关于人造金刚石的制备与合成
人造金刚石研究报告
人造金刚石研究报告摘要：人造金刚石是一种通过人工合成方式制备的具有类似天然金刚石结构和性质的新材料。
其在颜色、硬度和耐磨性方面具有突出优势，并且具有广泛的应用前景。
本报告对人造金刚石的制备方法、性质以及应用进行了综述，并对其未来发展方向进行了展望。
1.引言金刚石是一种具有超高硬度和优异物理性质的自然矿物，然而，其稀缺性和高价值限制了其应用范围。
人造金刚石的问世填补了市场需求与供给之间的空白，为不同领域的应用提供了更多可能性。
2.人造金刚石的制备方法人造金刚石的制备方法主要包括高温高压法、化学气相沉积法和其他化学合成方法。
高温高压法是最早被使用的方法之一，通过在高温高压条件下模拟地壳中金刚石的形成过程制备人造金刚石。
化学气相沉积法则是将金属催化剂与烃类原料放置在高温高压下进行反应制备金刚石。
其他化学合成方法则采用不同的化学反应路径，在较低温度和压力条件下制备金刚石。
3.人造金刚石的性质人造金刚石的性质类似于天然金刚石，具有极高的硬度、热导率和光学透明性。
然而，人造金刚石也有其不同之处，如杂质含量较高、晶体结构略有差异。
人造金刚石的硬度和耐磨性使其在工业领域中有着广泛的应用，例如用于切削工具、磨料、光学器件等。
4.人造金刚石的应用人造金刚石因其独特的性质在多个领域得到了应用。
在切削工具领域，人造金刚石可制成高速切削刀具，用于加工硬质材料；在电子学领域，人造金刚石具有优异的热导率和绝缘性能，可用于制备高功率电子设备的散热材料；在光学领域，人造金刚石可用于制备光学窗口、透镜和激光器件等。
5.人造金刚石的未来发展随着科技的进步和人造金刚石制备技术的不断发展，人造金刚石在未来有着广阔的应用前景。
研究人员正在尝试改进制备方法，提高人造金刚石的质量和晶体尺寸，以满足不同应用需求。
此外，人造金刚石的微纳加工技术也是一个研究的热点，将有助于人造金刚石在纳米器件和生物医学领域的应用。
结论：人造金刚石作为一种新的材料，在颜色、硬度和耐磨性方面具有突出优势，并且具备多种应用潜力。
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]。
人造金刚石和人造钻石原理
人造金刚石和人造钻石原理引言：人造金刚石和人造钻石作为高科技材料，具有许多优点，如硬度高、热导率好等。
它们的制备原理是通过模拟自然界中的高压高温环境，利用人工手段合成具有类似物理和化学性质的材料。
本文将介绍人造金刚石和人造钻石的制备原理及其应用领域。
一、人造金刚石的制备原理人造金刚石是一种由碳元素组成的晶体材料，其制备原理是通过高温高压方法将碳素源（如石墨）置于高温高压条件下，使其发生晶格转变，形成金刚石晶体。
具体的制备过程如下：1. 高温高压装置：制备人造金刚石需要使用高温高压装置，如高压合成装置。
这种装置能够提供高压和高温的环境，使石墨能够转变为金刚石。
2. 石墨装料：将石墨装入高压合成装置中，并在装料中加入金属催化剂（如铁、钴等）。
金属催化剂可以降低金刚石形成的温度和压力要求，促进金刚石的合成。
3. 高温高压处理：将装有石墨和金属催化剂的高压合成装置放入高温高压条件下进行处理。
通常需要将温度升至1500-2000摄氏度，压力升至50-70千巴。
4. 金刚石晶体生长：在高温高压环境下，石墨中的碳原子开始重新排列，形成金刚石晶体。
这个过程需要经历几个小时到几天的时间。
5. 降压冷却：完成金刚石晶体的生长后，将高压合成装置从高温高压环境中取出，并进行降压冷却。
这样可以保持金刚石的结构稳定性。
二、人造钻石的制备原理人造钻石是一种具有类似物理和化学性质的合成材料，其制备原理是通过化学气相沉积法或高温高压法合成。
具体的制备过程如下：1. 化学气相沉积法：这种方法利用了化学反应在固体表面沉积薄膜的原理。
首先，在反应室中产生含有碳的气体，如甲烷。
然后，将这些气体引入到反应室中，使其与基底上的金属催化剂反应，沉积出钻石薄膜。
2. 高温高压法：这种方法是模拟地下深处的高压高温环境，通过在高温高压装置中加热和压缩碳源，使其发生晶格转变，形成钻石晶体。
这种方法可以产生大块的人造钻石。
3. 镶嵌制备法：这种方法是将人造钻石碎片镶嵌在金属基底上，然后通过高温高压处理，使其形成连续的钻石薄膜。
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。
人造金刚石生产工艺流程
人造金刚石生产工艺流程人造金刚石是一种人工合成的具有极高硬度和热导率的材料，广泛应用于切割、磨削和研磨等工业领域。
其生产工艺流程包括原料选择、合成、成长和加工等多个步骤。
原料选择是人造金刚石生产的第一步。
通常使用的原料是高纯度的石墨，通过石墨的高温高压合成来获得人造金刚石。
高纯度的石墨可以确保合成金刚石的质量和性能。
合成是人造金刚石生产的关键步骤。
合成金刚石的方法有多种，其中最常用的是高温高压合成法。
该法将石墨置于高温高压容器中，然后通过加热和施加高压使其发生化学反应，最终形成金刚石结构。
在合成过程中，需要精确控制温度、压力和时间等参数，以确保金刚石的合成效果和质量。
接下来是金刚石的成长过程。
合成金刚石的方式有两种：一种是单晶生长，另一种是多晶生长。
单晶生长是指在合成过程中，金刚石晶核逐渐生长并形成一个完整的单晶体。
多晶生长则是指金刚石晶核同时生长形成多个晶体。
不同的生长方式决定了金刚石的晶体结构和性能。
合成的金刚石需要进行加工。
加工的目的是将金刚石切割成所需的形状和尺寸，并进行表面处理以提高其性能。
加工工艺包括切割、磨削、抛光和镶嵌等步骤。
切割是指将合成金刚石切割成所需的形状，常用的切割工具有金刚石刀片和线锯等。
磨削是指对金刚石进行精细加工，以获得平滑的表面和精确的尺寸。
抛光是将金刚石表面进行处理，提高其光洁度和亮度。
镶嵌是将金刚石嵌入到合适的基座或工具中，以便于使用和固定。
人造金刚石的生产工艺流程是一个复杂而严谨的过程，需要精确的控制和操作。
每个步骤都对最终产品的质量和性能产生重要影响。
通过不断优化和改进工艺流程，可以获得更高质量的人造金刚石，满足不同领域的需求。
总结起来，人造金刚石的生产工艺流程包括原料选择、合成、成长和加工等多个步骤。
原料选择是选择高纯度石墨作为合成金刚石的原料；合成是通过高温高压合成反应得到金刚石；成长是金刚石晶核逐渐生长形成单晶或多晶体；加工是将金刚石切割、磨削、抛光和镶嵌等工艺处理，最终获得所需的金刚石制品。
人工合成金刚石的方法
人工合成金刚石的方法人工合成金刚石是一种人工制备的金刚石，通过一系列的化学和物理过程重新创造了自然界中存在的矿物。
金刚石是一种非常硬的材料，具有许多优异的物理特性，因此在工业领域有广泛的应用。
制备金刚石的方法有许多种，接下来我将详细介绍几种常用的人工合成金刚石的方法。
1.高温高压法高温高压法是最早且最常用的人工合成金刚石方法之一。
该方法是在高温（约1500℃）和高压（约5-7G P a）的环境下，将含有金刚石生成元素（如碳）的混合物放置在高压金刚石电池中，然后通过加热和施加高压来触发金刚石的生长。
高温高压法的主要原理是利用高温高压环境下的物质相变规律，使含碳原料中的碳发生转化，从而生成金刚石。
2.化学气相沉积法化学气相沉积法是另一种常用的人工合成金刚石的方法。
该方法通过在真空或轻微惰性气氛中，将含有金刚石生成气体的混合物（如甲烷和氢气）通过加热传送到底板上，通过化学反应使金刚石成核并生长。
化学气相沉积法的优点是可以在相对较低的温度和压力下制备金刚石，操作相对简单。
3.爆炸法爆炸法是一种较为特殊的人工合成金刚石的方法，它是通过在百万分之一秒的时间里产生极高的温度和压力来合成金刚石。
该方法通常使用硝酸铵和含碳原料（如石墨）作为混合物，在高温和压力下引爆混合物，从而产生极端的条件，促使金刚石的生成。
4.微波化学气相沉积法微波化学气相沉积法是近年来发展起来的一种人工合成金刚石的新方法。
该方法利用微波辐射加热金刚石生成混合物（如甲烷和氢气），使其在低温下发生化学反应生成金刚石。
相比于传统的化学气相沉积法，微波化学气相沉积法具有更高的效率和更低的能耗。
除了以上几种常用的方法外，还有其他一些方法也可以用于人工合成金刚石，如溶胶-凝胶法、火焰沉积法等。
这些方法各有优缺点，适用于不同的应用场景。
无论哪种方法，人工合成金刚石的关键是要提供适当的温度、压力和化学环境，以促进金刚石的生成。
此外，控制金刚石的形状和大小也是制备过程中需要考虑的因素。
金刚石的合成及宝石级金刚石单晶制备的基本技术
金刚石的合成及宝石级金刚石单晶制备的基本技术人造金刚石的合成基本原理是采用爆炸法、静压法、热压法和溶媒法等，在特制的炉内或容器内，借助于催化剂的作用，使碳处于超高压高温条件下，形成金刚石晶体。
宝石级金刚石单晶制备的基本技术如下：
1.提纯。
采用化学提纯和物理提纯两种方法，去除金刚石中的非金刚石杂
质，提高金刚石的纯度。
2.粒度分级。
采用选矿的方法，将金刚石按粒度分成不同等级。
3.晶体定向。
采用定向技术，使金刚石晶体沿一定的晶面和晶向生长。
4.形核衬底制备。
采用化学气相沉积、物理气相沉积、离子注入等方法，在
衬底表面制备形核衬底。
5.形核。
在衬底表面或内部形成金刚石晶核。
6.长大。
使金刚石晶核不断生长，直至获得宝石级金刚石单晶。
人造金刚石工艺流程
人造金刚石工艺流程
《人造金刚石工艺流程》
人造金刚石是一种由人工合成的类似于自然金刚石的材料。
它具有硬度高、抗磨性强和光泽度好的特点，因此在工业领域有着广泛的应用。
人造金刚石的制作工艺流程十分复杂，需要经过多道工序才能完成。
首先，制作人造金刚石的原料主要是碳化硅和金属粉末。
这些原料会经过特定的配比和混合后，放入高温、高压的环境中进行化学反应。
这个过程称为高温高压合成，是制作人造金刚石材料的关键步骤。
在高温高压合成的过程中，原料会经过几个小时甚至数天的时间才能形成金刚石晶体。
其间，需要控制好温度和压力的变化，以确保金刚石晶体的质量和稳定性。
接下来，通过化学方法处理，将合成金刚石晶体从金属基底中剥离，得到初步成型的金刚石。
之后，还需要采用切割、磨削、抛光等工艺，将初步成型的金刚石进行精细加工，使其达到工业标准的要求。
最后，经过检测和质量控制，将人造金刚石进行分级和包装，最终成品可以用于工具、磨料、刀具和珠宝等领域。
人造金刚石的工艺流程虽然复杂，但是通过现代科技的力量，已经可以实现规模化的生产，为各行各业提供高品质的金刚石
材料。
随着技术的不断进步，相信人造金刚石将会在未来发挥更大的作用。
人造金刚石的生产工艺
人造金刚石的生产工艺
人造金刚石是在实验室中通过模拟地壳中金刚石形成的高温高压条件下制作而成的。
其生产工艺主要分为化学气相沉积法、高温高压合成法和热解法。
化学气相沉积法是一种常用的制备人造金刚石的方法。
该方法通过在密封的反应釜中加热并注入一定比例的甲烷和氢气，在高温环境下产生化学反应。
甲烷在高温下分解为碳和氢气，这些碳原子将在反应釜的金刚石结晶上沉积，并逐渐形成人造金刚石晶体。
高温高压合成法是一种模拟地壳深层高温高压环境的制备人造金刚石的方法。
该方法使用一个特殊的合成装置，将金属碳和溶剂媒介物放入高压装置中，在高温高压的环境中，通过长时间的反应使金属碳逐渐转变为人造金刚石。
这种方法的优点是制备出来的人造金刚石晶体质量较好，适合用于宝石和刀具等领域。
热解法是一种通过加热杂质中含有的金属碳化物和金刚石晶核，使其通过热解反应产生金刚石的方法。
这种方法通常需要在高温下进行，并且需要使用特殊的反应装置。
在反应过程中，金属碳化物会发生热解反应，产生碳原子，这些碳原子会在金刚石晶核上沉积并逐渐形成人造金刚石晶体。
无论是哪种方法，人造金刚石的生产过程都需要特殊的装置和环境条件。
此外，制备过程中还需要控制温度、压力、气体流量等参数，以确保金刚石晶体的质量和形态符合预期要求。
另
外，在制备金刚石晶体的过程中，通常还需要对原料进行前处理，例如提纯、筛选和粉碎等。
人造金刚石的生产工艺在不断的发展和改进中，目前已经能够制备出高质量和大规模的人造金刚石晶体。
这些人造金刚石晶体在工业、宝石和切割领域有着广泛的应用前景，将为人们带来更多的经济效益和科学价值。
cvd人造金刚石制备工艺流程
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1. 基底准备。
将合适的基底材料（如单晶金刚石、碳化硅等）进行表面处理，以去除污染物并增强金刚石晶体的附着力。
人造金刚石工艺流程
人造金刚石工艺流程
人造金刚石是一种具有高硬度和高耐磨性的材料，被广泛应用于磨削、切割、钻孔和磨料等领域。
下面将介绍一种常见的人造金刚石工艺流程。
首先，原料选择是制造人造金刚石十分重要的一步。
工艺一般使用优质合成金刚石粉末作为主要原料，同时添加一定比例的金属粉末作为助熔剂和结合剂。
接下来，将原料放入高温高压反应器中进行热压烧结。
该反应器具有高温高压的环境，可以模拟地球内部的高温高压条件。
原料在高温高压下会发生化学反应，形成结晶的人造金刚石。
在反应器内，原料首先经过预烧结处理。
预烧结处理的目的是使原料中的金属粉末与金刚石粉末发生反应生成金属化合物，用来增强金刚石结晶体的固结力。
预烧结处理一般在600-800
摄氏度下进行，持续一定的时间。
接下来是热压处理。
在预烧结后，反应器内的原料会继续受到高温高压的作用，持续一定时间。
高温高压下，原料中的金属化合物和金刚石粉末会进一步反应生成更大、更结实的金刚石晶体。
此过程需要保持一定的温度和压力，通常在1400-1600
摄氏度的温度和4-6兆帕的压力下进行。
最后，将反应后的样品取出反应器，并进行后续的加工和修整。
样品表面通常会有残留的金属化合物和其他杂质，需要通过研磨、切割等工艺处理，使其表面变得平整光滑。
这样制造出的
人造金刚石就可以进行各种应用了。
总之，人造金刚石的制备工艺流程包括原料选择、预烧结处理、热压处理以及后续加工和修整。
每个步骤都有其特定的条件要求和工艺参数。
通过精心设计和控制各个环节，可以制造出高品质的人造金刚石材料，满足各种应用的需求。
人造金刚石是如何形成的
人造金刚石是如何形成的
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人造金刚石因其优异的物理和化学性能，如高硬度、高耐磨性、高 导热性等，被广泛应用于工业、珠宝、医疗等领域
随着技术的不断进步，人造金刚石的合成方法和应用领域也在不断 拓展
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未来，随着科技的进步和市场需求的增加，人造金刚石产业将会有 更加广阔的发展前景
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THANKS
再见
2023 人造金刚石是如何形成的
人造金刚石是如何形成的
目录
Байду номын сангаас造金刚石是如何形成的
人造金刚石是一种由人工合成的宝石，其形成过程需要高温高压条件。以下是人造金刚石 形成的基本步骤
制备石墨原料：石墨是一种 由碳原子组成的矿物，具有 优异的导电性能和耐高温性 能。在人造金刚石的制备过 程中，需要使用高纯度的石 墨作为原料
态
杂质和缺陷的控制：在合 成钻石的过程中，可能会 引入一些杂质和缺陷，如 氮、氧、氢等元素。这些 杂质和缺陷会影响钻石晶
体的光学和物理性质
冷却速度：在合成钻石后， 冷却速度也会影响钻石晶 体的质量和特性。过快的 冷却速度可能会导致内部 应力的产生，从而影响钻
石晶体的稳定性
后期处理：在获得合成钻 石后，需要进行一系列的 后期处理，如切割、打磨 和抛光等，以改善其外观 和质量。这些处理过程也 会影响最终产品的质量和
形成钻石晶体：在高温高压 条件下，石墨会转化为钻石 晶体。这个过程可以通过两 种方式实现：静态法和动态 法
人造金刚石是如何形成的
总的来说，人造金刚石的形成过程需要经过多个步骤，包括制备石墨原料、形成钻石晶体 、合成钻石的冷却和加工以及加工和修饰等。这个过程需要精确控制温度、压力和化学环 境等多个因素，以确保获得高质量的人造金刚石 除了上述的基本步骤，还有一些关键因素决定着人造金刚石的质量和特性，包括
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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。
控制速度要快,控制精度要高。
因此超压采用主泵开关控制,保压采用副泵补压模糊PID控制。
模糊控制具有控制速度快、过程参数的变化适应性强、可靠性高、不受工作环境影响、鲁棒性好、灵敏度高、不需要精确数学模型等特点。
但模糊控制的稳态精度较差,故采用模糊一PID复合控制的方法,以提高模糊控制的精度[3][7][8]
3、2、2温度控制
人造金刚石压机生产工艺要求加热控制就是在超压达30 MPa以后开始的,加热控制也分加温、保温几段进行,几分钟或十几分钟后停止加热。
加热控制系统将加热电压与加热电流采样信号相乘得到功率测量值,与计算机预设的加热功率工艺曲线进行分析比较,经高级控制算法处理后,通过控制功率可控硅的导通角来控制大电流加热变压器的输出电压与输出电流,使系统的加热功率满足工艺要求。
被控对象合成块为叶腊石作触媒内装石墨,为电阻性负载。
由于采用变压器降压与升流,串入了电感性负载,容易引起超调与振荡。
合成块的温度就是根据热功当量原理产生与计算,由于传热介质编织带、合金顶锤、叶腊石的特性,使温度具有滞后性质。
被控对象合成块在合成过程中被6个顶锤全封闭,其温度采用红外线测温仪测量。
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3、2、3钉锤位移采用高速指令
顶锤位移检测系统的作用就是根据6个顶锤位移传感器检测的位移量,计算出每对顶锤的同步差,以及在合成过程中预测每个顶锤位移发展趋势,以提供计算机可靠的顶锤位移数据,并控制6个顶锤按工艺流程要求准确无误地动作。
人造金刚石合成过程中充液时6个顶锤的吲步差的精度,就是合成金刚石的重要指标,要求同步差小于0.01 lnnq。
充液时间却只有4～5 S,要在极短的时问内准确无误地采样20×6组顶锤位移数据,并及时进行分析处理。
采用高速处理指令、浮点运算指令与各种抗干扰措施等确保控制的精度。
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3、3试验所用仪器
由于目前所采用的六面顶压机系统在温度与压强发面不能进行精确控制,所以本设计采用智能控制系统。
所需仪器压机的计算机控制系统主要就是代替压机原来的电控系统。
它由加压控制、加热控制、顶锤位移控制、综合分析处理、现场监控、中心监测几部分组成,具有逻辑分析、数理计算、最优化动态控制、状态检测、异常情况分析及处理、工艺自动跟踪、动态显示、人机友好界面、网络通信等智能化功能。
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3、4试验条件参数
金刚石生产工艺要求控制系统各项技术指标如下:
压力控制范围及稳态控制精度0～100 MPa±0.30 MPa,动态响应时间<3 S;加热电压控制范围0～ 6 V;加热电流控制范围0～10 kA;加热功率控制范围及稳态控制精度0～60 kW±0.1 kW,动态响应时间<2 s;顶锤位移量控制范围及控制精度0～100mm±0.01 mm
3、5试验结构表征以及性能测试等
试验结构表征:通过一定的压强与温度使石墨在催化剂作用下发生变态结晶从而转变成金刚石性能测试:主要针对金刚石体腔的大小,质量的多少,与纯净度,强度,硬度进
行测试。
3、6并能进行设计方案可行性的理论分析。
30年来,合成工艺有比较大的进展,主要体现在反应腔体的扩大,合成第一颗金刚石的反应腔体直径就是3.13mm,六面顶装置被采用后,反应腔体直径从10经过12、14、l6扩大到18mm,历时20余年,且这些工作都就是在5×6MN设备上完成的。
如今采用智能控制系统,对金刚石的温度与压力的稳定性进一步精确性控制,那么金刚石的合成技术层相信会更上一层楼。
只就是在晶体的生长反面还需要进一步研究。
3、6、1热力学基础
根据热力学原理可以确定石墨—金刚石转变过程的方向与限度,其转变过程的方向可以通过转变过程的自由能的变化来判断。
3、6、2动力学条件分析
石墨—金刚石的热力学研究表明,祗要温度与压力处于“金刚石的热力学稳定区内,石墨就有转变为金刚石的可能,但实际情况并不如此理想。
根据近代碰撞理论可知,不就是所有分子都能参加反应的,参加反应的只有活化分子碰撞形成活化络合物(即处于过渡状态),这个络合物就是不稳定的,它分解后可得到“生成物”对石墨—金刚石的转变过程来讲 ,当其它条件不变时,增加压力对于反应速度就是不利的,这就是因为压力的增加对于庞大与开阔活化络合物的形成就是不利的。
3、6、3金刚石的催化
压力与温度就是影响反应速度的重要因素。
石墨转变为金刚石只有在两种条件同时存在时才能实现。
据推测,在无触媒参与的条件下,这一转变过程的反应压力与温度必须不低于190 000kg/cm2 与∽3900℃,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。
为了解决这一难题,国外的研究者在人造金刚石晶体生长
技术方而进行了不少工作。
她们的研究结果充分表明,在较低的温度(1200～2400℃)与压力(50 000～100 000atm)的条件下,几分钟内就是能够制得金刚石的,不过需要加入触媒剂。
十分明显,触媒在这一转变过程中就是非常重要的。
在目前我们所设计的61型、62 型超高压高温设备所能达到的压力(75 000atm)与温度(1200～2000℃)的范围则更具有其现实意义。
不言而喻,触媒的正确选择也就显得十分重要。
4结论
人造金刚石合成技术的研究中心已在好些国家建立起来,正在大力展开这方面的研究工作,并取得显著成效。
这一技术轮廓虽有透露,但关键性的细节问题仍属保密,有待我国科学工作者去研究解决。
因此,我们认为: 1、天然金刚石不能满足科学技术发展的要求,必须走人工合成之路;2、从国内天然资源少,需求量多,必须迅速地掌握人造金刚石晶体生长这一门新技术;3、为了给人造金刚石新品种的发展提供一套完整的工艺规程,必须在实验室中进行创造性的实验研究工作;4、为了给实验研究工作提供一些方向性的资料,特将收集到的国外有关人造金刚石合成技术资料,工艺资料加以整理分析。
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