人造金剛(gang)(gang)石是什么 人造金剛(gang)(gang)石生產工藝

1、定義

鉆石(shi)，是(shi)珠寶中的(de)(de)(de)貴族，它(ta)通明剔透，散發著清冷高(gao)貴的(de)(de)(de)光輝，頗有“出(chu)(chu)淤泥而(er)不染”的(de)(de)(de)氣質(zhi)。鉆石(shi)亦(yi)被稱為金(jin)(jin)剛石(shi)，因(yin)為它(ta)是(shi)自然(ran)界最堅硬(ying)(ying)無比(bi)的(de)(de)(de)物質(zhi)，摩氏硬(ying)(ying)度(du)10，新摩氏硬(ying)(ying)度(du)15，顯微(wei)硬(ying)(ying)度(du)10000kg/mm2，顯微(wei)硬(ying)(ying)度(du)比(bi)石(shi)英高(gao)1000倍(bei)，比(bi)剛玉高(gao)150倍(bei)。它(ta)的(de)(de)(de)形成和發現極為不易，它(ta)是(shi)碳在地球(qiu)深(shen)部高(gao)溫高(gao)壓的(de)(de)(de)特殊(shu)條件下歷經(jing)億萬年的(de)(de)(de)“苦修(xiu)”轉(zhuan)化而(er)成的(de)(de)(de)，由于地殼的(de)(de)(de)運(yun)動，它(ta)們(men)從(cong)地球(qiu)的(de)(de)(de)深(shen)處來到地表，蘊藏在金(jin)(jin)伯利巖中，從(cong)而(er)被人類發現和開采。 雖(sui)然(ran)人類可以生產出(chu)(chu)人造金(jin)(jin)剛石(shi)，但質(zhi)量(liang)大小還(huan)遠(yuan)遠(yuan)不及(ji)天然(ran)金(jin)(jin)剛石(shi)。

人造金剛石

2、應用

人造(zao)金剛石不(bu)僅可(ke)以加工(gong)成(cheng)價值連(lian)城的珠寶(bao)，在工(gong)業中(zhong)也大(da)有可(ke)為。它(ta)硬(ying)度高、耐(nai)磨(mo)性(xing)好，可(ke)廣泛用于切削(xue)、磨(mo)削(xue)、鉆探；由于導熱率高、電(dian)絕(jue)緣(yuan)性(xing)好，可(ke)作為半(ban)導體裝置的散熱板；它(ta)有優(you)良的透光性(xing)和耐(nai)腐蝕性(xing)，在電(dian)子工(gong)業中(zhong)也得到廣泛應(ying)用。

人造金剛石

1、制造樹脂結合劑磨具或研磨用等

2、制造金(jin)屬(shu)結(jie)合(he)劑(ji)(ji)磨具、陶(tao)瓷結(jie)合(he)劑(ji)(ji)磨具或研磨用等

3、制(zhi)造一般地(di)層地(di)質鉆(zhan)探鉆(zhan)頭(tou)、半導體(ti)及非(fei)金屬(shu)材料切割加工(gong)工(gong)具等

4、制造硬(ying)地(di)層地(di)質鉆(zhan)頭、修正工(gong)具及非金屬硬(ying)脆性材料加工(gong)工(gong)具等

5、樹脂(zhi)、陶瓷結(jie)合劑(ji)磨具(ju)或研磨等

6、金(jin)屬結合劑磨具(ju)、電(dian)鍍(du)制品。鉆探工具(ju)或(huo)研磨等(deng)

7、劇(ju)切(qie)、鉆(zhan)探(tan)及修正工具等

3、發展歷史

18世紀(ji)末，人(ren)們(men)發(fa)現身價(jia)高貴(gui)的(de)金剛石(shi)(shi)竟(jing)然是(shi)碳的(de)一(yi)種(zhong)同素異形(xing)體(ti)，從此，制備人(ren)造金剛石(shi)(shi)就成(cheng)為(wei)了(le)許多(duo)科學家的(de)光榮與夢想。 一(yi)個世紀(ji)以后，石(shi)(shi)墨 —— 碳的(de)另(ling)一(yi)種(zhong)單質形(xing)式被發(fa)現了(le)，人(ren)們(men)便嘗試(shi)模擬自(zi)然過(guo)程(cheng)，讓石(shi)(shi)墨在超(chao)高溫高壓的(de)環境下轉變成(cheng)金剛石(shi)(shi)。為(wei)了(le)縮短反(fan)應時間(jian)，需要(yao)2000℃高溫和5.5萬個大(da)氣(qi)壓的(de)特殊條(tiao)件。

人造金剛石

1955年，美國通用電(dian)氣公(gong)司專門(men)制造(zao)了(le)高(gao)溫高(gao)壓(ya)靜電(dian)設備，得到世界上第一批工業(ye)用人造(zao)金剛(gang)石小晶(jing)體(ti)，從而開(kai)創了(le)工業(ye)規模生產(chan)人造(zao)金剛(gang)石磨料的(de)先河，他們(men)的(de)年產(chan)量在20噸(dun)左右；不久，杜(du)邦(bang)公(gong)司發明了(le)爆(bao)炸法(fa)，利用瞬時爆(bao)炸產(chan)生的(de)高(gao)壓(ya)和(he)急劇升溫，也獲得了(le)幾(ji)毫(hao)米大小的(de)人造(zao)金剛(gang)石。

金(jin)(jin)剛石(shi)薄(bo)膜(mo)的(de)(de)性能(neng)稍(shao)遜于金(jin)(jin)剛石(shi)顆(ke)粒，在(zai)(zai)密度和硬度上都要(yao)低一(yi)(yi)些(xie)。即便如此，它的(de)(de)耐(nai)(nai)磨(mo)性也是數一(yi)(yi)數二，僅5微米厚的(de)(de)薄(bo)膜(mo)，壽命(ming)也比硬質(zhi)合金(jin)(jin)鋼長(chang)10倍(bei)以上。我們知道，唱片的(de)(de)唱針在(zai)(zai)微小的(de)(de)接觸面上要(yao)經(jing)受極大的(de)(de)壓力(li)，同時(shi)要(yao)求(qiu)極長(chang)的(de)(de)耐(nai)(nai)磨(mo)壽命(ming)，只(zhi)要(yao)在(zai)(zai)針尖上沉積(ji)上一(yi)(yi)層(ceng)金(jin)(jin)剛石(shi)薄(bo)膜(mo)，它就可以輕松上陣(zhen)了。如果在(zai)(zai)塑料、玻璃的(de)(de)外面用(yong)金(jin)(jin)剛石(shi)薄(bo)膜(mo)做耐(nai)(nai)磨(mo)涂(tu)層(ceng)，可以大大擴(kuo)展其用(yong)途，開(kai)發性能(neng)優越又經(jing)濟的(de)(de)產品(pin)。

更重(zhong)要的(de)是(shi)，薄(bo)膜(mo)的(de)出現使金(jin)石(shi)的(de)應用(yong)突(tu)破了(le)只能作(zuo)為(wei)切(qie)削(xue)(xue)工(gong)具的(de)樊籬，使其(qi)優異的(de)熱、電、聲、光性能得以充分(fen)發揮。金(jin)剛石(shi)薄(bo)膜(mo)已應用(yong)在半導體(ti)電子裝置(zhi)、光學(xue)聲學(xue)裝置(zhi)、壓力加工(gong)和切(qie)削(xue)(xue)加工(gong)工(gong)具等方面(mian)，其(qi)發展速度驚人，在高(gao)科技領域更加誘人。

用人工(gong)方法(fa)使非(fei)金(jin)(jin)剛(gang)(gang)(gang)石(shi)結構的(de)碳轉變為金(jin)(jin)剛(gang)(gang)(gang)石(shi)結構的(de)碳，并且(qie)通過成(cheng)核(he)和生(sheng)長形成(cheng)單晶和多(duo)晶金(jin)(jin)剛(gang)(gang)(gang)石(shi)，或(huo)把細粒金(jin)(jin)剛(gang)(gang)(gang)石(shi)在高(gao)壓高(gao)溫下燒(shao)結成(cheng)多(duo)晶金(jin)(jin)剛(gang)(gang)(gang)石(shi)。這是高(gao)壓研(yan)究在生(sheng)產(chan)上得到應用的(de)一個重要實例。

人造金剛石產品

從熱力(li)(li)學(xue)(xue)觀(guan)點出(chu)(chu)發，決定石墨(mo)等(deng)非金剛(gang)(gang)石結構的(de)(de)(de)(de)(de)碳質原料(liao)能否轉(zhuan)(zhuan)變(bian)(bian)(bian)(bian)成(cheng)金剛(gang)(gang)石的(de)(de)(de)(de)(de)相變(bian)(bian)(bian)(bian)條件(jian)(jian)(jian)是后者的(de)(de)(de)(de)(de)自(zi)由能必(bi)須(xu)小于(yu)(yu)(yu)前者。這種(zhong)相變(bian)(bian)(bian)(bian)過程(cheng)是在(zai)(zai)高(gao)壓、高(gao)溫(wen)或者還(huan)有(you)其他組(zu)分(fen)參與(yu)的(de)(de)(de)(de)(de)條件(jian)(jian)(jian)下(xia)進行(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)。一定的(de)(de)(de)(de)(de)壓力(li)(li)、溫(wen)度(du)和組(zu)元濃(nong)(nong)度(du)等(deng)可(ke)(ke)(ke)以使(shi)系(xi)統(tong)的(de)(de)(de)(de)(de)內能發生(sheng)變(bian)(bian)(bian)(bian)化，從而使(shi)價電(dian)(dian)(dian)子(zi)可(ke)(ke)(ke)處(chu)(chu)能級(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)統(tong)計(ji)權重發生(sheng)相應的(de)(de)(de)(de)(de)變(bian)(bian)(bian)(bian)化。這就可(ke)(ke)(ke)能出(chu)(chu)現電(dian)(dian)(dian)子(zi)轉(zhuan)(zhuan)移和組(zu)成(cheng)新(xin)的(de)(de)(de)(de)(de)鍵(jian)合狀(zhuang)態(tai)(tai)的(de)(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)子(zi)結構，即發生(sheng)了相變(bian)(bian)(bian)(bian)。如果系(xi)統(tong)中能量變(bian)(bian)(bian)(bian)化有(you)利于(yu)(yu)(yu)在(zai)(zai)固(gu)體(ti)中發生(sheng)這種(zhong)電(dian)(dian)(dian)子(zi)結構的(de)(de)(de)(de)(de)變(bian)(bian)(bian)(bian)化，則高(gao)壓高(gao)溫(wen)相變(bian)(bian)(bian)(bian)發生(sheng)在(zai)(zai)固(gu)態(tai)(tai)，否則就可(ke)(ke)(ke)能發生(sheng)在(zai)(zai)熔態(tai)(tai)或汽(qi)態(tai)(tai)。在(zai)(zai)熔體(ti)中發生(sheng)這種(zhong)變(bian)(bian)(bian)(bian)化的(de)(de)(de)(de)(de)條件(jian)(jian)(jian)是，鍵(jian)合特征的(de)(de)(de)(de)(de)價電(dian)(dian)(dian)子(zi)分(fen)布(bu)的(de)(de)(de)(de)(de)統(tong)計(ji)權重相應降低，遠程(cheng)有(you)序的(de)(de)(de)(de)(de)作用(yong)趨(qu)于(yu)(yu)(yu)消失，原子(zi)配位數發生(sheng)變(bian)(bian)(bian)(bian)化；而電(dian)(dian)(dian)子(zi)處(chu)(chu)于(yu)(yu)(yu)激發態(tai)(tai)的(de)(de)(de)(de)(de)統(tong)計(ji)權重趨(qu)于(yu)(yu)(yu)增大(da)，近(jin)程(cheng)有(you)序作用(yong)相應增強(qiang)。氣體(ti)中發生(sheng)這種(zhong)變(bian)(bian)(bian)(bian)化的(de)(de)(de)(de)(de)條件(jian)(jian)(jian)是，單(dan)質原子(zi)間(jian)或化合物(wu)的(de)(de)(de)(de)(de)鍵(jian)合分(fen)子(zi)間(jian)的(de)(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)子(zi)能級(ji)趨(qu)于(yu)(yu)(yu)消失，所有(you)的(de)(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)子(zi)轉(zhuan)(zhuan)移到單(dan)原子(zi)或分(fen)子(zi)能級(ji)上去，這樣，電(dian)(dian)(dian)子(zi)處(chu)(chu)于(yu)(yu)(yu)激發態(tai)(tai)的(de)(de)(de)(de)(de)統(tong)計(ji)權重更為增大(da)。因此，人造(zao)金剛(gang)(gang)石可(ke)(ke)(ke)以在(zai)(zai)固(gu)態(tai)(tai)，也可(ke)(ke)(ke)在(zai)(zai)熔態(tai)(tai)和汽(qi)態(tai)(tai)條件(jian)(jian)(jian)下(xia)進行(xing)，這取決于(yu)(yu)(yu)壓力(li)(li)、溫(wen)度(du)和組(zu)元濃(nong)(nong)度(du)等(deng)因素(su)引起系(xi)統(tong)內能的(de)(de)(de)(de)(de)變(bian)(bian)(bian)(bian)化情況。從動(dong)力(li)(li)學(xue)(xue)觀(guan)點出(chu)(chu)發，還(huan)要求石墨(mo)等(deng)碳質原料(liao)轉(zhuan)(zhuan)變(bian)(bian)(bian)(bian)成(cheng)金剛(gang)(gang)石時(shi)具(ju)有(you)適(shi)當的(de)(de)(de)(de)(de)轉(zhuan)(zhuan)變(bian)(bian)(bian)(bian)速率(lv)。在(zai)(zai)金剛(gang)(gang)石成(cheng)核率(lv)和生(sheng)長速率(lv)同時(shi)處(chu)(chu)于(yu)(yu)(yu)極大(da)值(zhi)時(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)相變(bian)(bian)(bian)(bian)速率(lv)最(zui)大(da)。

自18世紀(ji)證實了(le)(le)金(jin)剛(gang)石是由純(chun)碳組成的(de)(de)(de)(de)(de)(de)以后，就開(kai)始了(le)(le)對人(ren)(ren)造(zao)(zao)金(jin)剛(gang)石的(de)(de)(de)(de)(de)(de)研究(jiu)，只是在20世紀(ji)50年(nian)代通過高(gao)壓(ya)(ya)研究(jiu)和(he)(he)高(gao)壓(ya)(ya)實驗(yan)技(ji)術的(de)(de)(de)(de)(de)(de)進展(zhan)，才獲得真正的(de)(de)(de)(de)(de)(de)成功和(he)(he)迅(xun)速的(de)(de)(de)(de)(de)(de)發展(zhan)。人(ren)(ren)造(zao)(zao)金(jin)剛(gang)石的(de)(de)(de)(de)(de)(de)具體(ti)方(fang)法(fa)(fa)多達十(shi)幾種(zhong)。按所(suo)用技(ji)術的(de)(de)(de)(de)(de)(de)特(te)點可歸納(na)為靜壓(ya)(ya)、動(dong)壓(ya)(ya)和(he)(he)低壓(ya)(ya)等三(san)種(zhong)方(fang)法(fa)(fa)。按金(jin)剛(gang)石的(de)(de)(de)(de)(de)(de)形成特(te)點可歸納(na)為直接、熔(rong)媒(mei)和(he)(he)外延等三(san)類(lei)方(fang)法(fa)(fa)。圖(tu)表示碳的(de)(de)(de)(de)(de)(de)壓(ya)(ya)力-溫度（□-□）相(xiang)圖(tu)和(he)(he)三(san)種(zhong)方(fang)法(fa)(fa)人(ren)(ren)造(zao)(zao)金(jin)剛(gang)石的(de)(de)(de)(de)(de)(de)實驗(yan)區(qu)。1區(qu)為直接法(fa)(fa)人(ren)(ren)造(zao)(zao)金(jin)剛(gang)石的(de)(de)(de)(de)(de)(de)實驗(yan)區(qu)，2區(qu)為熔(rong)媒(mei)法(fa)(fa)人(ren)(ren)造(zao)(zao)金(jin)剛(gang)石的(de)(de)(de)(de)(de)(de)實驗(yan)區(qu)，3區(qu)為外延法(fa)(fa)人(ren)(ren)造(zao)(zao)金(jin)剛(gang)石的(de)(de)(de)(de)(de)(de)實驗(yan)區(qu)。

4、制造方法

直接法

人造(zao)金(jin)(jin)剛石(shi)或(huo)(huo)(huo)利用瞬時靜態(tai)超高壓高溫技術，或(huo)(huo)(huo)動態(tai)超高壓高溫技術，或(huo)(huo)(huo)兩(liang)者的混合(he)技術，使石(shi)墨等碳質原料從固態(tai)或(huo)(huo)(huo)熔融態(tai)直接轉變成金(jin)(jin)剛石(shi)，這種方法(fa)得到的金(jin)(jin)剛石(shi)是微米尺寸的多晶粉末。

熔媒法

人(ren)造金(jin)(jin)(jin)剛(gang)石(shi)用(yong)靜(jing)態(tai)超高壓(50～100kb，即5～10GPa) 和(he)高溫(1100～3000°C)技術通(tong)過(guo)石(shi)墨等(deng)碳質(zhi)原料和(he)某些(xie)金(jin)(jin)(jin)屬（合金(jin)(jin)(jin)）反應生成金(jin)(jin)(jin)剛(gang)石(shi)，其典(dian)型晶(jing)(jing)態(tai)為立方(fang)體(六面(mian)體)、八面(mian)體和(he)六-八面(mian)體以及它們的(de)(de)(de)過(guo)渡形態(tai)。在工業上顯出(chu)重要(yao)應用(yong)價值的(de)(de)(de)主要(yao)是靜(jing)壓熔媒法。采(cai)用(yong)這種方(fang)法得到的(de)(de)(de)磨料級人(ren)造金(jin)(jin)(jin)剛(gang)石(shi)的(de)(de)(de)產(chan)量(liang)(liang)已(yi)超過(guo)天然(ran)金(jin)(jin)(jin)剛(gang)石(shi)，有待進一(yi)(yi)步(bu)解決的(de)(de)(de)問(wen)題是增大(da)(da)粗粒比，提(ti)高轉化率(lv)和(he)改善晶(jing)(jing)體質(zhi)量(liang)(liang)。目前(qian)正在實驗室中(zhong)用(yong)靜(jing)壓熔媒法研(yan)究優質(zhi)大(da)(da)顆粒單晶(jing)(jing)金(jin)(jin)(jin)剛(gang)石(shi)的(de)(de)(de)形成。加晶(jing)(jing)種外(wai)延生長(chang)法曾得到重1克拉左右的(de)(de)(de)大(da)(da)單晶(jing)(jing);用(yong)一(yi)(yi)般試驗技術略加改進后(hou)，曾得到2～4毫米(mi)左右的(de)(de)(de)晶(jing)(jing)體。采(cai)用(yong)這種方(fang)法還生長(chang)和(he)燒結(jie)出(chu)大(da)(da)顆粒多晶(jing)(jing)金(jin)(jin)(jin)剛(gang)石(shi)，后(hou)者在工業上已(yi)獲得一(yi)(yi)定的(de)(de)(de)應用(yong)，其關鍵問(wen)題在于進一(yi)(yi)步(bu)提(ti)高這種多晶(jing)(jing)金(jin)(jin)(jin)剛(gang)石(shi)的(de)(de)(de)抗壓強(qiang)度、抗沖擊強(qiang)度、耐(nai)磨性和(he)耐(nai)熱性等(deng)綜合性能。

外延法

人(ren)造金剛(gang)石(shi)是利用熱解和電解某些含碳物質時析出的(de)(de)碳源在金剛(gang)石(shi)晶種或某些起(qi)基底(di)作用的(de)(de)物質上進行外延(yan)生長(chang)而成的(de)(de)。

武茲反應法

讓四氯化碳和(he)鈉在700℃反應，生(sheng)成金(jin)剛(gang)石。但是同(tong)時會(hui)生(sheng)成大(da)量的石墨。

形成機制

主(zhu)要有下述幾種學(xue)(xue)說(shuo)(shuo)(shuo)：溶(rong)劑(ji)學(xue)(xue)說(shuo)(shuo)(shuo)認為所(suo)用(yong)(yong)金屬(合金)起著(zhu)碳的(de)溶(rong)劑(ji)作(zuo)用(yong)(yong)；催(cui)化(hua)(hua)學(xue)(xue)說(shuo)(shuo)(shuo)則認為是一種催(cui)化(hua)(hua)劑(ji)；固相轉變(bian)學(xue)(xue)說(shuo)(shuo)(shuo)則強調(diao)石(shi)墨晶(jing)體無(wu)需斷鍵解體，經過簡(jian)單(dan)形變(bian)就(jiu)形成(cheng)金剛石(shi)晶(jing)體。但(dan)這三種典型(xing)學(xue)(xue)說(shuo)(shuo)(shuo)所(suo)提出模型(xing)往往同一些(xie)主(zhu)要實(shi)驗現象和規律相矛盾。因此，出現了溶(rong)劑(ji)-催(cui)化(hua)(hua)劑(ji)、催(cui)化(hua)(hua)劑(ji)-溶(rong)劑(ji)、熔(rong)（溶(rong)）劑(ji)-觸媒（簡(jian)稱為熔(rong)媒）等學(xue)(xue)說(shuo)(shuo)(shuo)進(jin)一步探討所(suo)用(yong)(yong)金屬（合金）的(de)作(zuo)用(yong)(yong)。總的(de)說(shuo)(shuo)(shuo)來(lai)，人造金剛石(shi)的(de)形成(cheng)機制尚(shang)是一個仍在探討中的(de)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(jian)硬的金剛石，其直徑(jing)超(chao)過1厘(li)米，與(yu)其合作(zuo)的公司(si)稱力爭最快投產。

圓柱形的“媛(yuan)石”

這(zhe)種(zhong)圓柱(zhu)形的金剛石是日本愛媛大學研究人員(yuan)與(yu)住(zhu)友電器工業公(gong)司(si)合作的成果，被命名為(wei)“媛石”，取自“愛媛”。

研(yan)究人員入船哲男(nan)介紹(shao)說，媛石(shi)(shi)是(shi)目(mu)前世界上最(zui)堅(jian)硬的人工金剛石(shi)(shi)，比(bi)普通(tong)金剛石(shi)(shi)堅(jian)硬很多(duo)(duo)，因此(ci)可以應用于諸多(duo)(duo)工業(ye)活動當(dang)中。“媛石(shi)(shi)可以幫助人們進一步了解在地球(qiu)深處(chu)高壓高溫條件下形成(cheng)的碳(tan)元(yuan)素單質(zhi)晶(jing)體；同時，作為(wei)一種工業(ye)用品(pin)，它的壽命也比(bi)普通(tong)金剛石(shi)(shi)長好幾倍(bei)。”

6、其它相關

微波法

葉臘(la)石模具的干燥

采用(yong)微波(bo)輥道(dao)窯與(yu)專用(yong)微波(bo)加(jia)(jia)熱(re)工藝，對(dui)葉蠟(la)石模(mo)(mo)具進行(xing)干燥(zao)、焙燒。與(yu)常規電加(jia)(jia)熱(re)方式相比(bi)，可顯著提升(sheng)模(mo)(mo)具的一致性(xing)及其整體品質，生產效率提高數倍(bei)，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)微波(bo)推(tui)板窯(yao)與微波(bo)低(di)氫(qing)（氮氫(qing)混合氣(qi)(qi)）還原(yuan)(yuan)工藝，對石墨加(jia)(jia)觸媒顆粒(li)料進行焙(bei)燒還原(yuan)(yuan)。與常規電加(jia)(jia)熱高(gao)(gao)純氫(qing)氣(qi)(qi)還原(yuan)(yuan)工藝相比，可(ke)大(da)幅降(jiang)低(di)還原(yuan)(yuan)氣(qi)(qi)體的費用(yong)，同時消除爆炸隱患，確保安全生產；產品(pin)一致性(xing)好，品(pin)質穩定(ding)，還原(yuan)(yuan)后的氧含量可(ke)控制在60ppm以下；實(shi)現連續化生產，工藝周期縮短(duan)，生產效率成倍提高(gao)(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

采用微波輥道(dao)窯與專用微波氧化工藝，對人造金剛石中的(de)殘(can)余(yu)石墨進行氧化焙燒(shao)。與常規酸洗工藝相比，可(ke)提升金剛石品質，提高生產(chan)效率，顯著改善生產(chan)環境，無污染(ran)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

采用微波帶式干燥窯或干燥房進行(xing)人(ren)造金剛(gang)石(shi)的干燥。與常規電熱或燃氣(qi)干燥方式相比，干燥快(kuai)速、均勻，大幅(fu)提高生產效率，并顯(xian)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(fa)國化(hua)學家(jia)享利·莫瓦桑〔Ferdinand Frederic Henri Moissan， 1852－ 1907）在(zai)電鍍制取最活潑(po)的(de)(de)非金屬而又(you)毒性很(hen)大(da)的(de)(de)氟，以(yi)及發明高溫電爐并(bing)熔(rong)(rong)煉鎢、鈦、鉬，釩等(deng)高熔(rong)(rong)點金屬方(fang)面，做出了很(hen)大(da)的(de)(de)貢獻，表現了艱(jian)苦卓絕的(de)(de)科學探索精神。成(cheng)為著名的(de)(de)科學家(jia)。

晶瑩透(tou)明(ming)(ming)、硬度(du)第一的(de)(de)金(jin)剛(gang)(gang)石(shi)，特別惹人喜(xi)愛。如(ru)經工匠琢磨(mo)成(cheng)鉆石(shi)，更是(shi)世間奇珍(zhen)異(yi)寶，人類(lei)雖然在(zai)五千年(nian)前(qian)就從自(zi)然界獲取了金(jin)剛(gang)(gang)石(shi)，但一直不(bu)知(zhi)道它是(shi)由什么元素構成(cheng)的(de)(de)。直到1704年(nian)，英國科(ke)學(xue)家牛(niu)頓才證明(ming)(ming)了金(jin)剛(gang)(gang)石(shi)具有可燃(ran)性。以后又經法國科(ke)學(xue)家拉瓦錫（1792年(nian)）、英國科(ke)學(xue)家騰南脫（1797年(nian)），用實驗證明(ming)(ming)了金(jin)剛(gang)(gang)石(shi)和(he)石(shi)墨(mo)(mo)是(shi)碳(tan)的(de)(de)同素異(yi)形體，這才弄清楚(chu)金(jin)剛(gang)(gang)石(shi)是(shi)由純(chun)凈的(de)(de)碳(tan)組成(cheng)的(de)(de)。1799年(nian)，法國化學(xue)家摩爾沃把一顆金(jin)剛(gang)(gang)石(shi)轉(zhuan)變為石(shi)墨(mo)(mo)。這激發了人們的(de)(de)逆向思維，能不(bu)能把石(shi)墨(mo)(mo)轉(zhuan)化成(cheng)金(jin)剛(gang)(gang)石(shi)呢？自(zi)此以后，人們對于(yu)怎樣把石(shi)墨(mo)(mo)轉(zhuan)化為金(jin)剛(gang)(gang)石(shi)，表現(xian)了極(ji)大的(de)(de)興趣(qu)。

誰能獲得這致人巨富(fu)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(ren)造(zao)金(jin)剛石成功了！”欣喜若(ruo)狂的莫(mo)瓦桑一再(zai)向報界宣(xuan)傳他的重大(da)科研成果(guo)。這使(shi)本來因研制氟和高溫電爐而著名的莫(mo)瓦桑，更加 名噪一時。

1906年(nian)(nian)評選(xuan)諾貝(bei)爾化學(xue)(xue)獎時，極富盛名的(de)(de)(de)(de)(de)莫(mo)(mo)瓦(wa)(wa)桑成(cheng)了(le)(le)(le)候選(xuan)人。而(er)另一(yi)(yi)(yi)個(ge)候選(xuan)人便是(shi)以發現元(yuan)素同期(qi)律(lv)，并排(pai)布(bu)元(yuan)素周(zhou)期(qi)表，預言與指導發現新元(yuan)素的(de)(de)(de)(de)(de)俄羅斯(si)科學(xue)(xue)家(jia)門(men)(men)捷(jie)(jie)列夫(fu)。當時瑞典科學(xue)(xue)院化學(xue)(xue)分部(bu)投票(piao)(piao)表決時，10名委員中有(you)5名投莫(mo)(mo)瓦(wa)(wa)桑的(de)(de)(de)(de)(de)票(piao)(piao)，4票(piao)(piao)贊(zan)成(cheng)門(men)(men)捷(jie)(jie)列夫(fu)， l票(piao)(piao)棄(qi)權。結果(guo)莫(mo)(mo)瓦(wa)(wa)桑以一(yi)(yi)(yi)票(piao)(piao)的(de)(de)(de)(de)(de)優勢而(er)獲(huo)獎。雖然，莫(mo)(mo)氏確有(you)重大科研成(cheng)果(guo)。但是(shi)，相(xiang)對于做出時代里(li)程碑式貢(gong)獻的(de)(de)(de)(de)(de)門(men)(men)捷(jie)(jie)列夫(fu)來說，一(yi)(yi)(yi)為(wei)個(ge)別的(de)(de)(de)(de)(de)，一(yi)(yi)(yi)為(wei)全(quan)局性的(de)(de)(de)(de)(de)；一(yi)(yi)(yi)為(wei)重大成(cheng)果(guo)，一(yi)(yi)(yi)為(wei)恩格斯(si)所贊(zan)譽(yu)的(de)(de)(de)(de)(de)“完成(cheng)了(le)(le)(le)科學(xue)(xue)上的(de)(de)(de)(de)(de)一(yi)(yi)(yi)個(ge)勛業(ye)，這(zhe)個(ge)勛業(ye)可(ke)以和勒維烈計(ji)算尚未知道的(de)(de)(de)(de)(de)行星(xing)海王(wang)星(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)軌道的(de)(de)(de)(de)(de)勛業(ye)相(xiang)媲(pi)美(mei)。”當年(nian)(nian)的(de)(de)(de)(de)(de)諾貝(bei)爾化學(xue)(xue)獎頒發給門(men)(men)捷(jie)(jie)列夫(fu)，應是(shi)歷(li)史(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)必然!可(ke)是(shi)卻給予了(le)(le)(le)名噪歐(ou)洲(zhou)的(de)(de)(de)(de)(de)莫(mo)(mo)瓦(wa)(wa)桑。1907年(nian)(nian)門(men)(men)捷(jie)(jie)列夫(fu)和莫(mo)(mo)瓦(wa)(wa)桑都相(xiang)繼逝世(shi)了(le)(le)(le)。可(ke)是(shi)門(men)(men)捷(jie)(jie)列夫(fu)卻失掉了(le)(le)(le)再被(bei)評選(xuan)的(de)(de)(de)(de)(de)可(ke)能(neng)，這(zhe)不能(neng)不說諾貝(bei)爾頒獎歷(li)史(shi)上的(de)(de)(de)(de)(de)一(yi)(yi)(yi)大遺憾！

話又(you)得說回來。1906年瑞(rui)典諾貝爾基金(jin)會宣布，把相當(dang)于10萬法郎的(de)(de)獎(jiang)金(jin)授給莫瓦(wa)桑(sang)，是(shi)“為了(le)表(biao)彰(zhang)他(ta)(ta)在制(zhi)備元素氟方面所做出的(de)(de)杰(jie)出貢獻，表(biao)彰(zhang)他(ta)(ta)發(fa)明了(le)莫氏電爐，”證書上只(zhi)字未提人造金(jin)剛石的(de)(de)事，但莫瓦(wa)桑(sang)在領獎(jiang)致答(da)詞時，卻一(yi)再強調他(ta)(ta)合成人造金(jin)剛石的(de)(de)創舉。

成功的科學(xue)實驗的第一(yi)特征是(shi)可(ke)重(zhong)現性。 然而(er)，莫瓦桑“成功”的人造金(jin)剛石試驗，卻只做了一(yi)次，他本人再也沒做第二次，卻浸(jin)沉(chen)在“成功“的盛名之(zhi)中。

由于(yu)金剛(gang)石具(ju)有巨大(da)的(de)(de)商業(ye)(ye)利潤(run)和(he)工業(ye)(ye)價值，不少的(de)(de)公(gong)司、企業(ye)(ye)集團(tuan)紛(fen)紛(fen)組(zu)織科(ke)(ke)學家重(zhong)　復(fu)(fu)莫(mo)(mo)(mo)氏(shi)的(de)(de)合(he)成金剛(gang)石試驗，希望把科(ke)(ke)研成果轉化為工業(ye)(ye)生(sheng)(sheng)產，但卻沒(mei)有一(yi)(yi)個(ge)成功(gong)(gong)。這(zhe)就迫(po)使一(yi)(yi)些人(ren)直接登門找莫(mo)(mo)(mo)瓦桑(sang)遺孀了(le)解莫(mo)(mo)(mo)氏(shi)的(de)(de)試驗情況。經查明，那(nei)次成功(gong)(gong)的(de)(de)人(ren)造金剛(gang)石試驗，是(shi)由于(yu)莫(mo)(mo)(mo)氏(shi)生(sheng)(sheng)前(qian)的(de)(de)助手(shou)對反復(fu)(fu)無休止(zhi)的(de)(de)試驗感到(dao)(dao)厭煩，但又無法勸阻(zu)他不再做(zuo)了(le)，迫(po)于(yu)無奈便(bian)(bian)俏俏的(de)(de)把實驗室(shi)中的(de)(de)一(yi)(yi)顆(ke)天然(ran)(ran)金剛(gang)石混跡到(dao)(dao)實驗中去，這(zhe)便(bian)(bian)是(shi)那(nei)顆(ke)被譽(yu)為“攝政(zheng)王”的(de)(de)真面目了(le)。到(dao)(dao)頭來，莫(mo)(mo)(mo)瓦桑(sang)的(de)(de)人(ren)造金剛(gang)石，仍然(ran)(ran)是(shi)“希望之星”，對這(zhe)件事，當(dang)然(ran)(ran)不能說(shuo)莫(mo)(mo)(mo)氏(shi)有意作偽騙人(ren)，但是(shi)，莫(mo)(mo)(mo)氏(shi)沒(mei)有重(zhong)復(fu)(fu)的(de)(de)做(zuo)出成功(gong)(gong)的(de)(de)第二次、第三次實驗，卻律津樂道，陶醉于(yu)盛名，卻不能不說(shuo)是(shi)科(ke)(ke)學家不應有的(de)(de)過失。

實事求(qiu)是他說(shuo)，在那個(ge)時代，人造(zao)金剛(gang)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(re)力學只能(neng)判斷反應進行的(de)(de)可能(neng)性，要使可能(neng)性變(bian)為現實(shi)性，化(hua)學家還需考(kao)慮動力學問題(ti)。如在室溫和40萬個大氣壓下，石(shi)墨的(de)(de)轉(zhuan)(zhuan)化(hua)速(su)(su)度(du)緩慢到難以察覺。因此(ci)速(su)(su)度(du)問題(ti)。愛(ai)林等根(gen)據反應速(su)(su)度(du)理論(lun)推導得出了轉(zhuan)(zhuan)化(hua)過程(cheng)中(zhong)溫度(du)和壓力對(dui)轉(zhuan)(zhuan)變(bian)速(su)(su)度(du)的(de)(de)關系式。于是(shi)可知增壓是(shi)降低反應速(su)(su)度(du)的(de)(de)，而高(gao)(gao)溫自然(ran)是(shi)提高(gao)(gao)反應速(su)(su)度(du)的(de)(de)。

綜合(he)起來看(kan)，由熱(re)(re)力(li)(li)學(xue)(xue)來看(kan)，高(gao)溫不利(li)于(yu)金(jin)剛石(shi)的(de)熱(re)(re)力(li)(li)學(xue)(xue)穩定性，要(yao)使(shi)(shi)金(jin)剛石(shi)在(zai)高(gao)溫下仍具有熱(re)(re)力(li)(li)學(xue)(xue)穩定性，必(bi)須相應地高(gao)壓。而從動力(li)(li)學(xue)(xue)來看(kan)，力(li)(li)求(qiu)高(gao)溫才有利(li)于(yu)反(fan)應速度，高(gao)壓反(fan)而減(jian)速。因此，尋求(qiu)適宜的(de)轉化條件，應是兼顧二者，使(shi)(shi)高(gao)溫與高(gao)壓匹(pi)配。此外還需特定的(de)溶(rong)劑(ji)，使(shi)(shi)石(shi)墨晶格(ge)中的(de)碳原子(zi)先溶(rong)解(jie)，然(ran)后(hou)在(zai)變更外界條件下，再使(shi)(shi)碳原子(zi)從溶(rong)劑(ji)中析出結晶形(xing)成正四(si)面體晶格(ge)。已(yi)經知道硫化亞鐵、鐵以及一些(xie)過渡金(jin)屬可做(zuo)溶(rong)劑(ji)。

從實驗條件方面來說(shuo)，必(bi)須提供能(neng)夠產生高壓的裝(zhuang)置和耐高溫、耐高壓的設備(bei)。1946年，諾貝爾獎頒給美國科學家布里奇曼教授，原因(yin)是他發明(ming)了達到極高壓力的裝(zhuang)置，以及在高壓物理領域(yu)內所作出的一些(xie)重要發現。至(zhi)此，人(ren)造金剛石才(cai)具備(bei)了可能(neng)性。

1955年(nian)，美(mei)國科學(xue)家霍爾(er)等在(zai)1650℃和95000個(ge)大氣壓下，合成了金(jin)剛石(shi)(shi)。并(bing)在(zai)類(lei)似的條件下重(zhong)復多次(ci)亦獲(huo)成功，產(chan)品經各種物理(li)的、化學(xue)的檢測，確證(zheng)為金(jin)剛石(shi)(shi)。這(zhe)是人類(lei)歷史上第一次(ci)合成人造金(jin)剛石(shi)(shi)成功，然而，這(zhe)已是莫瓦桑宣(xuan)稱“成功”的62年(nian)以(yi)后(hou)，莫氏逝世(shi)(shi)近(jin)半個(ge)世(shi)(shi)紀以(yi)后(hou)的事了。