【精品文章】人造金刚石特性及其制造方法简介

金刚石合成的方法和特点

金刚石合成的方法和特点
金刚石合成的方法和特点如下：
方法：
1.高温高压法（HTHP）：以石墨粉、金属触媒粉末为原料，通过电流加热和液压装置建立高温、高压环境从而模拟天然金刚石结晶和生长环境，使石墨发生相变形成金刚石晶体。

2.化学气相沉积法（CVD）：在常压下，采用各种CVD技术（如微波辅助型、热丝型和直流型），将含碳气体（如甲烷）等渗入金刚石膜中，形成金刚石晶体。

特点：
1.高温高压法具有制造成本低、生产效率高的特点，是我国人造金刚石主要生产方法，但传压介质和原辅材料里的杂质会不断进入金刚石晶体中，形成各种缺陷，纯度不够理想，无法满足下游半导体和光学领域应用的高纯度要求。

同时受六面顶压机设备体积限制，金刚石的有效生长空间很难突破100mm，金刚石的晶体尺寸提升空间有限。

2.化学气相沉积法可以合成高质量的金刚石薄膜和自支撑型厚膜，克服了高温高压法合成金刚石晶体过程中原辅材料杂质对产品纯度的影响，同时可实现大面积合成金刚石薄膜，拓展了金刚石应用范围。

人造金刚石简介演示

寻找更高效的合成方法
目前，人造金刚石的主要生产方法是通过高温高压合成法。未来，可以探索新的合成方法，如化学气相沉积 (CVD)等，以提高生产效率和降低成本。
开发多功能应用领域
目前，人造金刚石主要用于制造切削工具和磨料等。未来，可以开发其在光学、电子学、生物医学等领域的应用潜力，拓宽其应用范围。
航空航天领域
1 2 3
涡轮叶片
人造金刚石的耐高温性能使其成为制造航空发动机和燃气轮机中的涡轮叶片的理想材料。
表面涂层ห้องสมุดไป่ตู้
在航空航天领域，人造金刚石可以用于制备耐磨、耐腐蚀和抗氧化涂层，以提高飞机和火箭部件的性能和寿命。
切割工具
在航空航天领域，人造金刚石可用于制造切割工具，如钻头和铣刀，用于加工各种高强度材料。
光学性能
折射率
人造金刚石具有高的折射率，使其在光学应用中表现出色。
色散
人造金刚石具有高的色散，意味着它们可以用于制造高清晰度的
光学元件。
透明度
虽然大多数常见的人造金刚石不是完全透明的，但它们在某些波段上具有良好的透光性，可以用于制造特定波段透射的光学元件
。
05
人造金刚石的应用领域
工业领域
市场发展与竞争格局
全球市场增长趋势
随着科技的发展和应用的拓展，人造金刚石市场需求将持续增长。企业可以关注市场动态，抓住发展机遇。
国内企业竞争力提升
国内企业在人造金刚石领域具有较高的市场占有率，但与国际巨头相比，品牌影响力和技术水平仍有差距。国内企业可以加大研发投入，提升产品品质和降低成本，提高市场竞争力。
的检测。
生产过程中的关键步骤和参数
合成反应
该步骤是整个生产过程中最为关键的步骤之一，需要控制反应温度、压力、催化剂等参数，以确保反应能够顺利进行。

人造金刚石概论范文

人造金刚石概论范文导语：金刚石作为一种重要的宝石和工业材料，一直被人们所追捧和使用。

而近年来，随着科学技术的发展，人造金刚石的制造技术也日渐成熟，成为对天然金刚石的一种优秀替代品。

本篇文章将对人造金刚石的概论进行探讨。

1.人造金刚石的定义和特点2.人造金刚石的制造技术目前，人造金刚石的制造技术主要有高温高压合成、化学气相沉积和爆炸合成等方法。

（1）高温高压合成：这是最早也是最常用的一种人造金刚石制造方法。

通过将金属碳化物与金属固态混合物在高温高压条件下进行反应，形成人造金刚石。

（2）化学气相沉积：这一制造方法是通过将烃类气体与氢气混合，然后通过高温容器中的催化剂，使其在晶体表面沉积出人造金刚石。

（3）爆炸合成：这种方法是通过将石墨和金属固态混合物置于高压容器中，在爆炸的冲击波中形成人造金刚石。

3.人造金刚石的应用领域（1）切割工具：人造金刚石的硬度和耐磨性使其成为理想的切割工具材料。

它被广泛应用于切割石材、玻璃、陶瓷等。

（2）磨料：制造人造金刚石砂轮和砂纸可以用于对金属、玻璃等材料的磨削和抛光。

（3）热导材料：人造金刚石的高热导率使其成为散热器、热风机等热管理设备的重要组成部分。

（4）宝石：由于人造金刚石具有与天然金刚石相似的外观和光学特性，它被用作人造宝石。

4.人造金刚石的优缺点尽管人造金刚石具有广泛的应用前景，但它也有其优缺点。

优点：人造金刚石的硬度和耐磨性能比大多数其他材料都要好，因此在工业领域具有重要的应用价值。

缺点：与天然金刚石相比，人造金刚石的热导率较低，不适合作为高温材料使用；此外，制造成本较高也是人造金刚石的一个缺点。

5.人造金刚石的未来发展趋势随着科学技术的不断发展，人造金刚石的品质不断提高，成本不断降低。

可以预见，未来人造金刚石在工业领域的应用将更加广泛，捧为大宝工业变得更加繁荣。

结语：人造金刚石的出现，为工业和宝石市场带来了新的机遇和挑战。

未来，我们可以期待人造金刚石在更多领域的突破和创新。

金刚石的人工合成

金刚石的人工合成摘要：简要介绍了常见的人工合成金刚石技术，以及合成过程中的一些影响因素。

关键词：金刚石人工合成合成工艺影响因素前言金刚石是一种稀有、贵重的非金属矿产,在国民经济中具有重要的作用。

为满足工业上的需求和缓解金刚石日益匮乏的现状,人类已经在合成金刚石方面作了许多的探索,并取得了许多有实用价值的阶段性成果。

金刚石中宝石级金刚石因其折射率大,在光下有火彩现象而用来制作精美的首饰。

人造金刚石具有诸多优异特性,已被广泛地应用于工业、科技、国防、医疗卫生等很多领域。

例如:利用金刚石硬度大制作精细研磨材料、高硬切割工具、各类钻头、拉丝模,还被作为很多精密仪器的部件;由于导热率高、电绝缘性好,可作为半导体装置的散热板。

因此,人造金刚石被誉为“21世纪的战略性材料”。

因此对于人造金刚石的合成的研究具有非常重要的意义[1].金刚石的人工合成工艺金刚石、石墨及无定型碳都是由纯碳元素组成，合成钻石就是人为地模拟天然钻石的形成条件，将其他晶体结构的碳质材料在一定条件下转化为具有SP3 共价键的金刚石型晶体结构。

从理论上讲，各种形式的碳均可以转化为金刚石，但研究表明，不同的碳素材料对生长金刚石的数量、质量和颗粒大小均有相当大的影响，石墨转化为金刚石的自由能较低，因此石墨是合成钻石的最主要原料之一。

目前，人类已掌握了多种合成钻石方法。

人造金刚石的合成技术形成了静态高温高压法、动态超高压高温合成法、低压气相沉积法等[2]。

一般石墨在10GPa、3000℃左右可以转变成金刚石，如果加有金属触媒则所需要的条件将大为降低，通常在压力约为5．4GPa和温度约为1400℃的条件下就能发生转化。

常用的方法为合成条件较低的添加触媒催化的高温高压合成，即静态高温高压法。

这种方法中有生长磨料级金同q石(粒径小于1B)的膜生长法和合成宝石级金刚石(粒径大于lmm)的温度梯度法。

(1)膜生长法(FGM)金刚石膜生长法就是指在有金属触媒的参与下，石墨通过高温高压的作用透过金属膜沉积在金刚石核上使之长大[3]。

关于人造金刚石的制备与合成

关于人造金刚石的制备与合成1目的与意义钻石,就是珠宝中的贵族,它通明剔透,散发着清冷高贵的光辉,颇有“出淤泥而不染的气质。

钻石亦被称为金刚石,就是自然界最坚硬无比的物质,人造金刚石不仅可以加工成价值连城的珠宝,在工业中也大有可为。

它硬度高、耐磨性好,可广泛用于切削、磨削、钻探;由于导热率高、电绝缘性好,可作为半导体装置的散热板;它有优良的透光性与耐腐蚀性,在电子工业中也得到广泛应用。

1、制造树脂结合剂磨具或研磨用等2、制造金属结合剂磨具、陶瓷结合剂磨具或研磨用等3、制造一般地层地质钻探钻头、半导体及非金属材料切割加工工具等4、制造硬地层地质钻头、修正工具及非金属硬脆性材料加工工具等5、树脂、陶瓷结合剂磨具或研磨等6、金属结合剂磨具、电镀制品。

钻探工具或研磨等7、剧切、钻探及修正工具等[1]2设计基本原理石墨在一定的温度与压强下就是会发生结晶变态从而变成金刚石,且石墨的温度与压强要在金刚石的热稳定性区域内,其动力学要满足一定的关系。

3设计内容(方案)3、1原材料的选择金刚石就是石墨结晶变态产生的,其石墨就是主要原料,转变过程的反应压力与温度必须不低于190 000kg/cm2 与∽3900℃[2],这一推测的正确性已为实验所证实。

不过目前要得到这样高的压力与温度的设备就是非常困难的。

所以需要加入触媒材料来降低石墨的活化能。

3、2制备与合成方法3、2、1压力控制人造金刚石压机生产工艺要求加压控制根据合成材料的不同分2～6段超压、保压,超压到90 MPa左右,再保压几分钟后卸压,完成一个工序,时问为几分钟到十几分钟。

可根据工艺要求任意设为多段,由现场人机界面随时输入修改。

加压闭环控制系统将压力传感变送器所测的油液压力信号与计算机中预设的压力控制工艺曲线进行分析比较,经过高级控制算法处理后,控制液压泵组与液压阀组的工作状态,使系统的压力工作状态跟踪给定压力工艺曲线。

被控对象油路压力就是由电动机带动增压器增压的,要求系统在几分钟内将油路压力从lO Pa 左右分几段提升到90 MPa左右,并且超调不能大于0.3 MPa。

了解人造金刚石用非金属矿物功能材料

了解人造金刚石用非金属矿物功能材料人造金刚石作为一种无机非金属材料，属新材料范畴，具有超高硬度、突出耐磨性能等特性，广泛应用在机械加工、石材工业、建筑工业、地质钻探与开采、光学玻璃、电子工业、信息工业等行业。

人造金刚石是目前已知材料中硬度最高的材料，其合成离不开非金属矿物功能材料的参加，其中石墨、叶腊石、白云石等非金属矿物在人造金刚石合成中发挥着不可替代的作用。

1、人造金刚石合成方法人造金刚石的合成依照合成条件可以分为高压合成法和低压合成法，依照转化方式又可以分为间接转化法和直接转化法。

间接静压法能够保证产品有可重复的尺寸、形状和韧性（或脆性），大约90%的工业用金刚石采纳这种方法合成。

金刚石合成所需要的温度与压力条件2、人造金刚石合成用非金属矿物功能材料人造金刚石合成原材料重要有石墨粉、叶腊石粉、金属触媒、预合金粉、白云石粉等，一般情况下，这些上游原辅材料成本占金刚石合成成本的60—70%，其中石墨、金属触媒一般供应充分，但叶腊石存在肯定的进展瓶颈。

下面我们将分别就石墨、叶腊石、白云石在人造金刚石合成中的作用进行介绍。

人造金刚石产业链（1）石墨材料石墨材料是合成人造金刚石的重要原材料。

石墨与金刚石是同素异形体，人造金刚石就是在高温高压下促使石墨发生同素异构变化来生成金刚石。

石墨除为金刚石生长供给必需的碳源外，还用于辅佑襄助加热或者改善腔体温度分布。

人造金刚石用石墨材料的性能指标重要有石墨化度、气孔率与密度、灰分（纯度）与电阻率、晶体结构等，这些重要性能之间具有极高的相互关联性，并统一于石墨这个整体中。

因此，在选择合成金刚石用石墨材料时应当综合考虑其各项性能，并应针对不同的实际生产条件进行选择。

GB/T14898—2023国标对几种人造金刚石用石墨材料理化性能的规定（2）叶腊石叶腊石是高温高压合成金刚石过程中一种不可或缺的辅佑襄助原材料，其具有较高的压力传递效率，核心功能是密封、保温、绝缘。

在金刚石合成过程中，由叶腊石挤压形成的密封边，具有极佳的绝缘性、密封性能。

人造金刚石的制备方法与超高压技术研究

人造金刚石的制备方法与超高压技术研究摘要：人造金刚石的制备是一项高度复杂和引人注目的科学技术领域。

随着科学技术不断进步，人造金刚石应用日益广泛，与此同时制备方法不断改进，如今超高压技术是我国制备人造金刚石的主要方法。

文章围绕天然金刚石的特点，按照静压法、动压法和低压法三种方法阐述人造金刚石制备技术，并从制备装置角度阐述人造金刚石的设计要点，旨在为人造金刚石技术发展优化提供更多参考。

关键词：人造金刚石；制备方法；超高压技术；高温高压；制备装置引言：金刚石作为一种具有卓越硬度、导热性和光学特性的材料，在工业、电子、医疗和科学研究等领域有广泛的应用。

然而，自然形成的金刚石非常稀有，开采困难，因此人造金刚石的制备一直是科学家和工程师们的重要研究领域之一。

超高压技术是制备人造金刚石的关键方法之一，通过模拟地下极端条件，将碳原子重新排列，形成金刚石晶体。

因此，本章研究人造金刚石的制备方法并阐述超高压技术，对推动人造金刚石发展有积极意义。

1人造金刚石的制备方法1.1高压法高压法是一种制备人造金刚石的可行方法，可以细化为两部分：其一是静压法，其二是动压法。

其中静压法适用于制备较大的金刚石晶体，而动压法适用于制备小型但高质量的金刚石晶体。

这两种方法都需要极高的压力和温度，以模拟地下地壳中自然形成天然金刚石的条件。

1.1.1静压法静压法是制备人造金刚石的一种传统方法，它通过在高压高温条件下将碳源压缩成金刚石晶体。

主要步骤如下：第一，将碳源（通常使用金属镁粉末）和种子金刚石晶体放置在高压装置中。

种子金刚石晶体通常是已有的金刚石小晶体，它们可以作为起始点来促使新的金刚石晶体生长。

第二，借助高压装置中产生的极高压力（通常在数兆帕到千兆帕之间）和高温度（通常在1500°C到2500°C之间）条件下，碳源被压缩成金刚石晶体的晶格结构。

第三，经过一定时间的高温高压操作，最终形成人造金刚石。

1.1.2动压法动压法是借助爆炸来产生极高的压力和温度，从而制备人造金刚石的方法。

人造金刚石的制备方法及其超高压技术

人造金刚石的制备方法及其超高压技术摘要：金刚石具有完整的晶型、强度高、良好的自锐性等特点，成为已知自然界硬度最高的物质。

同立方氮化硼、碳化钨、刚玉、石英等硬质材料相比，它的洛氏硬度、显微硬度、莫氏硬度都具第一位。

金刚石工具在磨削时，金刚石抵抗损坏的能力表示强度。

天然金刚石作为一种稀缺矿产资源，长期以来不能满足人们的生产需求，因此，将廉价的碳转化成金刚石的制备科学与超高压技术便成为广大科研工作者的研究热点。

基于此，本文主要对人造金刚石的制备方法及其超高压技术进行分析探讨。

关键词：人造金刚石；制备方法；超高压技术1、前言由于地心引力场的存在，导致地球内部处于高温高压状态，其最高压力约为３７０ＧＰａ。

地球内部的高温高压环境为矿物质的形成提供了条件，金刚石就是在高温高压环境下形成的。

一般认为天然金刚石是在地壳深部７０ｋｍ以下，在５～７ＧＰａ、１２００～１８００℃的自然条件下，由碳转变而成。

金刚石具有极其优良的力学、热学、光学、电学以及化学性能，广泛地应用在工业、科技、国防、医疗卫生等很多领域，需求量较大。

２、人造金刚石的制备方法２．１高压法２．１．１静压法静压法是指利用液压机产生压力，通过固态传压介质的变形产生腔体准静水压，通过电流加热产生腔体高温，从而进行金刚石人工制备的方法。

静压法可以随意调节保温和保压时间，可以根据需要控制晶体粒度、质量和晶形等，具有很强的操控性，是目前普遍使用的金刚石人工制备方法。

（１）工业金刚石的人工制备现今，大规模工业化生产工业金刚石最有效的方法是高温高压下的膜生长法。

在膜生长法中，作用在金属膜两侧的温度差可以忽略不计，金刚石的生长驱动力（过剩溶解度）与过剩压成正比，当石墨的浓度趋于过饱和状态时，金刚石成核生长。

在金刚石晶体外侧包有一层薄的金属膜，介于金属膜两侧的分别是石墨和金刚石。

在采用膜生长法、利用粉末触媒合成工业金刚石的过程中，关键技术主要有两方面：一是组装与合成工艺的合理匹配，二是原材料的合理选择。

人造金刚石的生产、市场、趋势及新生产工艺

人造金刚石的生产、市场、趋势及新生产工艺扈楠021131021由于有些矿物在自然界产出较少，不能满足工业生产的需要，从19世纪四十年代开始了人造矿物的研究。

许多人造矿物的性能已接近或超过相应的天然矿物，有些人造矿物可以代替某些天然矿物，成本比开采天然矿物的成本还低，并且可以控制矿物的质量和大小。

所以人造矿物的研究和生产发展很快。

金刚石以其最大的硬度、半导体性质以及光彩夺目的光泽，分别应用于钻头切割、电子工业和宝石工业上。

故人造金刚石的意义显得尤为重大。

人造金刚石是用超高压高温或其他人工方法，使非金刚石结构的碳发生相变转化而成的金刚石。

与天然金刚石相比，它具有生产成本低，应用效果好的优点。

由于非金属材料和其他硬脆材料，如大理石、花岗石、耐火材料、玻璃、陶瓷、混凝土等加工工业的发展，对锯片、钻头用金刚石质量的要求越来越高，需求量越来越大，目前世界上工业用金刚石的８５％以上已由人造金刚石代替。

１生产状况目前世界上生产人造金刚石的国家主要有：美国、南非、爱尔兰、瑞典、英国、德国、俄罗斯、乌克兰、亚美尼亚、日本、中国、罗马尼亚、波兰、捷克、朝鲜、希腊、印度等近２０个国家。

世界人造金刚石的产量为７～１０亿克拉，其中年产量在１亿克拉以上的国家有美国、英国、俄罗斯等。

我国人造金刚石年产量２亿克拉以上，居世界第一位。

世界人造金刚石产量年增长率为８％～１５％。

美国的ＧＥ公司、英国的ＤｅＢｅｅｒｓ公司和德国的Ｗｉｎｔｅｒ公司是目前世界上生产人造金刚石的三大集团，垄断着世界人造金刚石的生产技术和消费市场，代表着世界人造金刚石的发展方向。

ＧＥ公司１９５５年首先宣布人工合成金刚石的工业方法，且曾一度在单晶工艺方面处于领先地位，目前与其他两家公司相比，该公司的聚晶技术更为先进，年产量达１．６５亿克拉，所采用的压机吨位一般在３８～１００ＭＮ之间。

ＤｅＢｅｅｒｓ公司１９８７年合成出世界上最大的宝石级单晶体（１１．１４克拉）和工业级单晶体（重１４．２０克拉），１９９２年又创造了合成重量３９．４０克拉的工业级单晶金刚石的世界纪录。

人造金刚石概论

金刚石产业存在的问题
一、产品质量低、品牌意识差、高档产品少二、制品发展缓慢三、无序竞争，市场混乱四、技术力量弱、技术开发条件差

金刚石产业发展趋势

一、人造金刚石在新兴行业领域内的应用有望进一步拓展，如在航空仪表轴承、雷达波导管、光学器件中的应用等。二、我国人造金刚石市场高品级金刚石所占比例较低,要不断提高生产技术水平。三、增强品牌意识总之，随着人造金刚石技术不断发展，金刚石工具、人造金刚石在新材料、新工艺、新装备逐步得到应用，有理由相信我国人造金刚石市场未来几年必将迎来黄金发展期。
转化机理
用示踪原子的方法证实,当用TNT-RDX混合炸药为原料时,TNT是碳源,即TNT分子中的碳生成的游离碳才能转化为金刚石,而RDX只起着产生高压的作用,其分子中的碳对金刚石的生成没有贡献。对于金刚石的生成机理,一般认为:在足够高的压力和温度下,有机炸药分子可以完全解离成为碳原子或原子团,它们在高压下就可以相互结合成金刚石晶粒。由于爆轰产物的高压持续时间很短(只有若干微秒),再加上物质在高压下扩散受到阻碍,因而金刚石晶粒无法长成大的完整晶粒。由于这种金刚石颗粒是由碳原子生成的,因而它们倾向于生成圆球形颗粒以保持较低的表面能。据估算,在这种条件下,5nm左右颗粒的表面能量最低,因此也最稳定。但是,这种纳米尺寸的颗粒很容易团聚在一起形成微米级的颗粒,而且由于金刚石微粒是随机地相互碰撞而粘结在一起,因而所生成的颗粒具有分形结构,形成疏松而多孔的颗粒。
人造金刚石
1 2 3 4
金刚石和石墨人工合成金刚石的方法金刚石产业存在的问题金刚石产业发展趋势
金刚石和石墨
金刚石俗称“金刚钻”，它是一种由纯碳组成的矿物，是现在已知自然界中最坚硬的物质。金刚石有很多优良的品质，主要用作宝石和工业材料，但金刚石资源稀缺，人工合成金刚石产业随之蓬勃发展。人工合成金刚石原料为石墨，在一定的反应条件下转变为金刚石。

金刚石人工合成

在这个过程中，触媒起催化与溶剂作用。要知道，一般石墨在10GPa， 3000℃左右才。可以转变成金刚石，但如果加有触媒则所需要的条件将大为降低，通常在压力约为5.4GPa和温度约为1400℃的条件下就能发生转化。
三.化学气相沉积法（CVD）
化学气相沉积法法是在真空高温（或放电）条件下，激活提供的碳基气体(如甲烷)，使之分解出碳原子和甲基原子等活性粒子，碳原子在甲基和氢原子的作用下在选定的基片上沉积生长出金刚石薄膜
常用方法
高温高压法(HPHT)
动态高压法静态高压法
化学气相沉积法（CVD)
一.动态高压法
科学家们从陨石高速坠落时冲击波作用于其中的石墨可产生金刚石得到启发，利用动态高压法将石墨碳转变为碳在超高温超高压下的稳定相——金刚石
即用爆轰法或冲击波法 , 在瞬间 (10-6s量级) 达到金刚石热力学稳定区 (3500K，20GPa) , 从而使部分碳实现了向金刚石的相变。
右图即为爆炸法制金刚石的简易装置当然，此种方法得到的金刚石往往含有较多的杂质，需要进行复杂的分离与提纯操作
二.静态高压法（晶体触媒法）
与动态高压法相比，静态高压法指在相对较长的时间内, 合成温度、压力都保持相对稳定, 进而实现金刚石的可控生长。
碳源，触媒和籽晶是此装置的基本组成部分。碳源处在高温端，籽晶置于低温端，碳源和籽晶之间为触媒。在一定的压力（5~6GPa）和温度（1300~1400℃）下，石墨转化为金刚石并溶解于触媒中，由于触媒各部位温度不同而导致金刚石在触媒中的溶解度不同，金刚石将由高温处的高浓度区向低温处的低浓度区扩散，扩散下来的碳源直接在籽晶表面上以金刚石的形态外延析出生长。
感谢聆听！
钻石恒久远，一颗永流传

人造金刚石概论范文

人造金刚石概论范文人造金刚石（synthetic diamond），又称合成金刚石，是一种人工合成的仿制自然金刚石的材料。

自从20世纪50年代以来，人造金刚石的制造技术不断发展，已经成为宝石、工具和各种高科技应用领域的重要材料。

本文将介绍人造金刚石的历史、制造方法、性质以及应用领域等方面的内容。

历史：人造金刚石的历史可以追溯到18世纪。

在1797年，英国化学家布伦克斯（James Hall）首次尝试用铁炉石（iron pyrite）来制造人造金刚石，但失败了。

到了19世纪30年代，瑞典科学家纳斯特伦（Akest Karzen）发现了碳电弧炉（carbon arc furnace）方法，成功制备了一小颗人造金刚石。

随后的几十年里，人造金刚石的制造技术得到了不断的改进与发展，特别是经过1954年科学家霍华德·特帕特（Howard Tracy Hall）发明的高压高温方法（High Pressure High Temperature, HPHT）的研究，人造金刚石的质量得到了极大的提高。

制造方法：高压高温法是一种常见而古老的制造方法，也是目前生产量最大的方法之一、该方法的原理是在高温下，利用金刚石在高压下稳定的特性，通过将钻石种子放入到石墨胆红素中，再施加高压和高温，使其在金刚石晶体的基底上生长。

该方法可以制造出大尺寸、高质量的人造金刚石。

化学气相沉积法是一种相对较新的制造方法，可以用来制造触顶堆垛金刚石（polycrystalline diamond, PCD）和厚膜金刚石（thick film diamond）等。

该方法通过在反应室内引入含有碳气体的化学气体，并在高温下使其解离成碳原子，进而在衬底上沉积成金刚石晶体。

该方法具有操作简便、可控性强等优点，可以制造出特殊形状和组织结构的人造金刚石。

性质：人造金刚石与天然金刚石在结构上基本一致，都是由完全结晶的碳构成。

因此，人造金刚石具有许多与天然金刚石相似的性质，如硬度高、热导率好等。

CVD合成金刚石简介

检测方法FT-IR，XRR，拉曼这个方法是一个俄罗斯人首先提出的，由此可见俄罗斯人的确很牛。

这种方法可以合成大面积金刚石薄膜，大面积哦，这是由于现在可以得到很大规模的等离子体，所以这种方法在研究领域可谓不可多得，只用甲烷就可以得到大面积的金刚石。

CVD金刚石可以用各种方法合成，其中晶粒生长速度最快的则为热等离子体CVD工艺。

我们试验室过去曾试图用DC等离子体CVD工艺合成金刚石厚膜，并就膜与基底的附着强度和膜的性质作过探讨。

但是，热等离子体工艺存在沉积面积和膜质量都不如其它CVD工艺等问题。

CVD金刚石薄膜应用中对扩大沉积面积有着强烈的需求。

金刚石在所有已知物质中具有最高的硬度、高耐磨率、良好的抗腐蚀性、低的摩擦系数、高的光学透射率(对光线而言从远红外区到深紫外区完全透明) 、高的光学折射率、高空穴迁移率、极佳的化学惰性,既是热的良导体,又是电的绝缘体,掺杂后可形成P和N型的半导体。

金刚石有如此多优异性能,因而在国民经济上有着广泛的用途。

金刚石从真空紫外光波段到远红外光波段对光线是完全透明的，因此金刚石膜作为光学涂层的应用前景非常好，可用作红外光学窗口和透镜的保护性涂层。

以及在恶劣环境下工作的红外在线监测和控制仪器的光学元件涂层。

在工业制造领域，需要大量轻量化、高强度的材料，用具有高硬度、高耐磨性的金刚石制成的刀具有长寿命、高加工精度、高加工质量等优异特性，而将金刚石薄膜直接沉积在刀具表面不仅价格大大低于聚晶金刚石刀具，而且可以制备出具有复杂几何形状的金刚石涂膜刀具，在加工非铁系材料领域具有广阔的应用前景。

金刚石在室温下具有最高的热导率，又是良好的绝缘体，因而是大功率激光器件、微波器件、高集成电子器件的理想散热材料。

金刚石能掺杂为P和N型的半导体,与现有半导体材料相比，具有最低的介电常数，最高的禁带宽度，较高稳定性,很高的电子及空穴迁移率和最高的热导率,性能远优于Si半导体,是替代Si的理想材料。

人造金刚石

人工合成金刚石理论与技术【摘要】金刚石作为一种贵重，稀有的非金属矿物，一直在国民经济中发挥着重要作用。

其在工业上和生活中但扮演着重要角色。

但是它的匮乏很大程度上限制了它的发展，人工合成方法应运而生。

本文主要介绍几种金刚石的人工合成的理论和方法。

【关键词】金刚石人工合成【正文】一、金刚石的重要价值由于金刚石所具有诸多优异特性,它已经已被广泛地应用于工业、科技、国防、医疗卫生等很多领域。

金刚石硬度很大，可以利用它作精细研磨材料、高硬切割工具、各类钻头、拉丝模,还被作为很多精密仪器的部件；金刚石的导热率高、电绝缘性好,可作为半导体装置的散热板。

除此之外它还有良好的透光性与耐腐蚀性。

现代更有功能金刚石的诞生。

人造金刚石更是被誉为“21世纪的战略性材料”。

因此对于人造金刚石的合成的研究具有非常重要的意义。

二、自然金刚石形成机理人类最早是在火山爆发的岩筒中发现的，它形成于金伯利岩中。

金伯利岩体分布在古老刚性“地台”区。

它的熔浆来自地下100km～200km 的上地幔，沿深大断裂向上侵入，期间不断受阻，并形成高温、高压，这是个漫长的阶段,，早期结晶矿物有橄榄石、镁铝榴石、金刚石，随之结晶出铬透辉石、铬尖晶石。

随着岩浆逐步上升，温度、压力逐步降低，岩浆发生蒸馏作用，生成镁钛铁矿和金红石。

当岩浆达浅成带部位时，温度、压力更低，挥发组分大量析出，生成矿物有钙钛矿、钙镁橄榄石和磷灰石。

当岩浆压力超过上覆岩层压力即爆发。

因岩浆是多期继续上升, 先期结晶的岩石碎块和矿物被后期岩浆胶结。

无论是在深部还是浅部的金伯利岩体都含金刚石。

金刚石包裹体中有镁铝榴石、橄榄石、铬尖晶石。

还有镁铝榴石包裹金刚石、金刚石包裹金刚石，皆说明金刚石结晶的多期性。

由于岩浆上升, 挥发份活化, 水分子反应强烈, 形成蚀变次生矿物, 有蛇纹石、碳酸盐、绿泥石、滑石等。

因此, 岩体上部比下部金刚石含量多。

还有金伯利岩体捕掳体和围岩中发现金刚石，而找不到与金伯利岩浆有任何联系，推断这可能是一种高温汽成的金刚石。

几种人造金刚石生产工艺介绍

几种人造金刚石生产工艺介绍来源：中国超硬材料网2012-08-03 字号：T | T1910 年布里奇曼设计出压强达2 万公斤/厘米2 的高压装置。

1953 年美国通用电气公司在他的装置基础上设计一种高压装置并利用它在1955 年首次合成了金刚石。

这种方法也就成为传统的人造金刚石的生产方法。

六面顶压机生产工艺：以六面顶压机及工艺技术生产人造金刚石和立方氮化硼，是我国具有完全知识产权、不同于其他各国的创新成果，是几代中国科学家和广大工程技术人员智慧的结晶，是我们国家超硬材料行业的骄傲！六面顶压机及其工艺方法以令两面顶方法为荣的发达国家科技人员刮目相看！物美价廉的六面顶压机及其生产超硬材料的独特方法已能经济地生产出世界先进水平的产品，逼着他们不得不引进中国的六面顶压机进行研究和生产。

经过半个世纪的发展，金刚石生产工艺又有了许多新的突破，现简要介绍如下：低压气相沉积（ＣＶＤ）技术取得重大进展该方法包括热丝CVD和等离子放大CVD，是令CH4/H2，CH4/N2和CH4/Ar 等能提供碳原子的气体，在低压及高温的条件下，在合适的的底物(如Si, c-BN, SiC,Ni, Co, Pt, Ir and Pd等)上进行沉积，从而获得高性能，高纯度的金刚石薄膜。

下图为微波等离子放大CVD的设备示意图：用C60 生产金刚石薄膜据英国《新科学家》1994 年7 月30 日报道，美国伊利诺伊阿贡国家实验室的迪特尔·格伦（Dieter Gruen）发明了用C60 生产金刚石薄膜的技术，该方法可以说是对CVD 方法的改进。

CVD 法生产的金刚石薄膜生长速度往往较慢，并且会含有少量的氢，而氢会使金刚石的四方晶体变形，从而会损害金刚石薄膜的有用性能。

格伦的新方法是在氩气保护下，用两个碳电极之间的电弧高温产生含C60 分子的烟尘，然后对烟尘施加微波放电，通过放电使C60 中碳原子对破坏，然后碳原子再连接成双碳二聚物，这种双碳二聚物的特点是能快速的和工具或光学元件等表面结合，形成没有氢原子的接近于纯金刚石的膜。

人造金刚石方法

A.静态高压法静态高压市法出要是通过高温高压设备的液压机来获得所需要的高压。

高备通过的固态传压介使实验样品内部产生较高的准静态形偏,再通过电流如热的式使满压下的样品获得较高的温度就可以实现金刚有的合成。

使用这种方法再以根据需要来调整温度压强的保持时间,从面实现对所合成金刚石晶粒尺寸晶体形貌以及结晶品质等的比较精确的控制2.静态商压法是当下人工合成金刚石最普采用的方法也是当下合成工业用金存所唯二果用的手段。

静态高压法的缺点是需昂费龙大且复杂的高温高压设备这就导致金刚石的合成成本比较高金刚石的人工合成方法主要包括两种类型:低压法和高压法,低压方法通常又叫做亚稳态定向生长法:高压方法通常又分为动态高压法和静态高压法图1.12是碳的高压相图,此相图形象地描绘了用不同方法合成金刚石时所要的温度条件以及压强条件的大到部表14对高压方法合成金刚石的技术特征进有了尾较B动态高压法动态高压法又被称为爆炸法,这种方法主要是通过烈性炸药(一般是指T)的爆炸来实现我们所需要的高温高压条件。

图性炸药爆炸的时候会产生非常强烈的冲击波,这些冲击波会在石服出洲性足能的温度和压强,暴使石墨向金割石转变娃法所导的压温的产生和请失都是事情,因此能用来合成金刚看微粉这种法不使用器高压设,成本比较低,设备也非常简单,这种方法的缺点是用除完成对所合成金刚石的提纯理C低压法低压法又被称为亚稳态定向生长法,低压方法合成金刚石的主要手段是气相沉积技术(CVD)叶,这种技术利用气体碳源在非常低的压强条件下(1-800通过高温手段(5080℃)来实现金刚石在所选衬底上的沉积这种方法不需要昂责复杂的温压装置,金刚有合成的成本也比较低。

低压法中化学气相沉积是当下金刚石薄膜制备运用最为广泛的技术手段,也是最为成熟、最为有效的技术手段使用低压法进行金理的合成时,金薄膜主要是在金刚石亚稳态的温度压强区域内通过外延的方式进行生长近年来,人们在物理气相沉积技术(PVD)和化学气相沉积技术(CVD)制备金刚石多晶薄膜方面取得的进步是非常巨大的较精确的控制。