培育金刚石的出现

1796 年,英国化学家Smithson Tennant就已经证明「金刚石,只不过是平淡无奇的碳」。没错,金刚石和石墨一样,都是纯碳元素的异构物。因此人类对于制造出人工金刚石方法的探索从未放弃。经过了157年, 发现使碳成功变成金刚石的重要因素,是使用催化剂,也就是触媒。而在1954年,美国奇异公司(GE) 成功发现了铁族金属的是合成金刚石的催化剂;并且在确认了可重复性后首次发布使用静压熔媒法(简称GE法)成功合成钻石。但事实上,早在1953年瑞典ASEA的一组科学家就已经合成出人造金刚石了。但有一说为当时并未发现合成金刚石的实用性,而另一个说法则是当时的实验缺乏完整数据;固没有发表。

金刚石的合成

密度与压力

金刚石的密度为 3.52g/cm3,由于金刚石的成分单一(纯碳)密度非常稳定。金刚石的密度比其他所有碳元素构成的物体都要高出将近两倍。 纯石墨的密度是2.25g/cm3,但是一般的石墨材料的密度则达不到1.8g/cm3。因此证实了金刚石的合成需要极高的压力。

热力学转换

1872年,奥国的物理学家发现物质宏观性质的熵entropy ,指的原子排列的乱度(不规则的程度) ,加温的最终效果是促使原子排列变乱提高熵值,而加压则使原子排列规则化,降低熵值。

压力所产生的效应通常和温度相反,例如碳 :把石墨加压可变成金刚石, 而把钻石加温可还原为石墨 (加压会使体积减少,加温则会使体积增加)。

产生压力的方法

  1. 机械高温加压
  2. PVD物理气相法
  3. CVD化学气相法
  4. 触媒法
  5. 雷射法(使用CO₂为碳源)
  6. 爆炸法

培育金刚石的发展

培育金刚石用途广泛,硬度极高、导热性是铜的五倍,在工业应用上有着极高的价值。投入培育金刚石产业的国家越来越多,产出的大小和品质也从微粉、细粒到可产出34克拉的宝石级培育金刚石,纪录不断刷新。

Scroll to Top