超硬材料网

       前文提到石墨转化金刚石的相图（图一），已详细介绍凡是在石墨-金刚石平衡线以上的压力温度条件下，都满足石墨相转变成金刚石相的条件，然而，实际生产中一般不直接转化，而是添加触媒用静压触媒法使之在相平衡线中上侧的温度压力下进行。所谓静压触媒法就是指在金刚石热力学稳定的条件下，在恒定的高压高温和触媒参与的条件下，使石墨转化成金刚石的方法。是以石墨为原料，以过渡族金属或合金为触媒，用液压机产生恒定高压，以直流或交流电通过石墨产生持续高温，使石墨转化成为金刚石，转化条件一般为5～7GPa，1300～1700℃。

       该方法是传统的高压高温合成法，至今已有几十年的历史。其技术也是日新月异，还在继续发展和完善中。几十年来，国内外都在致力于高压设备、加热方法、腔体结构的改进，以及碳素原料和合金触媒配比等的研究。

       合成金刚石的压力温度条件，因触媒金属的种类不同而不同。上面图二是几种金属触媒用间接加热法合成金刚石的压力和温度范围。每种触媒相应有一个温度压力区间，形状类似“V”形，我们称之为“V形合成区”。即每种触媒或者触媒组合和石墨搭配后合成金刚石都有一个温度压力区间，每个V形区的高温界限是该触媒或者触媒合金与石墨的共晶温度。所谓共晶温度是指共晶合金直接从固态变到液态而不经过塑性阶段时的熔化温度。比如利用Cu-Mn-Co和Cu-Co合金作触媒，采用温度梯度法合成金刚石，两种合金在5.5GPa下，与石墨的共晶温度在1130～1150℃之间，从石墨转变金刚石生成温度在1300℃以上。例如用Ni做触媒合成金刚石的温度下限与Ni-石墨的共晶温度大概是一致的。V形区的下角，表示该种触媒和石墨合成金刚石所需要的最低温度压力条件。部分触媒相应的最低压力和温度条件，列于下表中。

       在静高压和高温下，在石墨-金属催化剂系统中生产金刚石的方法，是目前在工业规模上合成金刚石的一个基本方法。此法所必需的最低压力和温度取决于金属催化剂的选择。对于有催化剂的合成温度和压力的区间数据，例如，对经常被用来合成金刚石的Ni来说，这些参数是P=5.5GPa，T=1400℃。触媒催化剂种类很多，适合它们的合成温度和压力都需要在大量的生产实践经验中总结记录下来，这方面的参考资料不太多，希望同仁们在生产的同时能将这些有用的经验记录下来，共同推进行业生产技术的进步，减少不必要的重复实验，缩短摸索时间。

       参考文献：王光祖《超硬材料》