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郑州华晶金刚石股份有限公司

人工合成金刚石的现状

关键词 人工合成金刚石|2010-03-25 00:00:00|来源 中国超硬材料网
摘要 金刚石是一种在机械、热学、光学、化学、电子学等方面具有极限性能的特殊材料。一、人工合成金刚石的现状1954年12月8日,在纽约州斯克内克塔迪的美国GE(通用电器)公司研究发展中心的...

  金刚石是一种在机械、热学、光学、化学、电子学等方面具有极限性能的特殊材料。
  一、人工合成金刚石的现状1954 年12 月8 日, 在纽约州斯克内克塔迪的美国GE (通用电器)公司研究发展中心的科学家本迪( F·P·Bundy) 、霍尔( H·T·Hall) 等人首先克服了高温高压工程、材料和测试方面的种种困难而达到了这一转变条件, 成功地为石墨和含碳物质在金属熔体中合成金刚石, 做出了划时代的贡献。1958 年, 人工合成金刚石投入商业生产。从此人工合成金刚石的产量逐渐超过了天然金刚石的产量。美国通用电气公司在合成工业金刚石后,又花了15 年的时间, 到1970 年, 宣告宝石级金刚石合成工艺成功。1971年公布了晶种温梯法的详细工艺。据称, 只生产出重量分别为0. 30ct、0. 31ct、0. 39ct 的三粒透明金刚石, 代价之昂贵, 无法与天然金刚石相匹敌。1986 年, 前苏联对外机构宣布, 苏联科学院在高温高压下合成一颗重达9988ct 的特大金刚石晶体, 生成温度比太阳表面的温度还要高。1987年, 南非德比尔斯公司金刚石研究室利用高温高压法在60 小时内制出1ct 的金刚石晶体; 在180 小时内合成5ct 的金刚石晶簇, 最大单晶为11. 14ct , 最大长度为16mm, 晶体呈立方体( 100) 和八面体( 111) 为主的聚形。这些金刚石一般呈黄色或棕黄色; 无解理和裂纹; 适于进行宝石刻面, 也可用于拉丝模, 切削刀具, 辐射探测器等。1987 年,“金刚石薄膜”在世界上兴起, 国外文献发表生长金刚石膜的方法有几十种之多。进入20 世纪80年代以来, 膜的生长速率、沉积面积和结构性质已逐步达到可应用的程度。研究证实, 高质量的CVD 金刚石多晶膜的硬度、导热、密度、弹性(以杨氏膜量表征) 和透光物理性质已达到或接近天然金刚石, 并且金刚石膜具有与单晶金刚石几乎相同的性能, 但它是连续性材料, 从而解决了尺寸问题。作为21 世纪新型功能材料的金刚石薄膜, 随着研究工作与应用开拓不断的深入, 在不远的将来, 金刚石薄膜的功能必将在各个重要的领域,特别是高新技术领域中产生重要影响。2003 年, 国外人造金刚石又获得2 项突破性进展———俄罗斯生产出性能超过金刚石的大分子三维聚合物,日本研发出超高硬度人造金刚石。俄罗斯科学院化学物理研究所的根纳季·科罗廖夫博士领导的科研小组,经过近30 年不懈的研究, 终于找到有效控制分子行为的方法, 成功地合成了大分子三维结构聚合物。这一工艺称为“激活聚合作用”, 其性能测试指标完全超过了金刚石的性能指标;日本爱媛大学的深部地球动态研究中心采用不同催化剂的“ 直接转化法”第一次用石墨直接合成出纯度很高的多晶金刚石, 集合了直径数十纳米微粒子的多晶体, 硬度可达140GPa, 高出单晶的2 倍以上, 而且更耐高温。
  二、人工合成金刚石的主要生产国目前世界上能够生产人造金刚石的国家有二十几个: 美国、英国、中国、爱尔兰、俄罗斯、乌克兰、瑞典、韩国、日本、法国、白俄罗斯、乌兹别克、德国等等, 我们估计, 世界人造金刚石现今年产量突破30 亿克拉, 其中中国年产量有20 亿克拉之多, 为世界人造金刚石生产的超级大国, 中、低端产品产量属世界之最, 其价格之低也是世界之最。而CE 公司(年产1. 6 亿克拉)、DeBeers 公司(年产2亿克拉左右)、韩国日进公司为6000- 8000 万克拉, 这些公司的产品均为高端产品。
  三、人工合成金刚石的经济发展前景世界上人造金刚石不仅在产量上, 而且在某些性能上已超过天然金刚石。当今人造金刚石已基本形成一个完整的系列, 作为工程材料完全可以满足各工业应用领域对人造金刚石所提出的需求, 促进了机械加工技术、地质和石油钻探技术、石材加工技术等发生变革性的变化。现正在向功能材料的应用方面努力。金刚石薄膜是一个大有发展前途的新型功能薄膜材料, 它的发展历程很短, 在理论研究、技术开发、应用扩展方面还很不完善, 不系统, 还有更多、更深、更广的研究, 产业规模化还有一段较长的路要走。但是它的优异性能、广泛的应用前景必将吸引更多的科技工作者努力去研究开拓。作为21 世纪新型功能材料的金刚石薄膜,随着研究工作与应用开拓不断的深入, 在不远的将来, 金刚石薄膜的功能必将在各个重要的领域, 其经济前景必远大。纳米金刚石拓宽了传统意义上的金刚石的应用领域, 但毕竟纳米金刚石的应用才起步, 合成出性能优异的分散剂, 设计出高效分散方法, 提高分散后纳米颗粒的稳定性和均匀性, 成为纳米金刚石应用的关键, 随着时间的推移, 必将结出更为丰硕的果实。随着对纳米金刚石小尺寸效应、量子效应及宏观量子隧道效应的深入研究, 纳米金刚石的应用前景更为广阔。随着科学技术的发展, 金刚石合成技术更趋全面、更趋完整, 在本世纪必将在工业、商用、军事、教育、娱乐及医学等领域发挥重要作用。应用领域将越来越宽, 对工业技术创新的贡献将越来越大, 所有这些充分显示了金刚石的科学研究事业, 潜在应用前景, 将像金刚石一样绚丽多彩.
 

 

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