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人造金刚石

通过人工方法将非金刚石结构碳转变为金刚石结构碳，通过成核和生长形成单晶和多晶金刚石，或者将细金刚石在高压高温下烧制形成多晶金刚石。这是高压研究在生产中应用的一个重要实例。

从热力学角度看，决定石墨等非金刚石结构的碳质材料能否转化为金刚石的相变条件是后者的自由能必须小于前者。这种相变过程发生在高压、高温或其他成分的条件下。一定的压力、温度和组分浓度可以使体系的内能发生变化，从而使价电子的统计权重发生相应的变化。这使得转移电子并形成新的键合状态的电子结构成为可能，即相变。如果系统中的能量变化有利于固体中电子结构的这种变化，则在固体中发生高压高温相变，否则可能在熔融或蒸汽状态中发生。熔体中这种变化的条件是：成键特征价电子分布的统计权重相应减小，远序效应趋于消失，原子配位数发生变化。电子在激发态的统计权重有增加的趋势，短阶效应也随之增强。气体中这种变化的条件是原子或化合物成键分子之间的电子能级趋于消失，所有电子都转移到单原子或分子能级，从而增加了激发态电子的统计重量。因此，根据压力、温度和组分浓度引起的系统能量变化，合成金刚石可以在固态、熔融状态和蒸汽状态下进行。从动力学角度看，还要求石墨等碳材料转化为金刚石的转化率合适。当成核速率和生长速率均为最大值时，相变速率达到最大值。

自18世纪金刚石被证明是由纯碳组成以来，人造金刚石的研究就开始了，直到20世纪50年代通过高压研究和实验技术的发展才取得了真正的成功和快速发展。目前合成金刚石的具体方法有十几种。根据所采用技术的特点，有静压、动压和低压三种方法。根据金刚石的形成特点，可归纳为直接、熔融和外延三种方法。图中为三种方法合成的金刚石实验区与碳的压力-温度(P-T)相图。1区为直接法人生产钻石实验区，2区为熔融介质法人生产钻石实验区，3区为外延法人生产钻石实验区。

直接制造金刚石或采用瞬时静态超高压高温技术，或动态超高压高温技术，或两者混合使用，使石墨等碳原料从固态或熔融状态直接变成金刚石，通过这种方法获得的金刚石是微米尺寸的多晶粉末。

金刚石是由石墨等碳原料与某些金属(合金)反应，采用静态超高压(50 ~ 100kb，即5 ~ 10GPa)和高温(1100 ~ 3000)工艺制成的。金刚石的典型晶态是立方(六面体)、八面体和六-八面体及其过渡形态。在工业上最重要的应用是流体静压过程。用该方法生产的磨料级人造金刚石产量已超过天然金刚石。进一步解决的问题是提高粗粒比，提高转化率。Turner withLu柿子jung D shelland撩笛子”枫谷杏镁羞耻抑制许辣椒palmer 5 core脂肪腐蚀坑商人 Si帐户男纬伞<游泳？用外延生长法获得了重约1克拉的大单晶。通过对一般测试技术的稍微改进，获得了约2 ~ 4毫米的晶体。该方法也用于生长和烧结大晶粒多晶金刚石，已在工业上得到一定程度的应用。关键问题是进一步提高聚晶金刚石的抗压强度、冲击强度、耐磨性和耐热性等综合性能。

金刚石的外延形成是利用一些含碳物质在热解和电解过程中析出的碳源，生长在金刚金的晶体种子或一些作为衬底的物质上。

目前，关于人造金刚石的形成机理有几种理论：溶剂理论认为金属(合金)起碳的溶剂作用；催化的理论是，它是催化剂；固相转变理论强调，金刚石晶体可以通过简单的变形而不破坏键形成。然而，这三种典型理论提出的模型往往与一些主要的实验现象和规律相矛盾。因此，近十年来，出现了溶剂-催化剂、催化剂-溶剂、熔融(溶解)剂-催化剂(以下简称熔融介质)等理论，进一步探索了废旧金属(合金)的作用。总的来说，人造金刚石的形成机理仍然是一个有待研究的复杂问题。

张克松，张乐辉主编：07555 -79000，科学出版社，北京，1981。参考文章

人造金刚石含镍酸性废水的处理