人造金刚石的三大制造方法

我们常说的钻石,俗称"金刚钻"就是指金刚石。它是自然界中最坚硬的物质,是一种由纯碳组成的矿物。18世纪发现金刚石是由纯碳组成,那时人们就开始研究试图制造人造金刚石,但是直到20世纪50年代通过高压研究和高压实验技术的进展,才真正成功的制造出来并迅速的发展,当今它被广泛应用于各种工业,工艺行业。

钻石亦被称为金刚石,它是碳在地球深部高温高压的特殊条件下,由于地壳的运动,它们从地球的深处来到地表,蕴藏在金伯利岩中,从而被人类发现和开采。虽然人类可以生产出人造金刚石,但质量大小还远远不及天然金刚石。因为它是自然界最坚硬无比的物质,摩氏硬度10,新摩氏硬度16,显微硬度10000kg/mm2,显微硬度比石英高1000倍,比刚玉高150倍。

人造金刚石硬度高、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;它有优良的透光性和耐腐蚀性,在电子工业中也得到广泛应用。人造金刚石不仅在工业中也大有可为,可以加工成价值连城的珠宝。

当今世界金刚石的制造是一项极为昂贵的技术,需要的条件极为苛刻,陈本极高,稍有不慎就会前功尽弃,所以对技术人员的要求极高;金刚石的制造方法有几十种,最常用的主要有三种方法。

一、直接制造法

人造金刚石或动态超高压高温技术,或利用瞬时静态超高压高温技术,或两者的混合技术,主要是使石墨等碳质原料从固态或熔融态直接转变成金刚石,这种方法得到的金刚石是微米尺寸的多晶粉末。

二、外延法

利用热解和电解某些含碳物质时析出的碳源在金刚石晶种或某些起基底作用的物质上进行外延生长而成,从而制造出金刚石。

三、熔媒法

用静态超高压即5~10兆帕和高温(1100~3000摄氏度技术通过石墨等碳质原料和某些金属(合金)反应生成金刚石,其晶态为立方体、八面体和六-八面体以及它们的过渡形态。在工业上主要是静压熔媒法显出重要应用价值。采用这种方法得到的磨料级人造金刚石的产量已超过天然金刚石,需要解决的问题是增大粗粒比,提高转化率和改善晶体质量。

目前正在实验室中用静压熔媒法研究优质大颗粒单晶金刚石的形成。加晶种外延生长法曾得到重1克拉左右的大单晶;用一般试验技术略加改进后,曾得到2~4毫米左右的晶体。采用这种方法还生长和烧结出大颗粒多晶金刚石,后者在工业上已获得一定的应用。

目前民间很多企业都有专业技术人员在研究金刚石的制造,但是并没有更好的方法出现;人造金刚石一个重要的应用即是焊接在金刚石锯片上作为锯片的切割材料,这是金刚石锯片行业的重要应用,但是锯片行业需要购进人造金刚石进行生产,往往金刚石比较昂贵,陈本较高,所以很多锯片生产厂家试图在其它方面节约成本,例如改进锯片生产技术,改进生产工艺流程,提高设备生产力等。

其中比较突出的是数控全自动开齿冲床的问世,是一个很好的例子;锯片冲齿全自动数控冲床是一种全新的冲床设备,是在机械冲床的基础上,采用高级软件编程人员编制特殊软件程序,从而实现全自动控制操作的数控操作冲齿冲床,外观相当于一台或几台普通冲床和一台数控控制柜联合成的一套设备。

锯片冲齿全自动数控冲床是由东方工业自动化有限公司技术团队专业研发生产的专业应用于锯片及其基体生产的全自动冲齿冲床,经过长时间的临床应用和实践,已被证实是目前国内最先进的冲齿冲床设备;这种冲床的出现为锯片生产厂家节约了陈本,提高了生产效率,促进了锯片行业的发展。

关于人造金刚石的形成机制;目前主要有下述几种学说:固相转变学说则强调石墨晶体无需断键解体,经过简单形变就形成金刚石晶体;溶剂学说认为所用金属合金起着碳的溶剂作用;催化学说则认为是一种催化剂。但这三种典型学说所提出模型往往同一些主要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(溶)剂-触媒(简称为熔媒)等学说进一步探讨所用金属(合金)的作用。总的说来,人造金刚石的形成机制目前尚是一个仍在探讨中的复杂问题。

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