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　　1、钻石的魅力

　　自远古以来，金刚石(又称钻石)就引起人们的关注。这种极其稀有的矿物，大概在公元前3千年就在印度被发现，而实际上在公元前5世纪以前就为古希腊人所得知。

　　“金刚石”---源自阿拉伯字al-mas(“最硬的”)和希腊文“aδ aμas”，意思是“不可克制的”、“不可战胜的”、“不可摧毁的”。

　　金刚石不仅硬度远超过其它物质，更具有许多另外的“第一”。比如，金刚石的硬度是立方碳化硅的3倍，耐磨性是氧化铝的5倍，抗压强度是碳化钨的20倍，传声速率是钢的3倍，传热速率是銀的4倍，电洞移动速率是硅晶的2.5倍。金刚石的透光领域和化学惰性(500℃以下)也大幅度超过其它材料。此外，金刚石具有极高的电阻率、折射率、抗幅射性，以及极低的热膨胀系数、摩擦系数、比热等。由于有这些无与伦比的冠军特质，金刚石在每一应用领域都会成为不可替代的极品。

　　金刚石不仅是宇宙最普遍的物质，它也是人类最有用的材料。未来金刚石将成为电子元件最有效的散热片、辐射光源最明亮的透视窗、化学盛具最稳定的保护膜、机械密封最滑溜的轴承面、生医材料最适用的介层面、乃至资讯传递最快速的半导体。因此，我们期待人类可使用丰富的金刚石建立更灿烂的物质文明，使我们的子孙进入永恒的“钻石时代”。如此令人向往的美好前景谁来开拓，我们!因为我们需要它!

　　2、百年探秘 终荻成功

　　金刚石虽然早在公元前三千年就在印度被发现，但对它的性质却一直是个谜。直至17世纪末叶才发现金刚石具有可燃的属性。于是，英国的化学家、德国的物理学家都纷纷登场揭秘。遗憾的是，在过去的石墨转变为金刚石的试验条件中，只有高温而缺乏足够高的压力，因此，石墨是不可能转变为金刚石的。

　　虽然过去的许多尝试都失败了，但这些研究工作却为后来的成功指明了方向。使人们清楚地认识到制造金刚石的过程是一个高压高温过程，也就是说，石墨转变为金刚石只有在超高压高温同时存在的条件下才有可能实现。

　　1938年，Rossini和Jessup发表了他们计算所得到的金刚石(D)-石墨(G)平衡线;1939年，Liepumsky发表了他计算的D-G平衡线;1947年，P.W.Brigman发表了他计算的D-G平衡线，解决了合成金刚石需要超高压高温的理论问题，即从理论上提供了依据。

　　正因为人造金刚石生长理论和高温高压技术的日趋成熟，昭示了人造金刚石的诞生已噪动于母腹，即将来到人间。

　　1954年美国GE公司宣布了人造金刚石合成成功，瑞典则宣布1953年就合成出了金刚石，1959年南非、1960年苏联和日本相继都宣告合成出了人造金刚石。外国的成就说明金刚石用人工生产不再是不可逾越的课题。当时这种技术对中国来说是完全封闭的。然而，先行者的成功之例，对中国来说在这方面进行尝试，已不再是不可行的事，合成中国自已的金刚石对科技工作者增强了决心和信心。

　　3、使命光荣 责任重大

　　中国开发人造金刚石的工作始于上个世纪60年代初。同一战场，有两个军团，即科学院(国家级)与部级两路大军几乎是在同一个年代，不约而同地向自然稀有且珍贵的人工合成金刚石技术开战。一个是为学科发展而战，另一是为工业急需求这种产品而战。我们的开发工作的进程，不可能像中科院那样是远景性的，而我们的战斗则是“十万分火急”的，要求速战速决，研发进程越短越好!一万年太久，只争朝夕呀!我们团队经过一千多个昼夜的奋战结束了战斗。为此，我们荣获了1978年全国科学大会奖。

　　3.1 科学院团队

　　国家级团队中的成员单位有：中国科学院物理研究所和中国科学院地质研究所。部级团队中的成员单位有：一机部迫通用机械研究所、一机部磨料磨具磨削研究所和地质部地质科学研究院。科学院团队是由何寿安教授、章元龙教授领衔的。

　　沈主同在“我国人造金刚石研究的若干进展”一文中指出，由于五十年代中、后期间国际已报道了采用静态高压的人工合成方法在实验室获得磨料级金刚石。所以高压方法受到科技工作者的极大关注，因此高压相变与合成项目就成为我国制定自然科学十二年学科发展远景规划中国物理学科、高压物理分支学科的重点项目。这也是五十年代末中科院物理研究所把人造金刚石项目作为筹建高压物理分支学科的重要內容和在1962年建立高压物理研究室时该项目成为重点项目组的背景。

　　李达明，刘光照在“三十多年的历程”一文中告诉我们：中国科学院地质研究所矿物研究室的方向着重于应用基础研究，在章元龙教授领导下，1960年开始开展多项人工晶体生长项目。当时，金刚石项目被中国科学院称为“五朵金花”之一，它是五项难度最大的项目。

　　在分析国际上报道的几种类型的超高压高温装置的优缺点后，章先生于1962年想出了一个具有450钭滑面的“单向加载四对斜滑面式立方体(六面体)超高压高温装置”。由于地质研究所加工力量薄弱，至1965年装置研制成功并生产出金刚石。

　　3.2 部级团队

　　1960年国际风云突变。金刚石来源断绝，严重影响到我国社会主义建设进程。如所周知，我国天然金刚石资源极为稀缺的国家，解决金刚石的来源问题成为迫切需要解决的重要课题。于是，这年的10月国家下达了研制人造金刚石的任务。此项任务由第一机械工业部通用机械研究所、磨料磨具磨削研究所和地质部地质科学研究院协作开展工作。

　　超硬磨料金刚石落脚磨料所完全与研究所基本任务之一发展新磨料和新磨具相一致，并与其宗旨集磨料-磨具-磨削，即材料-制品-应用于一体相吻合。接任务后，我们立即组成了强有力的代号为121课题小组，其中于鸿昌和我是学化学的，在大学里学习过物质结构、化学热力学、化学动力学等基础理论课程。这样的知识结构是其从事金刚石研究工作的第一个优势。于鸿昌和我的笫二个实践优势是分别曾在苏联和东德学过碳化硅冶炼技术。碳化硅冶炼过程中会出现一种称之碳化硅的分解石墨，这种石墨的纯度很高，而且冶炼碳化硅所用的冶金焦炭、沥青焦炭等原料均为碳素材料。这些知识在我们参与人造金刚石合成技术的研究时都派上了用场。

　　通用机械研究所：负责设计制造高温高压设备，压力测量及组织工作。

　　地质科学研究院：负责传压绝缘材料的选择及测温工作。

　　磨料磨具磨削研究所：负责合成工艺及分析。

　　合作的原则：分工不分家。

　　参与联合攻关的成员：通用机械研究所：练元坚、胡恩良、许锦枫、张永华、金秋野、柳开忠和杜福昌；地质科学研究院：姚裕成、熊文松、周纪堂、孙荣传;磨料磨具磨削研究所：于鸿昌、王光祖、卢飞雄、余征民和李进保。

　　实验地点：北京通用机械研究所办公大楼地下实验室。

　　从此，我就与金刚石事业结下了终生之缘。我是学化学的，但对金刚石的合成技术怎么回事，却一无所知，脑海中一片空白。国家有难匹夫有责!我们是新中国培养的工程技术人员，先国家之忧而忧，我们这代年轻人不去承担谁来承担?

　　我们迅速展开了调查研究，收集、阅读了大量的有关金刚石生长的资料，写出了《人造金刚石合成工艺基础》供制订试验实施之用。并通过对资料的分析，明确了对如下几个问题的认识：

　　(1)石墨与金刚石是碳的同素异形体，从它们的晶体结构分析，具有相互转化的内因，就是说，在特定的条件下，不仅在理论上讲，以石墨作原料来制取金刚石是可行，而且这点已为GE公司的实验所证明;

　　(2)石墨只有在超高压高温同时存在的条件下才能向金刚石的转变;

　　(3)在没有催化剂参与的条件下，虽然石墨能向金刚石转变，但所需要的压力温度远远高于有催化剂参与下的高压高温条件。显然，前者是不可取的。

　　上面的问题怎样解决?则是我们需要去设计、去探究的。

　　4 理论依据 实施纲要

　　根据《人造金刚石合成工艺基础》编写提纲的要求，我们着重对石墨—金刚石转变过程中热力学条件的分析及其平衡曲线的讨论、石墨—金刚石转变过程中动力学条件的分析、石墨—金刚石转化过程的催化、试样加热方法的讨论和加温加压过程的分析。在分析上述问题的过程中，曾向北京大学化学系孙承谔教授和华东纺织工学院化学系染化教研组陈美华老师请教过有关理论问题。提出了关于《人造金刚石合成工艺基础》编写原则的几点考虑：1、为人造金刚石晶体生长第一阶段实验提供理论上的依据;2、通过对石墨—金刚石转变过程的热力学和动力学条件，以及触媒在这一转变过程中的作用的初步分析，来了解金刚石晶体生长的一般规律;3、有关金刚石晶体生长的细节问题，如活化能、反应速率的计算等问题在编写人造金刚石工艺基础(第一阶段)一文时暂不加考虑，但必须指出，这一理论工作是一定要做的。

　　在攻坚战打响前的一次小组会议上，我就“人造金刚石合成工艺实施方案”向课题小组的成员做了详细说明。参加者有：于鸿昌 卢飞雄 胡恩良 金秋野 许锦枫 余征民 周纪堂 姚裕成 柳开忠 熊文松 张永华。

　　报告共分三大部分：

　　1、序言

　　从所发表的有关资料来看，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。

　　2、人造金刚石研究简史

　　1880年英国化学家Hannery，1894年法国著名物理学家Moissan和1935～1940年美国杰出高压物理研究者P.W.Bridgman等几个著名人物主导的几项实验，对20世纪50年代人们掌握人造金刚石合成技术做出了贡献。清楚地证明，人造金刚石的合成过程必须是一个超高压、高温同时并举的过程，也就是说，只有在超高压高温同时存在的条件下金刚石生成才有可能。

　　3、石墨—金刚石转变过程中热力学条件分析及其平衡曲线的讨论

　　热力学原理及其数据是计算与讨论石墨—金刚石平衡曲线的基础，也就是说，在研究石墨—金刚石的转变过程中，首先应考虑到的是热力学问题，因为热力学的计算使我们能够预测石墨金—刚石转变过程的方向问题，从而为研究这一转变过程提供理论上的依据。

　　(1)热力学基础
　　(2) 平衡曲线的计算
　　(3) 平衡曲线的讨论
　　(4) 石墨金刚石转变过程中动力学条件的分析
　　(5)石墨—金刚石转变过程的催化
　　(6)关于选择触媒问题的考虑。
　　(7)试样加入方法的讨论
　　(8)试样加热方法的讨论
　　(9)加压加温过程分析

　　5 没错就是D

　　我们以经过计算的石墨-金刚石平衡曲线为理论依据展开了实验研究。经过失败、改进、再失败、再改进的艰苦探索，终于1963年12月6日晚上在北京通用机械研究所高压试验室，在我国自行设计与制造的61型两面顶超高压装置上，合成出了中国第一颗人造金刚石。参加这试验的人员有：通用机械研究所的胡恩良、许锦枫、张永华和杜福昌，磨料磨具磨削研究所的王光祖、卢飞雄和李进保等。

　　记得，这天晚上在一组方案编号为第32次试验中发现，合成棒中有闪闪发亮的晶体神秘地出现了，用这种晶体刻划玻璃时，耳闻到清脆的吱吱声，这声音是金刚石降临华夏大地的一种信号。晶体经酸处理及重液分离后，获得粒径为20～30μ的黄绿色晶体。X射线分析证明，合成出的样品，其谱线与天然金刚石及美国和日本的人造金刚石样品谱线全同，说明识该黄绿色晶体是金刚石，详细数据如表1所列。

　　表1 我国合成样品与国外、天然金刚石谱线数据比较

　　因为课题所研制的金刚石是保密的，如果所合成的样品中有金刚石，其联合暗号为D，即Diamond的第一字母。1963年12月10晚我们接到于鸿昌发来的电报，电文未译出来，已经晚9点，胡恩良和唐梓敬一同到天桥邮局，找到译员，当看到译出的电文“发现有D谱线”时，我们高兴极了，三年来的辛苦劳动看到了曙光。实验室再次响起欢呼声，我们成功了!我们成功了呀!是毛泽东思想的伟大胜利，是毛主席革命路线的伟大胜利，是社会主义大协作的成果。

　　磨料磨具磨削研究所把上述结果报告了部科技司，为了慎重，科技司领导指示，应请国家权威院所做复验，于是指派汪华荣进京求助于他钢铁研究院的老师，他老师的鉴定结果出来后，对汪华荣说，你的结果没有错，就是D呀!祝贺你们为国家做了个大贡献呀!

　　6、 结束语

　　国家科委于1963年10月正式下达“人造金刚石试验研究”项目给一机部。由于是尖端科技保密性极强，命名为“121”课题。郑州磨料磨具磨刺削研究所门牌的“121”号，就是以“121”课题的121来定的。磨料磨具磨削研究所乔迁到郑州国家高新技术开发区后的门牌号经上级持批仍为121，意义深远。1963年12月6日我国第一颗人造金刚石的诞生，是在国家精心组织与关怀下，由上述三个研究院所联合攻关，在北京通用机械研究所地下实验室所取得的，是多学科合力的结晶、集体智慧的结晶。笫一颗人造金刚石出来后，三家的协作关系也就画上了一个句号。我们深知，这只是人造金刚石工业生产万里长征征途中的第一步，人造金刚石产我化的道路正有待于我们去开创。(文/王光祖 郑州磨料磨具磨削研究所) 参考文献(略)