人造金(jin)剛石是什么 人造金(jin)剛石生(sheng)產工藝

1、定義

鉆(zhan)石(shi)(shi)(shi)，是珠寶中的(de)貴(gui)族，它(ta)(ta)(ta)通明剔透，散發著(zhu)清冷高(gao)(gao)貴(gui)的(de)光輝，頗有“出(chu)淤泥而不染”的(de)氣(qi)質(zhi)。鉆(zhan)石(shi)(shi)(shi)亦被稱為金剛(gang)(gang)石(shi)(shi)(shi)，因(yin)為它(ta)(ta)(ta)是自然(ran)界最堅硬(ying)無比(bi)(bi)的(de)物質(zhi)，摩氏(shi)硬(ying)度(du)(du)10，新摩氏(shi)硬(ying)度(du)(du)15，顯微硬(ying)度(du)(du)10000kg/mm2，顯微硬(ying)度(du)(du)比(bi)(bi)石(shi)(shi)(shi)英高(gao)(gao)1000倍，比(bi)(bi)剛(gang)(gang)玉高(gao)(gao)150倍。它(ta)(ta)(ta)的(de)形成和發現極(ji)為不易，它(ta)(ta)(ta)是碳在地球深部高(gao)(gao)溫高(gao)(gao)壓的(de)特殊條(tiao)件(jian)下歷(li)經億萬年的(de)“苦修(xiu)”轉化而成的(de)，由于地殼(ke)的(de)運動，它(ta)(ta)(ta)們從地球的(de)深處來到(dao)地表，蘊藏在金伯利巖中，從而被人(ren)類(lei)發現和開采。 雖然(ran)人(ren)類(lei)可以生產出(chu)人(ren)造金剛(gang)(gang)石(shi)(shi)(shi)，但質(zhi)量大小還遠遠不及(ji)天然(ran)金剛(gang)(gang)石(shi)(shi)(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(zhi)連(lian)城(cheng)的(de)珠寶，在工(gong)業中也(ye)大有可(ke)為(wei)。它硬度高、耐(nai)磨性(xing)好，可(ke)廣(guang)泛用于切削、磨削、鉆探；由于導熱(re)率高、電絕緣性(xing)好，可(ke)作(zuo)為(wei)半(ban)導體裝置的(de)散熱(re)板；它有優良的(de)透光性(xing)和耐(nai)腐蝕性(xing)，在電子(zi)工(gong)業中也(ye)得到廣(guang)泛應用。

人造金剛石

1、制造樹(shu)脂結合(he)劑(ji)磨具或研磨用等

2、制造金屬結(jie)合(he)劑磨(mo)(mo)具(ju)(ju)、陶瓷(ci)結(jie)合(he)劑磨(mo)(mo)具(ju)(ju)或研(yan)磨(mo)(mo)用等

3、制造一般地層地質鉆探(tan)鉆頭、半導體及(ji)非金(jin)屬材料切割加工工具等(deng)

4、制造硬地層地質鉆頭、修正工(gong)(gong)具(ju)(ju)及非金屬硬脆性材料(liao)加工(gong)(gong)工(gong)(gong)具(ju)(ju)等

5、樹脂、陶瓷結合劑磨具或研磨等(deng)

6、金屬結合劑磨具、電鍍制品。鉆探工具或研磨等

7、劇切、鉆探及(ji)修正工具等

3、發展歷史

18世紀末(mo)，人(ren)們(men)發現(xian)(xian)身價高(gao)貴的(de)(de)(de)(de)金(jin)剛(gang)石(shi)竟然(ran)是碳的(de)(de)(de)(de)一種(zhong)同素異形體，從此(ci)，制備人(ren)造(zao)金(jin)剛(gang)石(shi)就成為了許(xu)多科(ke)學家(jia)的(de)(de)(de)(de)光榮與夢想。 一個世紀以后(hou)，石(shi)墨 —— 碳的(de)(de)(de)(de)另一種(zhong)單(dan)質(zhi)形式被發現(xian)(xian)了，人(ren)們(men)便(bian)嘗試模擬自(zi)然(ran)過(guo)程，讓石(shi)墨在超高(gao)溫(wen)高(gao)壓的(de)(de)(de)(de)環境下轉變(bian)成金(jin)剛(gang)石(shi)。為了縮短反應(ying)時(shi)間，需要2000℃高(gao)溫(wen)和5.5萬(wan)個大氣壓的(de)(de)(de)(de)特殊(shu)條件(jian)。

人造金剛石

1955年，美國通(tong)用電(dian)氣公司專門制造了(le)高(gao)溫高(gao)壓靜電(dian)設備(bei)，得到世(shi)界上(shang)第一(yi)批(pi)工業用人(ren)造金(jin)剛(gang)石(shi)小(xiao)晶體，從(cong)而開創了(le)工業規(gui)模生產(chan)人(ren)造金(jin)剛(gang)石(shi)磨料(liao)的先(xian)河，他們的年產(chan)量在20噸左右；不久，杜邦公司發明了(le)爆(bao)炸法，利用瞬時爆(bao)炸產(chan)生的高(gao)壓和急劇升(sheng)溫，也(ye)獲得了(le)幾毫米大小(xiao)的人(ren)造金(jin)剛(gang)石(shi)。

金(jin)剛(gang)石薄膜(mo)的(de)(de)性能稍遜于金(jin)剛(gang)石顆粒(li)，在(zai)密度和硬度上都要低一些(xie)。即便(bian)如(ru)此(ci)，它的(de)(de)耐(nai)磨性也是數一數二，僅5微米厚的(de)(de)薄膜(mo)，壽(shou)(shou)命(ming)也比(bi)硬質(zhi)合金(jin)鋼長10倍以(yi)上。我們知道，唱(chang)片(pian)的(de)(de)唱(chang)針在(zai)微小的(de)(de)接(jie)觸面(mian)上要經(jing)受極(ji)大(da)(da)的(de)(de)壓力，同(tong)時(shi)要求(qiu)極(ji)長的(de)(de)耐(nai)磨壽(shou)(shou)命(ming)，只要在(zai)針尖上沉積上一層(ceng)金(jin)剛(gang)石薄膜(mo)，它就可以(yi)輕松(song)上陣了(le)。如(ru)果在(zai)塑料(liao)、玻璃的(de)(de)外面(mian)用金(jin)剛(gang)石薄膜(mo)做耐(nai)磨涂層(ceng)，可以(yi)大(da)(da)大(da)(da)擴(kuo)展其用途，開(kai)發性能優(you)越又經(jing)濟的(de)(de)產(chan)品(pin)。

更重要的是(shi)，薄(bo)膜(mo)的出現使(shi)(shi)金石(shi)的應(ying)用突(tu)破(po)了只能(neng)作為切削(xue)工(gong)具的樊(fan)籬，使(shi)(shi)其(qi)(qi)優異的熱、電、聲(sheng)、光性能(neng)得(de)以(yi)充分發揮。金剛石(shi)薄(bo)膜(mo)已應(ying)用在半導體電子裝(zhuang)置、光學(xue)聲(sheng)學(xue)裝(zhuang)置、壓(ya)力加工(gong)和切削(xue)加工(gong)工(gong)具等方面，其(qi)(qi)發展速度驚人(ren)(ren)，在高科技領域更加誘人(ren)(ren)。

用(yong)人(ren)工(gong)方法使非金(jin)(jin)剛石(shi)(shi)結構的(de)碳轉變為金(jin)(jin)剛石(shi)(shi)結構的(de)碳，并且通過成(cheng)核(he)和生長形(xing)成(cheng)單晶(jing)和多晶(jing)金(jin)(jin)剛石(shi)(shi)，或(huo)把細(xi)粒(li)金(jin)(jin)剛石(shi)(shi)在(zai)高壓(ya)(ya)高溫下燒(shao)結成(cheng)多晶(jing)金(jin)(jin)剛石(shi)(shi)。這(zhe)是高壓(ya)(ya)研究在(zai)生產上得到應用(yong)的(de)一個(ge)重要實例(li)。

人造金剛石產品

從(cong)(cong)熱力(li)(li)學觀點出發(fa)(fa)(fa)，決定石(shi)(shi)墨(mo)等(deng)非(fei)金剛石(shi)(shi)結構(gou)的(de)(de)(de)碳質原(yuan)料能(neng)否轉(zhuan)(zhuan)變(bian)(bian)(bian)成(cheng)(cheng)金剛石(shi)(shi)的(de)(de)(de)相(xiang)變(bian)(bian)(bian)條(tiao)(tiao)(tiao)件(jian)是(shi)后(hou)者的(de)(de)(de)自(zi)由能(neng)必須小于(yu)前(qian)者。這(zhe)(zhe)(zhe)種相(xiang)變(bian)(bian)(bian)過程(cheng)(cheng)是(shi)在(zai)(zai)(zai)(zai)高(gao)壓、高(gao)溫(wen)或(huo)者還有(you)其他(ta)組(zu)(zu)分參與的(de)(de)(de)條(tiao)(tiao)(tiao)件(jian)下(xia)(xia)進行的(de)(de)(de)。一(yi)定的(de)(de)(de)壓力(li)(li)、溫(wen)度和組(zu)(zu)元濃度等(deng)可(ke)(ke)以(yi)(yi)使系(xi)統(tong)的(de)(de)(de)內(nei)能(neng)發(fa)(fa)(fa)生(sheng)變(bian)(bian)(bian)化，從(cong)(cong)而使價(jia)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)(zi)可(ke)(ke)處(chu)能(neng)級(ji)的(de)(de)(de)統(tong)計(ji)權(quan)(quan)重(zhong)發(fa)(fa)(fa)生(sheng)相(xiang)應的(de)(de)(de)變(bian)(bian)(bian)化。這(zhe)(zhe)(zhe)就可(ke)(ke)能(neng)出現電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)(zi)轉(zhuan)(zhuan)移和組(zu)(zu)成(cheng)(cheng)新的(de)(de)(de)鍵(jian)合(he)狀態(tai)(tai)的(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)(zi)結構(gou)，即發(fa)(fa)(fa)生(sheng)了相(xiang)變(bian)(bian)(bian)。如果系(xi)統(tong)中能(neng)量變(bian)(bian)(bian)化有(you)利于(yu)在(zai)(zai)(zai)(zai)固(gu)體(ti)中發(fa)(fa)(fa)生(sheng)這(zhe)(zhe)(zhe)種電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)(zi)結構(gou)的(de)(de)(de)變(bian)(bian)(bian)化，則高(gao)壓高(gao)溫(wen)相(xiang)變(bian)(bian)(bian)發(fa)(fa)(fa)生(sheng)在(zai)(zai)(zai)(zai)固(gu)態(tai)(tai)，否則就可(ke)(ke)能(neng)發(fa)(fa)(fa)生(sheng)在(zai)(zai)(zai)(zai)熔(rong)態(tai)(tai)或(huo)汽態(tai)(tai)。在(zai)(zai)(zai)(zai)熔(rong)體(ti)中發(fa)(fa)(fa)生(sheng)這(zhe)(zhe)(zhe)種變(bian)(bian)(bian)化的(de)(de)(de)條(tiao)(tiao)(tiao)件(jian)是(shi)，鍵(jian)合(he)特(te)征的(de)(de)(de)價(jia)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)(zi)分布的(de)(de)(de)統(tong)計(ji)權(quan)(quan)重(zhong)相(xiang)應降低，遠(yuan)程(cheng)(cheng)有(you)序(xu)的(de)(de)(de)作(zuo)用(yong)趨(qu)(qu)于(yu)消失，原(yuan)子(zi)(zi)(zi)(zi)配位數發(fa)(fa)(fa)生(sheng)變(bian)(bian)(bian)化；而電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)(zi)處(chu)于(yu)激(ji)發(fa)(fa)(fa)態(tai)(tai)的(de)(de)(de)統(tong)計(ji)權(quan)(quan)重(zhong)趨(qu)(qu)于(yu)增(zeng)大(da)(da)，近(jin)程(cheng)(cheng)有(you)序(xu)作(zuo)用(yong)相(xiang)應增(zeng)強。氣體(ti)中發(fa)(fa)(fa)生(sheng)這(zhe)(zhe)(zhe)種變(bian)(bian)(bian)化的(de)(de)(de)條(tiao)(tiao)(tiao)件(jian)是(shi)，單質原(yuan)子(zi)(zi)(zi)(zi)間(jian)或(huo)化合(he)物的(de)(de)(de)鍵(jian)合(he)分子(zi)(zi)(zi)(zi)間(jian)的(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)(zi)能(neng)級(ji)趨(qu)(qu)于(yu)消失，所(suo)有(you)的(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)(zi)轉(zhuan)(zhuan)移到單原(yuan)子(zi)(zi)(zi)(zi)或(huo)分子(zi)(zi)(zi)(zi)能(neng)級(ji)上(shang)去，這(zhe)(zhe)(zhe)樣(yang)，電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)(zi)處(chu)于(yu)激(ji)發(fa)(fa)(fa)態(tai)(tai)的(de)(de)(de)統(tong)計(ji)權(quan)(quan)重(zhong)更為增(zeng)大(da)(da)。因此，人造金剛石(shi)(shi)可(ke)(ke)以(yi)(yi)在(zai)(zai)(zai)(zai)固(gu)態(tai)(tai)，也可(ke)(ke)在(zai)(zai)(zai)(zai)熔(rong)態(tai)(tai)和汽態(tai)(tai)條(tiao)(tiao)(tiao)件(jian)下(xia)(xia)進行，這(zhe)(zhe)(zhe)取(qu)決于(yu)壓力(li)(li)、溫(wen)度和組(zu)(zu)元濃度等(deng)因素(su)引起系(xi)統(tong)內(nei)能(neng)的(de)(de)(de)變(bian)(bian)(bian)化情(qing)況。從(cong)(cong)動力(li)(li)學觀點出發(fa)(fa)(fa)，還要(yao)求石(shi)(shi)墨(mo)等(deng)碳質原(yuan)料轉(zhuan)(zhuan)變(bian)(bian)(bian)成(cheng)(cheng)金剛石(shi)(shi)時具(ju)有(you)適當(dang)的(de)(de)(de)轉(zhuan)(zhuan)變(bian)(bian)(bian)速(su)率(lv)。在(zai)(zai)(zai)(zai)金剛石(shi)(shi)成(cheng)(cheng)核率(lv)和生(sheng)長速(su)率(lv)同時處(chu)于(yu)極大(da)(da)值時的(de)(de)(de)相(xiang)變(bian)(bian)(bian)速(su)率(lv)最大(da)(da)。

自(zi)18世(shi)紀證實(shi)了(le)金(jin)(jin)剛(gang)(gang)石(shi)是由純碳組成的(de)(de)(de)以后(hou)，就開始(shi)了(le)對人(ren)造金(jin)(jin)剛(gang)(gang)石(shi)的(de)(de)(de)研(yan)究，只是在20世(shi)紀50年代通過高壓(ya)(ya)研(yan)究和(he)高壓(ya)(ya)實(shi)驗(yan)技術(shu)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(ren)造金(jin)(jin)剛(gang)(gang)石(shi)的(de)(de)(de)具體方(fang)法多達(da)十幾種。按所用技術(shu)的(de)(de)(de)特(te)點(dian)可(ke)歸納為(wei)靜壓(ya)(ya)、動壓(ya)(ya)和(he)低壓(ya)(ya)等(deng)三種方(fang)法。按金(jin)(jin)剛(gang)(gang)石(shi)的(de)(de)(de)形成特(te)點(dian)可(ke)歸納為(wei)直接、熔(rong)媒(mei)和(he)外延(yan)等(deng)三類方(fang)法。圖(tu)表示碳的(de)(de)(de)壓(ya)(ya)力-溫度（□-□）相圖(tu)和(he)三種方(fang)法人(ren)造金(jin)(jin)剛(gang)(gang)石(shi)的(de)(de)(de)實(shi)驗(yan)區。1區為(wei)直接法人(ren)造金(jin)(jin)剛(gang)(gang)石(shi)的(de)(de)(de)實(shi)驗(yan)區，2區為(wei)熔(rong)媒(mei)法人(ren)造金(jin)(jin)剛(gang)(gang)石(shi)的(de)(de)(de)實(shi)驗(yan)區，3區為(wei)外延(yan)法人(ren)造金(jin)(jin)剛(gang)(gang)石(shi)的(de)(de)(de)實(shi)驗(yan)區。

4、制造方法

直接法

人造(zao)金剛(gang)石或利用(yong)瞬時靜態(tai)超高(gao)壓(ya)高(gao)溫技(ji)術(shu)(shu)，或動(dong)態(tai)超高(gao)壓(ya)高(gao)溫技(ji)術(shu)(shu)，或兩(liang)者的混合技(ji)術(shu)(shu)，使石墨等(deng)碳質(zhi)原(yuan)料從固態(tai)或熔(rong)融態(tai)直(zhi)接轉變成金剛(gang)石，這種方法得到的金剛(gang)石是微米(mi)尺寸的多晶粉(fen)末。

熔媒法

人造金剛(gang)石(shi)(shi)(shi)用(yong)(yong)靜(jing)(jing)態(tai)超高(gao)壓(ya)(50～100kb，即5～10GPa) 和高(gao)溫(1100～3000°C)技術通過石(shi)(shi)(shi)墨等碳質(zhi)原料和某些金屬(shu)（合(he)金）反應(ying)生成金剛(gang)石(shi)(shi)(shi)，其(qi)典型(xing)晶(jing)(jing)態(tai)為立方(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)(de)過渡形態(tai)。在(zai)(zai)工業上顯出(chu)(chu)重要應(ying)用(yong)(yong)價值的(de)(de)(de)主要是(shi)靜(jing)(jing)壓(ya)熔媒(mei)法(fa)。采用(yong)(yong)這種(zhong)(zhong)(zhong)方(fang)法(fa)得(de)到的(de)(de)(de)磨(mo)(mo)料級人造金剛(gang)石(shi)(shi)(shi)的(de)(de)(de)產(chan)量(liang)已超過天然金剛(gang)石(shi)(shi)(shi)，有待(dai)進(jin)一步(bu)解決的(de)(de)(de)問(wen)題是(shi)增大粗(cu)粒比(bi)，提(ti)高(gao)轉(zhuan)化(hua)率和改(gai)善晶(jing)(jing)體(ti)質(zhi)量(liang)。目前(qian)正在(zai)(zai)實(shi)驗室中(zhong)用(yong)(yong)靜(jing)(jing)壓(ya)熔媒(mei)法(fa)研究優質(zhi)大顆粒單(dan)晶(jing)(jing)金剛(gang)石(shi)(shi)(shi)的(de)(de)(de)形成。加晶(jing)(jing)種(zhong)(zhong)(zhong)外延生長法(fa)曾得(de)到重1克拉左右的(de)(de)(de)大單(dan)晶(jing)(jing);用(yong)(yong)一般(ban)試驗技術略加改(gai)進(jin)后(hou)，曾得(de)到2～4毫(hao)米(mi)左右的(de)(de)(de)晶(jing)(jing)體(ti)。采用(yong)(yong)這種(zhong)(zhong)(zhong)方(fang)法(fa)還生長和燒(shao)結出(chu)(chu)大顆粒多晶(jing)(jing)金剛(gang)石(shi)(shi)(shi)，后(hou)者在(zai)(zai)工業上已獲得(de)一定的(de)(de)(de)應(ying)用(yong)(yong)，其(qi)關鍵問(wen)題在(zai)(zai)于進(jin)一步(bu)提(ti)高(gao)這種(zhong)(zhong)(zhong)多晶(jing)(jing)金剛(gang)石(shi)(shi)(shi)的(de)(de)(de)抗壓(ya)強度、抗沖擊(ji)強度、耐磨(mo)(mo)性和耐熱性等綜合(he)性能(neng)。

外延法

人造金剛(gang)石是(shi)利用(yong)熱解和電解某些(xie)(xie)含(han)碳(tan)物質時析出的(de)碳(tan)源在金剛(gang)石晶種或某些(xie)(xie)起基(ji)底作用(yong)的(de)物質上進行外延生長(chang)而成的(de)。

武茲反應法

讓四氯化碳和鈉在700℃反應，生(sheng)成金剛石(shi)。但是同(tong)時會生(sheng)成大量的石(shi)墨。

形成機制

主要有下述(shu)幾種(zhong)學(xue)(xue)說：溶(rong)劑(ji)(ji)學(xue)(xue)說認為(wei)所用(yong)金(jin)屬(shu)(合金(jin))起著碳(tan)的(de)溶(rong)劑(ji)(ji)作用(yong)；催(cui)(cui)化學(xue)(xue)說則認為(wei)是一(yi)(yi)(yi)種(zhong)催(cui)(cui)化劑(ji)(ji)；固相(xiang)轉(zhuan)變學(xue)(xue)說則強調石(shi)墨晶體無需斷鍵解體，經過簡(jian)單(dan)形變就形成金(jin)剛(gang)石(shi)晶體。但這三種(zhong)典型(xing)學(xue)(xue)說所提出模型(xing)往往同一(yi)(yi)(yi)些主要實(shi)驗現象和規律(lv)相(xiang)矛盾(dun)。因此，出現了溶(rong)劑(ji)(ji)-催(cui)(cui)化劑(ji)(ji)、催(cui)(cui)化劑(ji)(ji)-溶(rong)劑(ji)(ji)、熔(rong)（溶(rong)）劑(ji)(ji)-觸媒(mei)（簡(jian)稱為(wei)熔(rong)媒(mei)）等學(xue)(xue)說進一(yi)(yi)(yi)步探討所用(yong)金(jin)屬(shu)（合金(jin)）的(de)作用(yong)。總的(de)說來，人造金(jin)剛(gang)石(shi)的(de)形成機制(zhi)尚是一(yi)(yi)(yi)個仍在探討中的(de)復雜問題(ti)。

5、案例

媛石

2010年(nian)12月，日本科學(xue)家成功(gong)合成了(le)世界上最(zui)(zui)堅硬的金(jin)剛(gang)石，其直徑超(chao)過1厘米，與其合作的公(gong)司稱力(li)爭最(zui)(zui)快投(tou)產。

圓(yuan)柱形的“媛石”

這種(zhong)圓柱(zhu)形的金剛石是日本愛媛大學(xue)研(yan)究人(ren)員與(yu)住友電(dian)器工業(ye)公司合(he)作的成果，被命名為“媛石”，取自(zi)“愛媛”。

研究人(ren)(ren)員(yuan)入船(chuan)哲男介紹說，媛石是目前世界上最堅(jian)硬的(de)人(ren)(ren)工金(jin)(jin)剛石，比普通(tong)金(jin)(jin)剛石堅(jian)硬很(hen)多，因此可以(yi)應(ying)用(yong)于(yu)諸多工業(ye)活動當中(zhong)。“媛石可以(yi)幫(bang)助人(ren)(ren)們進(jin)一步了解(jie)在地球深處高壓高溫(wen)條(tiao)件下形成(cheng)的(de)碳元(yuan)素(su)單質晶體；同時，作為一種工業(ye)用(yong)品(pin)，它的(de)壽(shou)命也比普通(tong)金(jin)(jin)剛石長好幾倍(bei)。”

6、其它相關

微波法

葉臘(la)石模具的干燥(zao)

采用(yong)微(wei)波輥道窯(yao)與(yu)專用(yong)微(wei)波加熱工(gong)藝，對葉蠟石模具(ju)進行干燥、焙(bei)燒。與(yu)常規電加熱方式相比，可顯著提升模具(ju)的一(yi)致性及(ji)其(qi)整體(ti)品質，生產效率提高數倍，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(cai)用微波推(tui)板窯與微波低氫（氮(dan)氫混合氣）還(huan)(huan)原(yuan)(yuan)工藝(yi)，對石墨加(jia)觸(chu)媒(mei)顆(ke)粒料(liao)進行焙燒還(huan)(huan)原(yuan)(yuan)。與常規(gui)電(dian)加(jia)熱高純氫氣還(huan)(huan)原(yuan)(yuan)工藝(yi)相比(bi)，可大幅降低還(huan)(huan)原(yuan)(yuan)氣體的費(fei)用，同(tong)時消除爆炸隱患，確保安全生產(chan)；產(chan)品一致性好，品質穩(wen)定(ding)，還(huan)(huan)原(yuan)(yuan)后的氧含(han)量可控制在60ppm以(yi)下；實現連(lian)續(xu)化(hua)生產(chan)，工藝(yi)周期縮短，生產(chan)效率成倍提高，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(wei)波(bo)輥道(dao)窯與專用微(wei)波(bo)氧化(hua)工藝(yi)，對人造金(jin)剛石(shi)中的殘余石(shi)墨進行氧化(hua)焙(bei)燒。與常規酸洗工藝(yi)相(xiang)比，可提(ti)升金(jin)剛石(shi)品質，提(ti)高生產效率，顯著改善生產環(huan)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

采用微波帶(dai)式干燥(zao)窯或干燥(zao)房進(jin)行人造金(jin)剛石的干燥(zao)。與常規電熱或燃氣(qi)干燥(zao)方式相比(bi)，干燥(zao)快速、均勻，大(da)幅提高生(sheng)產效(xiao)率(lv)，并(bing)顯著節能。

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(jia)享(xiang)利·莫瓦桑〔Ferdinand Frederic Henri Moissan， 1852－ 1907）在電(dian)鍍制取最活潑的(de)(de)非(fei)金屬而(er)又毒性很大的(de)(de)氟(fu)，以及發明高溫電(dian)爐并熔煉(lian)鎢、鈦、鉬，釩(fan)等高熔點金屬方面，做出了(le)(le)很大的(de)(de)貢獻，表現了(le)(le)艱苦卓(zhuo)絕(jue)的(de)(de)科(ke)學(xue)探索精神(shen)。成(cheng)為著名的(de)(de)科(ke)學(xue)家(jia)。

晶(jing)瑩透明、硬度第一的(de)(de)(de)(de)金(jin)(jin)(jin)剛(gang)石(shi)(shi)，特別惹人喜愛(ai)。如經(jing)工匠琢磨成(cheng)(cheng)鉆石(shi)(shi)，更是(shi)世(shi)間奇(qi)珍異寶，人類雖然在(zai)五千年(nian)(nian)前就從自然界獲取了金(jin)(jin)(jin)剛(gang)石(shi)(shi)，但一直(zhi)不知道它是(shi)由什么(me)元素構(gou)成(cheng)(cheng)的(de)(de)(de)(de)。直(zhi)到(dao)1704年(nian)(nian)，英國(guo)科學家(jia)(jia)牛頓(dun)才證(zheng)明了金(jin)(jin)(jin)剛(gang)石(shi)(shi)具有可燃性。以后(hou)又經(jing)法(fa)國(guo)科學家(jia)(jia)拉瓦錫（1792年(nian)(nian)）、英國(guo)科學家(jia)(jia)騰南(nan)脫（1797年(nian)(nian)），用實驗(yan)證(zheng)明了金(jin)(jin)(jin)剛(gang)石(shi)(shi)和石(shi)(shi)墨(mo)是(shi)碳的(de)(de)(de)(de)同素異形體，這才弄清楚(chu)金(jin)(jin)(jin)剛(gang)石(shi)(shi)是(shi)由純凈的(de)(de)(de)(de)碳組成(cheng)(cheng)的(de)(de)(de)(de)。1799年(nian)(nian)，法(fa)國(guo)化學家(jia)(jia)摩(mo)爾沃把(ba)(ba)(ba)一顆金(jin)(jin)(jin)剛(gang)石(shi)(shi)轉(zhuan)變為石(shi)(shi)墨(mo)。這激發了人們(men)的(de)(de)(de)(de)逆向(xiang)思維，能不能把(ba)(ba)(ba)石(shi)(shi)墨(mo)轉(zhuan)化成(cheng)(cheng)金(jin)(jin)(jin)剛(gang)石(shi)(shi)呢？自此以后(hou)，人們(men)對(dui)于怎樣把(ba)(ba)(ba)石(shi)(shi)墨(mo)轉(zhuan)化為金(jin)(jin)(jin)剛(gang)石(shi)(shi)，表現了極(ji)大的(de)(de)(de)(de)興趣。

誰能獲(huo)得這致人巨(ju)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(jin)剛石成(cheng)功(gong)了！”欣喜若狂的(de)(de)莫瓦(wa)(wa)桑一再向報界宣傳他的(de)(de)重大(da)科研成(cheng)果(guo)。這使本(ben)來因(yin)研制(zhi)氟和高溫電爐(lu)而著名的(de)(de)莫瓦(wa)(wa)桑，更(geng)加(jia) 名噪(zao)一時。

1906年評(ping)選諾(nuo)貝爾化學獎時(shi)(shi)，極富盛名(ming)的(de)(de)莫(mo)瓦桑(sang)成了(le)候選人。而(er)另(ling)一(yi)(yi)(yi)個候選人便是(shi)(shi)以(yi)(yi)發(fa)現元(yuan)素(su)同期(qi)律，并排布元(yuan)素(su)周期(qi)表，預(yu)言與指導發(fa)現新元(yuan)素(su)的(de)(de)俄羅斯(si)科(ke)學家門(men)捷列夫。當(dang)時(shi)(shi)瑞典科(ke)學院化學分(fen)部投票表決時(shi)(shi)，10名(ming)委員中有5名(ming)投莫(mo)瓦桑(sang)的(de)(de)票，4票贊(zan)成門(men)捷列夫， l票棄權。結果(guo)莫(mo)瓦桑(sang)以(yi)(yi)一(yi)(yi)(yi)票的(de)(de)優勢而(er)獲獎。雖然，莫(mo)氏(shi)確有重大科(ke)研成果(guo)。但是(shi)(shi)，相(xiang)對于(yu)做(zuo)出時(shi)(shi)代里程(cheng)碑式(shi)貢獻的(de)(de)門(men)捷列夫來說(shuo)，一(yi)(yi)(yi)為(wei)(wei)個別的(de)(de)，一(yi)(yi)(yi)為(wei)(wei)全局性的(de)(de)；一(yi)(yi)(yi)為(wei)(wei)重大成果(guo)，一(yi)(yi)(yi)為(wei)(wei)恩格斯(si)所贊(zan)譽的(de)(de)“完成了(le)科(ke)學上的(de)(de)一(yi)(yi)(yi)個勛(xun)(xun)業(ye)，這個勛(xun)(xun)業(ye)可(ke)(ke)以(yi)(yi)和勒維(wei)烈計算尚未(wei)知道(dao)的(de)(de)行星(xing)海王星(xing)的(de)(de)軌道(dao)的(de)(de)勛(xun)(xun)業(ye)相(xiang)媲美。”當(dang)年的(de)(de)諾(nuo)貝爾化學獎頒(ban)發(fa)給門(men)捷列夫，應(ying)是(shi)(shi)歷史的(de)(de)必然!可(ke)(ke)是(shi)(shi)卻給予了(le)名(ming)噪(zao)歐(ou)洲的(de)(de)莫(mo)瓦桑(sang)。1907年門(men)捷列夫和莫(mo)瓦桑(sang)都相(xiang)繼逝世(shi)了(le)。可(ke)(ke)是(shi)(shi)門(men)捷列夫卻失(shi)掉(diao)了(le)再(zai)被評(ping)選的(de)(de)可(ke)(ke)能，這不(bu)(bu)能不(bu)(bu)說(shuo)諾(nuo)貝爾頒(ban)獎歷史上的(de)(de)一(yi)(yi)(yi)大遺憾！

話又(you)得說回(hui)來。1906年瑞典諾貝爾(er)基金(jin)會宣布，把相當(dang)于10萬法郎的(de)獎金(jin)授給莫瓦桑，是“為了(le)表(biao)彰他在(zai)制備元素氟方(fang)面所做(zuo)出的(de)杰出貢獻，表(biao)彰他發明了(le)莫氏電(dian)爐，”證(zheng)書(shu)上只字未提人造金(jin)剛石的(de)事(shi)，但莫瓦桑在(zai)領(ling)獎致答詞時，卻一再(zai)強調(diao)他合成人造金(jin)剛石的(de)創(chuang)舉。

成功(gong)的科學(xue)實(shi)驗的第一(yi)特征是(shi)可重(zhong)現性(xing)。 然(ran)而(er)，莫瓦桑“成功(gong)”的人造金剛石試(shi)驗，卻只做了一(yi)次，他(ta)本人再也沒做第二次，卻浸(jin)沉在“成功(gong)“的盛名之(zhi)中。

由(you)于(yu)金(jin)(jin)剛石(shi)具有(you)(you)巨大的(de)(de)商業利潤和工業價值，不少的(de)(de)公司(si)、企業集團紛(fen)紛(fen)組織科(ke)(ke)學家(jia)重　復莫(mo)(mo)氏(shi)的(de)(de)合成(cheng)(cheng)金(jin)(jin)剛石(shi)試(shi)驗(yan)(yan)(yan)，希望把科(ke)(ke)研(yan)成(cheng)(cheng)果轉化為(wei)工業生產，但卻(que)沒有(you)(you)一個成(cheng)(cheng)功(gong)(gong)。這(zhe)就迫(po)(po)使一些(xie)人(ren)直接登門找(zhao)莫(mo)(mo)瓦桑遺(yi)孀(shuang)了解莫(mo)(mo)氏(shi)的(de)(de)試(shi)驗(yan)(yan)(yan)情況(kuang)。經查明，那次(ci)成(cheng)(cheng)功(gong)(gong)的(de)(de)人(ren)造金(jin)(jin)剛石(shi)試(shi)驗(yan)(yan)(yan)，是由(you)于(yu)莫(mo)(mo)氏(shi)生前的(de)(de)助手對反復無休(xiu)止的(de)(de)試(shi)驗(yan)(yan)(yan)感到厭煩(fan)，但又無法勸阻他不再做(zuo)了，迫(po)(po)于(yu)無奈便(bian)俏俏的(de)(de)把實驗(yan)(yan)(yan)室中的(de)(de)一顆(ke)天(tian)然(ran)金(jin)(jin)剛石(shi)混跡(ji)到實驗(yan)(yan)(yan)中去(qu)，這(zhe)便(bian)是那顆(ke)被譽為(wei)“攝政(zheng)王”的(de)(de)真(zhen)面(mian)目了。到頭來，莫(mo)(mo)瓦桑的(de)(de)人(ren)造金(jin)(jin)剛石(shi)，仍然(ran)是“希望之星”，對這(zhe)件事，當然(ran)不能說莫(mo)(mo)氏(shi)有(you)(you)意作偽(wei)騙(pian)人(ren)，但是，莫(mo)(mo)氏(shi)沒有(you)(you)重復的(de)(de)做(zuo)出成(cheng)(cheng)功(gong)(gong)的(de)(de)第(di)二次(ci)、第(di)三次(ci)實驗(yan)(yan)(yan)，卻(que)律津樂道，陶(tao)醉(zui)于(yu)盛名，卻(que)不能不說是科(ke)(ke)學家(jia)不應有(you)(you)的(de)(de)過(guo)失。

實事求是他說，在(zai)那個時(shi)代(dai)，人(ren)造金(jin)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？
熱力學(xue)只(zhi)能(neng)判斷反(fan)(fan)應進行(xing)的可(ke)能(neng)性(xing)(xing)，要(yao)使(shi)可(ke)能(neng)性(xing)(xing)變(bian)(bian)為現實(shi)性(xing)(xing)，化(hua)學(xue)家還(huan)需(xu)考慮(lv)動力學(xue)問(wen)題(ti)(ti)。如在(zai)室(shi)溫和40萬個大氣(qi)壓下，石墨的轉(zhuan)化(hua)速(su)(su)(su)度(du)(du)緩慢(man)到(dao)難以察覺。因此速(su)(su)(su)度(du)(du)問(wen)題(ti)(ti)。愛(ai)林等(deng)根據反(fan)(fan)應速(su)(su)(su)度(du)(du)理(li)論推(tui)導得出(chu)了轉(zhuan)化(hua)過程(cheng)中溫度(du)(du)和壓力對轉(zhuan)變(bian)(bian)速(su)(su)(su)度(du)(du)的關系(xi)式。于是(shi)可(ke)知(zhi)增壓是(shi)降低反(fan)(fan)應速(su)(su)(su)度(du)(du)的，而高溫自然是(shi)提高反(fan)(fan)應速(su)(su)(su)度(du)(du)的。

綜(zong)合起來看(kan)，由熱(re)力學(xue)(xue)來看(kan)，高(gao)溫(wen)不利于(yu)(yu)金(jin)剛石(shi)的(de)熱(re)力學(xue)(xue)穩(wen)定性，要使金(jin)剛石(shi)在(zai)高(gao)溫(wen)下仍具有熱(re)力學(xue)(xue)穩(wen)定性，必須相(xiang)應地高(gao)壓(ya)。而從動力學(xue)(xue)來看(kan)，力求高(gao)溫(wen)才有利于(yu)(yu)反應速度(du)，高(gao)壓(ya)反而減速。因此(ci)，尋求適(shi)宜的(de)轉化(hua)(hua)條(tiao)(tiao)件(jian)，應是兼顧(gu)二者，使高(gao)溫(wen)與高(gao)壓(ya)匹配。此(ci)外還需特定的(de)溶劑，使石(shi)墨晶(jing)格(ge)中(zhong)的(de)碳(tan)(tan)原子(zi)先(xian)溶解，然后(hou)在(zai)變更外界條(tiao)(tiao)件(jian)下，再(zai)使碳(tan)(tan)原子(zi)從溶劑中(zhong)析出結晶(jing)形成正四(si)面體晶(jing)格(ge)。已經(jing)知道硫化(hua)(hua)亞(ya)鐵(tie)、鐵(tie)以及一(yi)些過渡金(jin)屬可做溶劑。

從實驗條(tiao)件(jian)方面來說，必(bi)須(xu)提供能夠產生高(gao)壓(ya)的裝置(zhi)和耐高(gao)溫、耐高(gao)壓(ya)的設備(bei)。1946年，諾貝(bei)爾獎頒給美國科學家布里奇曼教授，原(yuan)因是(shi)他發(fa)明(ming)了達到極高(gao)壓(ya)力的裝置(zhi)，以及(ji)在高(gao)壓(ya)物(wu)理領域(yu)內所作出(chu)的一些重要發(fa)現。至(zhi)此，人造(zao)金剛(gang)石才具備(bei)了可能性。

1955年，美國(guo)科學(xue)家(jia)霍爾等(deng)在1650℃和95000個(ge)大氣壓下，合成了(le)金(jin)剛(gang)石。并在類似的(de)(de)條件下重復(fu)多次亦獲成功，產品經各種(zhong)物理的(de)(de)、化學(xue)的(de)(de)檢測(ce)，確證為金(jin)剛(gang)石。這是人(ren)類歷史上(shang)第一次合成人(ren)造金(jin)剛(gang)石成功，然而，這已是莫瓦桑宣稱“成功”的(de)(de)62年以后(hou)，莫氏逝世(shi)近半個(ge)世(shi)紀以后(hou)的(de)(de)事了(le)。