怎样才能人工合成金刚石?

发布时间:2019-03-08

1976年6月30日,我国试制成功人造金刚石。今天,我们就来谈谈,怎样才能人工合成金刚石!
 
怎样才能人工合成金刚石?
 
在自然界里金刚石是很稀少的,更不用说是大颗粒的金刚石了,因此世界各国都把发现特大金刚石(100克拉左右,1克拉折合0.2克),当作“奇宝”载入史册。

不久前我国山东省临沭县发现的“常林钻石”,称得上是世界上罕见的特大金刚石之一。由于金刚石具有极强的折光性质,所以它在日光下看上去,真是五光十色,光彩夺目,再加上金刚石很硬、很稀少,所以十分珍贵,人们很早就把它作为装饰的珍品。

 
19世纪初,意大利佛罗伦萨科学院的几个院士打算用放大镜对金刚石的折光性质进行研究,当聚焦后的太阳光照到它的上面时,突然冒出一缕青烟,金刚石立刻化为乌有了。

后来才弄明白:坚硬无比的金刚石与细滑柔软的石墨原来是一家人,它们都是由碳原子构成的,不过原子之间的排列方式不同罢了。

 
天然金刚石既然是碳元素在地壳内部的高温条件下,受到极髙压力而变成的,那么,能不能人为地创造高温髙压的条件,把便宜的石墨变成昂贵的金刚石呢?

人们开始了实验,可是要同时获得很高的温度和很高的压力,却是一件十分困难的事,所以在几十年的时间里,试验一直没有成功。到了1954年终于合成出了人造金刚石,后来很快就在工业上大量生产了。

‘人造金刚石和天然金刚石一样,具有许多有用的特性,譬如金刚石是赫赫有名的硬骨头,它在已发现的矿物中可算是硬度的“绝对冠军”了,如果把镶嵌有金刚石的钻头来钻探地下宝藏,不但经久耐用,而且钻探速度比普通合金钻头高几倍;用它做成的拉丝模,可以用来拉出比蜘蛛丝还细的钨丝、钼丝等金属丝,拉出的丝的表面很光滑,一个金刚石拉丝模,抵得上250个硬质合金拉丝模的寿命。

金刚石的用途还多着哩,靠开采自然界里埋藏的金刚石根本不能满足要求,所以许多国家都在发展人造金刚石的工业生产。

 
怎样才能人工合成金刚石?

目前,人造金刚石的合成方法大致可分为三种:第一种是静压法,它是把石墨原料和金属装在一个腔体内,放在上万吨的大压机里,通电加压合成的。因为石墨要在很高的温度和压力碳原子才能重新“排队”,转变成金刚石。如果在石墨里加一点其他金属,如铁、镍等作为“熔剂”,就能帮助碳原子重新“排队”,这样在5万〜10万个标准大气压、1200〜1300℃下,石墨就变成了金刚石。

第二种是爆炸法,在石墨中加入硝化甘油等炸药,放在密封容器中,通电使炸药爆炸,产生高温高压,使石墨变成金刚石;

第三种方法叫做晶种法,就是在石墨里预先加入一颗小金刚石晶体作为“种子”,在高温高压下,使石墨粉或金刚石粉熔化,然后在晶种上逐渐长大。根据金刚石晶体颗粒的大小,一般把它分成三个等级:颗粒小的叫做磨料级;大颗粒的叫做宝石级;介于两者之间的叫做钻头级。爆炸法得到的是磨料级的金刚石;晶种法可获得宝石级大颗粒金石,人们用这种方法已得到了5毫米大的金刚石。

当前世界各国工业生产中主要采用的方法是静压法,得到的金刚石绝大多数是属于磨料级的,粒度在0.1〜1毫米。
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