gao)(gao)溫下仍具有熱(re)力(li)(li)學(xue)(xue)穩定(ding)(ding)性(xing)，必須(xu)相(xiang)應地(di)高(gao)(gao)壓(ya)。而從動(dong)力(li)(li)學(xue)(xue)來看(kan)，力(li)(li)求高(gao)(gao)溫才有利于反應速度，高(gao)(gao)壓(ya)反而減速。因此，尋求適宜(yi)的轉化條(tiao)(tiao)件(jian)(jian)，應是兼顧二者，使高(gao)(gao)溫與高(gao)(gao)壓(ya)匹(pi)配。此外還需特(te)定(ding)(ding)的溶(rong)(rong)劑(ji)(ji)，使石墨晶(jing)格中的碳(tan)(tan)原子先(xian)溶(rong)(rong)解，然(ran)后在變(bian)更(geng)外界條(tiao)(tiao)件(jian)(jian)下，再使碳(tan)(tan)原子從溶(rong)(rong)劑(ji)(ji)中析出(chu)結晶(jing)形成正(zheng)四面體晶(jing)格。已經知道硫化亞(ya)鐵、鐵以及一(yi)些(xie)過渡金(jin)屬可做溶(rong)(rong)劑(ji)(ji)。

從實驗條件方面來(lai)說，必(bi)須提供能夠產生高壓(ya)的(de)(de)(de)裝(zhuang)置和耐高溫、耐高壓(ya)的(de)(de)(de)設備。1946年，諾貝(bei)爾(er)獎頒給美國科學家布里奇(qi)曼教授，原因是他(ta)發明了達到極高壓(ya)力(li)的(de)(de)(de)裝(zhuang)置，以及在(zai)高壓(ya)物理領域內所作出(chu)的(de)(de)(de)一些重要發現。至此，人造(zao)金剛石才(cai)具備了可能性。

1955年，美國科學家霍爾等在1650℃和95000個(ge)大氣壓下(xia)，合成了金(jin)剛石。并(bing)在類似的(de)條件下(xia)重復多次亦獲(huo)成功(gong)，產(chan)品經各種(zhong)物理的(de)、化學的(de)檢測(ce)，確證為(wei)金(jin)剛石。這是人類歷史上第一次合成人造(zao)金(jin)剛石成功(gong)，然而，這已是莫(mo)瓦桑宣稱“成功(gong)”的(de)62年以后(hou)，莫(mo)氏逝世近半個(ge)世紀(ji)以后(hou)的(de)事了。