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　　一、人造金刚石生产的历史
　　1954年美国GE公司研制成功了世界上第一颗人造金刚石。我国在1960年10月作为国家重点科研项目下达了人造金刚石的研制任务，该任务由原第一机械工业部磨料磨具磨削研究所、通用机械研究所和原地质科学研究院共同承担。经过通力合作，于1963年12月6日，在国产300吨61型两面顶超高压装置上，以高纯石墨粉为原料，以镍铬合金为触媒，成功地生产出了我国第一颗人造金刚石。1964年4月，由磨料磨具磨削研究所与铸造锻压研究所开始设计6×6MNDS－023A型铰链式六面顶压机。1965年4月，原第一机械工业部下达国家科委“关于人造金刚石中间试验任务书”，1965年8月六面顶压机制成并在磨料磨具磨削研究所完成安装，1966年7月3日正式进行合成工艺试验，并投入批量生产，当年生产人造金刚石一万克拉，同时由磨料磨具磨削研究所参与选址、设计、筹建我国第一个人造金刚石及其制品专业化生产厂——第六砂轮厂，第六砂轮厂于1969年建成投产。至此，我国逐步形成了6×6兆牛顿（MN）六面顶设备为特色的人造金刚石生产工业体系。
　　在国外，上世纪80年代末期，德国Winter公司成功地在两面顶超高压装置上开发出粉末触媒合成粗颗粒高强度金刚石的工艺，实现了粉末触媒工业化生产高品级金刚石的突破。[1]由于粉末触媒合成金刚石具有单产高、质量好、原辅材料消耗小等优点，上世纪90年代以来，DeBeers公司与G．E．公司均采用粉末触媒进行高品级金刚石的生产，并垄断了高档金刚石的国际市场。
　　二、国内人造金刚石的生产现状及金刚石触媒粉末的市场预测
　　世界人造金刚石材料市场正以8%的年平均增长速度递增。在我国，金刚石产量的70～80%用于石材工业，到2000年石材板材产量按一亿立方米计算，仅板材切割用的高品级粗颗粒金刚石年需要量为1.3～1.5亿克拉。据有关部门估计，近几年我国进口中高档的人造金刚石都在千万克拉以上。我国金刚石年产量由1997年的4.4亿克拉迅速增加到2003年的25亿克拉，使中国的金刚石产量占世界生产金刚石总量的60%以上，金刚石出口量猛增到9亿克拉。我国是世界金刚石生产大国，但品种单一，品级属中低档，约有三分之一的压机被迫处于停产状态。尽管二面顶压机生产的金刚石质量不错，但由于技术要求高，国产化难度相当大。我国从八十年代开始引进两面顶压机设备，花费了约二十多亿元人民币, 这相当于我国目前拥有的六面顶压机的总投资, 而至今仍无一个单位进入正常生产。对于众多的国内中、小型企业根本没有实力引进两面顶压机和技术。目前，六面顶压机正向着大型化和工艺精细化的方向发展。采用粉末触媒尤其是与大吨位压机的设备优势相结合，将大大推进我国高品级金刚石的产业化进程。
　　国内大量使用Ni-Mn-Co片状触媒，由于Mn含量较高，脆性较大，轧制厚度减小到0.4mm以下时常常脆裂，限制了触媒厚度的进一步减薄，而且生产工序长，能耗大，材料利用率不高。片状触媒成分偏析明显，不利于优质金刚石的生长。[2]国内自70年代末先后采用单质粉混合、车削粉屑和水雾化粉等，不断地在研究粉末触媒合成金刚石工艺，但一直未有大的突破，主要问题在于粉末触媒的质量不高，如目前一些生产的水雾化触媒合金粉末的企业，受制作工艺的限制，氧含量高达2000ppm。水雾化触媒合金粉末的生产是一个系统工程，它包含着硬件和软件二个方面，一般来讲，由于金刚石生产企业对于雾化法生产金属粉末这一技术了解不多，所以投资时所关注的大部分是在硬件部分，结果是花了不少的资金，得到的东西并不理想。
　　触媒合金粉末主要用铁基材料经高温熔炼、高压水雾化破碎，经真空干燥后制成。用其合成的金刚石晶型好、颜色金黄。粉末触媒合成金刚石试验结果表明：可提高合成单产，减少硬质合金和原材料消耗，降低金刚石的生产成本，同时既能合成高产磨料级金刚石，又能合成优质粗颗粒和高品级金刚石。粉末触媒合成的金刚石单晶以六至八面体为主，晶型完整率高，晶体内较为纯净，包裹体总量不多，分布较为细小弥散，具有良好的室温和高温冲击强度。
　　采用粉末触媒工艺合成金刚石已经得到国内各生产厂家的认同，各企业在粉末触媒的研究开发上正不断在加大投入力度，金刚石触媒粉末的需求正处于快速增长阶段。据统计，国内金刚石生产的企业总数为248家（不含诸多个体企业），遍及全国各地，河南、安徽、湖南、河北等省大型生产企业较多。近年来新装6×12MN以上压机总数已超过800台，两面顶压机数十台，加上原有6×8MN及以下压机4000台，总数接近5000余台。随着大范围采用粉末触媒工艺，触媒合金粉末的年需求量将在3000吨以上。[3]而且由于国外的金刚石生产大多采用粉末触媒，产品还可以出口创汇。按照金刚石的用途来分，英国 Debeers 公司共有 44 个牌号，美国 GE 公司共有 25 个牌号；我国则只有 11 个牌号，且最高档的 DMD 级没有商业化的产品。采用粉末触媒可实现金刚石产品的多品种、多品级和系列化，对于中小企业调整产品结构，提升企业的生产技术水平，提供了一个机会。它将促进金刚石行业的技术革新，增强企业参与国际市场竞争的能力，促使我国金刚石行业摆脱困境走上可持续发展的道路。国内的一些大型的金刚石生产企业，由于触媒合金粉末的使用量相当大，都纷纷自已投资兴建触媒合金粉末生产线。
　　现在市场上的高压水雾化法生产触媒合金粉末的设备，售价在五十多万，而且存在以下一些问题：
　　一　受现有设备结构的影响，粉末的氧含量相当高，下面是某设备供货商提供的主要性能指标：
　　氧含量：　　＜3000ppm，松装密度：3.6g/cm3
　　应用范围： 适用于粉末法合成高品级人造金刚石
　　粉末目数： -320目、-200目、200～320目
　　二　设备供货商只是简单地将别人的设备复制给用户，对于触媒合金粉末的制作及调整，无给用户更多的技术上的技持。因为触媒合金粉末的生产，不仅仅是一个金属液体的破碎问题，其成份还应根据制作金刚石工艺的需要进行调整，这就需要你对金属材料这块相当熟悉，有着丰富的粉末制作经验才能做得得心应手。
　　三　用户对设备的总体情况无法进行更多地了解，如果想对设备进行改进，也不知从何着手。换句话讲，用户所得到服务的性价比不高。
　　根据来自户的询问，除了以上这些明显的不足外，还有其它的一些问题，在此就不多写了。如有问题，欢迎与作者联系、交流。
　　三、高压水雾化法生产金刚石触媒粉末的工艺
　　从广义的角度来讲，高压水雾化法生产金刚石触媒粉末的工艺是属于金属粉末制作工艺的一部分，或者说，仅是其中生产的一个品种而已。其生产的工艺流程与雾化法生产其它的金属粉末是一样的。
　　首选，根据金刚石触媒粉末的合金成份配方，精选材料，按熔炼工艺的要求，在中频炉内熔化成金属液。随后启动雾化装置相配的高压水泵，调整好雾化筒内的水位，准备雾化。一切准备好后，开始雾化，金属液被注入中间包后，经限流漏嘴限流后，进入雾化室，在来自雾化器主高压水射流的打击下，迅速地雾化成非常细的金属液滴，因为水的比热相当大，经过热交换后，金属液滴经过短暂地时间后，凝固成金属粉末。金刚石触媒粉末的氧化，主要就是发生在破碎及凝固这个短暂的时间段内，如果这段没有发生太厉害的氧化，随后的氧含量也基本上固定下来了。
　　至于以后粉末的脱水干燥，只要能适当地控制好温度，氧含量不会有太大的提升。制作好的粉末与水是相混在一起的，所以雾化好后的粉末是水粉混合物，收集后经脱水后，粉末经过后处理，检测成份合格后就可作为金刚石触媒粉末，用于制作金刚石。
　　金刚石触媒粉末的合金杂质含量控制及合金成分均匀性控制主要是在熔炼和雾化时完成的，所以生产者对此要有足够的重视。
　　四、金刚石触媒粉末的化学成份
　　金刚石触媒粉末，一般选用200－300目粉体，石墨催压成金刚石的过程与触媒中的过渡金属元素的原子的3d电子状态有关，高温高压下的金刚石合成基本上都是采用过渡族金属元素作为触媒，如铁基的或镍基的。从金刚石转变的基本原理来说，铁基触媒更符合金刚石触媒设计的结构对应、定向成键和易溶碳的原则。[4]所以从工艺和生产成本考虑，金刚石触媒粉末大量的是一些铁基的粉末，以下是一些例子：
　　（一）铁70镍30
　　注：1，采用铁70镍30粉末触媒工艺合成的金刚石均为金黄色，晶型完整率高，多为八面体呈等积状，杂质含量少，呈规则或细小弥散分布。
　　2，下面是一个实测例：铁68.47镍29.59硅 0.26铝 0.21锰 0.095铜 0.075铬
　　用体视显微镜观察到该合金粉末呈浅灰色,表面光亮,极少几个小颗粒有氧化色,大部分为圆球状颗粒,不规则颗粒很少。
　　（二）铁25镍75
　　（三）镍70锰25钴5　
　　人造金刚石，或多或少总有杂质存在，而这些杂质元素直接影响着钢琴金刚石的颜色，例如，随着金刚石中含氮量的增加，晶体由黄色透明变为深绿色，色调逐渐加重。而当金刚石晶体中硼含量增加时，晶体则由黄色逐渐变为棕红色、灰色、蓝色直至变为黑色。通过对金刚石的制作工艺或金刚石触媒粉末的成份进行调整，可获得预期的人造金刚石产品。
　　五、高压水雾化法生产金刚石触媒粉末的设备
　　一套年产量在一百吨的高压水雾化法生产金刚石触媒粉末的设备，其所需要的设备及投资额大致如下：
　　金属熔炼炉及中频电源　　　　　　五万
　　高压水泵　　　　　　　　　　　　六万
　　管道、风机　　　　　　　　　　　一万
　　雾化装置（含雾化器、中间包）　　五万
　　技术服务费　　　　　　　　　　　五万
　　辅助工具　　　　　　　　　　　　三万
　　总的投入在二十五万左右。
　　当然，也可采用氮气雾化生产金刚石触媒粉末。从网上查询到的项目投资额为：一台100公斤级熔炼炉制备铸锭，三台100公斤级雾化设备，加上配套的筛分、封装和储存系统，投资约1000万元；厂房约1000平米，加上配套的水电、气站及人员等，约需1000万元。因此，总投资计约2000万元。由于采用气雾化的投入相当大，一般企业不会选用。当然，也可以采用节俭的方式来做，投入可大大地降低。