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金刚石工艺流程
《金刚石工艺流程》
金刚石是一种非常硬的材料，常被用于工业制造领域。
金刚石工艺流程是指将金刚石材料进行加工和制作的过程，通常包括原料选择、加工工艺、成型和抛光等步骤。
首先，原料选择是金刚石工艺流程中非常关键的一步。
金刚石材料通常以金刚石粉末或人工合成的金刚石晶粒为原料，这些原料需要经过严格的筛选和检查，以确保其质量和纯度符合加工要求。
接下来是加工工艺，这是将原料进行成型的过程。
金刚石材料的加工工艺通常包括静压成型、热压成型和晶粒涂覆等多种工艺方法，这些工艺能够使金刚石材料具有所需的硬度、密度和结构。
成型完成后，金刚石材料还需要进行抛光处理，以提高其表面光洁度和平整度。
抛光是通过采用金刚石抛光片等工具，对金刚石材料进行摩擦和磨削，使其表面光滑并具有一定的光泽度。
金刚石工艺流程虽然是一个复杂而精细的过程，但其制成的金刚石制品却在工业生产、科学研究等领域具有非常重要的应用价值，成为现代工业制造的关键材料之一。
金刚石合成的方法和特点
金刚石合成的方法和特点如下：
方法：
1.高温高压法（HTHP）：以石墨粉、金属触媒粉末为原料，通过电流加热和液压装置建立高温、高压环境从而模拟天然金刚石结晶和生长环境，使石墨发生相变形成金刚石晶体。
2.化学气相沉积法（CVD）：在常压下，采用各种CVD技术（如微波辅助型、热丝型和直流型），将含碳气体（如甲烷）等渗入金刚石膜中，形成金刚石晶体。
特点：
1.高温高压法具有制造成本低、生产效率高的特点，是我国人造金刚石主要生产方法，但传压介质和原辅材料里的杂质会不断进入金刚石晶体中，形成各种缺陷，纯度不够理想，无法满足下游半导体和光学领域应用的高纯度要求。
同时受六面顶压机设备体积限制，金刚石的有效生长空间很难突破100mm，金刚石的晶体尺寸提升空间有限。
2.化学气相沉积法可以合成高质量的金刚石薄膜和自支撑型厚膜，克服了高温高压法合成金刚石晶体过程中原辅材料杂质对产品纯度的影响，同时可实现大面积合成金刚石薄膜，拓展了金刚石应用范围。
金刚石合成理论及工艺(总34页)本页仅作为文档封面，使用时可以删除This document is for reference only-rar21year.March前言1.金刚石的性质和用途。
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。
图1为金刚石的空间晶格的一个晶胞。
与其他材料相比，金刚石具有最大的原子密度（176 atoms/nm3），最大可能的单位原子共价键数目（4），极强的原子键合能（7.4eV）。
这使得金刚石具有许多极限性质：最高硬度，最高热导率，最高传声速度，最宽透光波段，抗强酸强碱腐蚀，抗辐射，击穿电压高，介电常数小，载流子迁移率大，既是电的绝缘体，又是热的良导体，而掺杂后又可成为卓越的P型或N型半导体。
人造金刚石的应用领域十分广泛，几乎涉及国计民生的各个领域，小到家庭装修，大到微电子及航空航天等高技术领域。
金刚石的推广应用在光学玻璃冷加工、地质钻探、陶瓷、汽车零件等机械加工，金属拉丝等方面引起了个革命性的工艺改革。
表1列出了金刚石的一些极限性能和用途。
表1 金刚石的一些极限性能和用途性能应用机械硬度（kg/mm2）金刚石 5700~10400cBN 4700用于所有非金属材料的超硬磨料图1 立方金刚石的晶胞空间结构示意图2．人造金刚石合成的历史由于金刚石的优越性质，长期以来它一直成为人们感兴趣的研究对象。
早在1772年，法国化学家Antoine L. Lavoisier发现金刚石燃烧的产物是CO2，1792年，S. Tennan发现金刚石是碳的一种结晶形态。
从此，人类开始了对人工合成金刚石的探索。
1880年，J. B.Hanney从锂、骨粉和矿物油在干燥的铁管中加热合成了金刚石，现陈列于大英博物馆。
1893年，诺贝尔奖获得者Henry Moissan发展了一种方法，用电加热炉加热糖、木炭和铁至熔融，然后用水急冷做了合成金刚石的尝试，后来经证实并未获得成功。
金刚石的人工合成摘要：简要介绍了常见的人工合成金刚石技术，以及合成过程中的一些影响因素。
关键词：金刚石人工合成合成工艺影响因素前言金刚石是一种稀有、贵重的非金属矿产,在国民经济中具有重要的作用。
为满足工业上的需求和缓解金刚石日益匮乏的现状,人类已经在合成金刚石方面作了许多的探索,并取得了许多有实用价值的阶段性成果。
金刚石中宝石级金刚石因其折射率大,在光下有火彩现象而用来制作精美的首饰。
人造金刚石具有诸多优异特性,已被广泛地应用于工业、科技、国防、医疗卫生等很多领域。
例如:利用金刚石硬度大制作精细研磨材料、高硬切割工具、各类钻头、拉丝模,还被作为很多精密仪器的部件;由于导热率高、电绝缘性好,可作为半导体装置的散热板。
因此,人造金刚石被誉为“21世纪的战略性材料”。
因此对于人造金刚石的合成的研究具有非常重要的意义[1].金刚石的人工合成工艺金刚石、石墨及无定型碳都是由纯碳元素组成，合成钻石就是人为地模拟天然钻石的形成条件，将其他晶体结构的碳质材料在一定条件下转化为具有SP3 共价键的金刚石型晶体结构。
从理论上讲，各种形式的碳均可以转化为金刚石，但研究表明，不同的碳素材料对生长金刚石的数量、质量和颗粒大小均有相当大的影响，石墨转化为金刚石的自由能较低，因此石墨是合成钻石的最主要原料之一。
目前，人类已掌握了多种合成钻石方法。
人造金刚石的合成技术形成了静态高温高压法、动态超高压高温合成法、低压气相沉积法等[2]。
一般石墨在10GPa、3000℃左右可以转变成金刚石，如果加有金属触媒则所需要的条件将大为降低，通常在压力约为5．4GPa和温度约为1400℃的条件下就能发生转化。
常用的方法为合成条件较低的添加触媒催化的高温高压合成，即静态高温高压法。
这种方法中有生长磨料级金同q石(粒径小于1B)的膜生长法和合成宝石级金刚石(粒径大于lmm)的温度梯度法。
(1)膜生长法(FGM)金刚石膜生长法就是指在有金属触媒的参与下，石墨通过高温高压的作用透过金属膜沉积在金刚石核上使之长大[3]。
高温高压合成金刚石的工艺高温高压合成金刚石的工艺引言：金刚石是一种非常重要且广泛应用的超硬材料，具有出色的物理和化学性质。
高温高压合成金刚石工艺是目前制备金刚石的主要方法之一。
本文将介绍高温高压合成金刚石的基本原理、工艺流程以及对其进行的改进。
一、高温高压合成金刚石的基本原理高温高压合成金刚石是利用静压装置和高温炉对碳源和金属催化剂进行加热和压制，通过超高压和高温下，使碳与金属反应从而形成金刚石。
该过程主要依靠碳源的高温高压下的热学和动力学条件以及金属催化剂的催化作用。
二、高温高压合成金刚石的工艺流程1. 材料准备：准备金刚石合成所需的原料，主要包括碳源（例如石墨）、金属催化剂（如铁、钴）以及溶剂（如钴、霓虹气体）等。
2. 压制装备搭建：搭建静压装置，将所需材料置于高压容器中，并将容器密封。
3. 进行高温高压处理：通过扩散法和液相法制备金刚石，利用高温高压，将碳和金属催化剂反应生成金刚石。
4. 降温和压力释放：待金刚石合成完成后，将高温高压装置自然冷却，降温至室温，并释放容器内部压力。
5. 金刚石材料处理与加工：取出合成的金刚石材料，进行后续的形状修整、切割、抛光等处理。
三、高温高压合成金刚石的工艺改进1. 压制条件优化：通过改变压力、温度、时间等参数，优化合成金刚石的质量和产率。
2. 添加助熔剂：在高温高压过程中，添加助熔剂可以降低石墨结构中的晶界能量，从而促进金刚石的形成。
3. 催化剂设计：改进金属催化剂的种类和组成，提高合成金刚石的效率和质量。
4. 新型杂质控制：通过控制合成过程中的杂质含量和分布，减少合成金刚石中的缺陷和不纯物质。
5. 辅助技术应用：引入电磁场、超声波等辅助技术，提高金刚石合成的效果和速度。
四、高温高压合成金刚石的应用1. 工具领域：高速切削工具、磨料、磨具等。
2. 光学领域：窗口材料、透镜、激光器元件等。
3. 电子领域：半导体材料、电子器件、芯片加工等。
4. 超硬材料领域：用于加工高硬度材料的切削工具、磨料工具等。
金刚石工艺流程金刚石是一种非常硬的材料，被广泛用于工业领域的切割、打磨和抛光等工艺。
金刚石工艺流程是将金刚石原料加工成最终产品的过程，包括原料选购、切割、成型、加工和抛光等步骤。
首先，金刚石工艺的第一步是原料选购。
金刚石原料通常是由天然金刚石矿石经过加工而得，或者是合成金刚石。
选购原料时，需要根据产品的要求选择相应的原料，比如要确定金刚石颗粒的大小、形状和质量等。
接下来是切割和成型的步骤。
首先，将选购好的金刚石原料根据需要进行切割，得到所需尺寸的块状材料。
然后，使用专业的成型工具和设备，对金刚石材料进行成型，将其打磨成特定的形状和尺寸。
这一步需要高度的技术和经验，以确保金刚石的精度和质量。
接下来是加工的步骤。
加工是指对金刚石进行切削或磨削，使其达到特定的平整度和光洁度。
这一步通常使用专业的金刚石刀具或磨具，与金刚石材料相互摩擦，通过高速旋转或线性运动来实现加工作用。
加工过程中，需要根据不同的加工要求和金刚石材料的硬度来调整加工参数和加工时间，以获得理想的加工效果。
最后，是抛光步骤。
抛光是为了使金刚石表面更加光滑、平整和美观。
通过使用特殊的抛光工具和材料，可以将金刚石表面的微小瑕疵或不平整处进行修复和处理，使其达到最终的要求。
抛光的过程需要耗费较长的时间和精力，以确保金刚石表面的质量和光洁度。
总结起来，金刚石工艺流程包括原料选购、切割、成型、加工和抛光等步骤。
这些步骤需要高度的技术和经验，以确保金刚石制品的质量和性能。
金刚石工艺的发展不仅推动了工业生产的进步，也为各行各业提供了更好的材料和工具。
随着技术的不断进步，金刚石工艺也在不断发展，为更多的应用领域提供了更多的可能性。
高温高压法合成金刚石过程高温高压法合成金刚石过程引言：金刚石作为一种重要的超硬材料，具有极高的硬度和热导率，广泛应用于工业和科学领域。
然而，金刚石在大自然中的生成非常罕见，因此，人工合成金刚石成为了满足市场需求的重要途径之一。
其中，高温高压法合成金刚石是最常用的方法之一。
一、高温高压法合成金刚石的原理高温高压法合成金刚石是通过模拟地球深部的高温高压条件，在实验室中促使石墨发生结构转变，形成金刚石晶体。
该反应基于以下两个原理：1. 高温条件：金刚石的形成需要极高的温度条件，通常在1500°C～2500°C之间。
这是因为石墨的结晶结构比金刚石的结构更稳定，而高温能够打破石墨结构，并促使分子重新排列，形成金刚石晶体。
2. 高压条件：金刚石的形成还需要极高的压力条件，通常在50,000大气压（5GPa）以上。
在高压下，石墨的原子之间的距离会变得更近，从而促使原子重新排列形成金刚石晶体。
二、高温高压法合成金刚石的步骤高温高压法合成金刚石的过程通常包括以下几个步骤：1. 准备石墨和金刚石种子：首先，需要准备高纯度的石墨粉末和金刚石种子。
石墨粉末应该具有高度结晶的纯度，并且没有其他掺杂物。
金刚石种子通常是由天然金刚石晶体制备而成。
2. 反应室装填：将石墨粉末和金刚石种子放入反应室中，并加入金属催化剂，如钴、镍或铁。
金属催化剂在反应中起到促进石墨结构转变的作用。
3. 加热：将反应室置于高温炉中，升温至所需的温度。
一般情况下，加热速度较慢，以确保温度均匀分布。
4. 施加压力：加热后，开始施加极高的压力。
通常使用的压力来源是金刚石压机，它能产生足够的压力将石墨转变为金刚石。
5. 保持温度和压力：在一定的时间范围内，保持所需的温度和压力，使金刚石晶体得以长大。
通常，该过程需要几分钟到数小时的时间。
6. 冷却和释放压力：保持温度和压力一段时间后，将反应室从高温高压环境中取出，迅速冷却至室温，并释放压力。
静压触媒法合成金刚石全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：静压触媒法是一种制备金刚石的方法，是当今世界上最为重要的合成金刚石的方法之一。
静压触媒法是通过在高温高压条件下，使用金刚石的晶体作为种子，在其表面生长新的金刚石晶体。
这种方法在全球范围内被广泛应用于工业生产和科学研究领域。
静压触媒法合成金刚石的过程中，需要将金刚石种子、碳源和金属触媒放入高温高压的反应室中。
然后在高温高压条件下，触媒催化碳源分解生成碳原子，并在金刚石种子表面生长新的金刚石晶体。
整个过程需要较高的温度和压力，通常在数千摄氏度和几十兆帕的条件下进行。
静压触媒法合成金刚石的过程比较复杂，需要精密的设备和专业的操作技术。
首先是反应室的设计，需要能够承受较高的温度和压力，并能够确保反应过程的安全和稳定。
其次是原料的选择和配比，需要确保金刚石种子的质量和碳源的纯度，以及金属触媒的适量和均匀分布。
最后是实验操作的技术，需要掌握合适的温度和压力控制方法，以及合适的反应时间和过程控制技术。
静压触媒法合成金刚石的优点是生长速度快、晶体质量高、适用于各种复杂形状的金刚石材料制备。
它广泛应用于钻石工具、金刚石薄膜、金刚石刀具、金刚石光学元件等领域。
静压触媒法合成金刚石的技术也在不断发展和改进中，有望为金刚石材料的制备和应用带来更多的进步。
静压触媒法是一种重要的合成金刚石的方法，具有着广阔的应用前景和研究价值。
随着科学技术的不断发展，静压触媒法合成金刚石的工艺和设备将会不断改进和完善，为金刚石材料的制备和应用提供更多的选择和可能性。
希望未来能够有更多的科研成果和技术突破，推动金刚石材料的发展和应用，为人类社会的进步和发展作出更大的贡献。
第二篇示例：静压触媒法合成金刚石的基本原理是在高温高压条件下将碳源和金属触媒混合，形成碳化金属颗粒，再通过长时间的反应使碳源沉积在金属触媒表面形成金刚石微晶核，最终形成金刚石晶体。
相比传统方法，静压触媒法可以大大缩短金刚石的合成周期，同时由于采用的是静压方式，可以减少能源的消耗，提高合成效率。
cvd人造金刚石生产工艺流程英文回答：CVD (Chemical Vapor Deposition) is a widely used method for producing synthetic diamonds. The process involves the deposition of carbon atoms onto a substrate, creating a diamond film. This technique offers several advantages over other methods, such as high purity, control over diamond properties, and scalability.The CVD diamond production process begins with the selection of a suitable substrate, typically made ofsilicon or diamond. The substrate is prepared by cleaning and polishing to ensure a smooth surface. This step is crucial for the subsequent diamond growth.Next, a mixture of gases is introduced into a reaction chamber. The most commonly used gases are hydrogen and methane. Hydrogen acts as a carrier gas, while methane provides the carbon source. The gases are carefullycontrolled to achieve the desired diamond properties.The reaction chamber is then heated to a high temperature, typically around 800 to 1000 degrees Celsius. This temperature is necessary for the decomposition of methane and the release of carbon atoms. The carbon atoms are transported by the hydrogen gas to the substrate surface.Upon reaching the substrate surface, the carbon atoms undergo a series of chemical reactions, resulting in the formation of diamond. The process is facilitated by the high temperature and the presence of hydrogen, which acts as a reducing agent. The carbon atoms bond together in a crystal lattice structure, forming a diamond film.The diamond growth continues until the desired thickness is achieved. This can take several hours or even days, depending on the deposition rate and the desired film properties. During the growth process, the temperature, gas composition, and other parameters are carefully controlled to ensure the desired diamond quality.After the diamond growth is complete, the film iscooled down gradually to room temperature. This step is important to prevent thermal stress and ensure theintegrity of the diamond film. Once cooled, the diamondfilm is carefully removed from the substrate.The final step in the CVD diamond production process is the polishing and cutting of the diamond film. This step is necessary to remove any imperfections and shape the diamond into the desired form, such as a gemstone or a cutting tool. The polished diamond is then ready for various applications, such as jewelry, electronics, and industrial tools.中文回答：CVD（化学气相沉积）是一种广泛应用的人造金刚石生产方法。
检测方法FT-IR，XRR，拉曼这个方法是一个俄罗斯人首先提出的，由此可见俄罗斯人的确很牛。
这种方法可以合成大面积金刚石薄膜，大面积哦，这是由于现在可以得到很大规模的等离子体，所以这种方法在研究领域可谓不可多得，只用甲烷就可以得到大面积的金刚石。
CVD金刚石可以用各种方法合成，其中晶粒生长速度最快的则为热等离子体CVD工艺。
我们试验室过去曾试图用DC等离子体CVD工艺合成金刚石厚膜，并就膜与基底的附着强度和膜的性质作过探讨。
但是，热等离子体工艺存在沉积面积和膜质量都不如其它CVD工艺等问题。
CVD金刚石薄膜应用中对扩大沉积面积有着强烈的需求。
金刚石在所有已知物质中具有最高的硬度、高耐磨率、良好的抗腐蚀性、低的摩擦系数、高的光学透射率(对光线而言从远红外区到深紫外区完全透明) 、高的光学折射率、高空穴迁移率、极佳的化学惰性,既是热的良导体,又是电的绝缘体,掺杂后可形成P和N型的半导体。
金刚石有如此多优异性能,因而在国民经济上有着广泛的用途。
金刚石从真空紫外光波段到远红外光波段对光线是完全透明的，因此金刚石膜作为光学涂层的应用前景非常好，可用作红外光学窗口和透镜的保护性涂层。
以及在恶劣环境下工作的红外在线监测和控制仪器的光学元件涂层。
在工业制造领域，需要大量轻量化、高强度的材料，用具有高硬度、高耐磨性的金刚石制成的刀具有长寿命、高加工精度、高加工质量等优异特性，而将金刚石薄膜直接沉积在刀具表面不仅价格大大低于聚晶金刚石刀具，而且可以制备出具有复杂几何形状的金刚石涂膜刀具，在加工非铁系材料领域具有广阔的应用前景。
金刚石在室温下具有最高的热导率，又是良好的绝缘体，因而是大功率激光器件、微波器件、高集成电子器件的理想散热材料。
金刚石能掺杂为P和N型的半导体,与现有半导体材料相比，具有最低的介电常数，最高的禁带宽度，较高稳定性,很高的电子及空穴迁移率和最高的热导率,性能远优于Si半导体,是替代Si的理想材料。
高温高压合成金刚石的机理，工艺及特征探讨摘要：本文针对高温高压合成金刚石的机理展开分析，同时讨论了高温高压合成金刚石工艺的相关内容，包括基本合成条件、高温高压合成工艺、机械式提纯工艺等，同时也对合成金刚石的各项特征进行分析，以此来积累相应的应用经验，为工艺改进提高良好参考。
关键词：高温；高压；合成金刚石；溶剂假说金刚石作为一类高性能材料，目前已经在机械领域、电子科技、光电学等领域中得到了广泛应用。
在金刚石加工活动中，高温高压环境稳定性将直接影响到金刚石的合成质量，通过整理金刚石的机理、工艺及特征，能够为技术体系的完善提供良好参考，以提高金刚石合成质量的可靠性。
1高温高压合成金刚石的机理1.1固相直接转变假说该假说的核心观点在于，石墨转换为金刚石的过程，并不需要进行断键重组，而整个变化过程是从石墨平面六角蜂窝状结构在特定环境下，直接转换成金刚石的立方结构。
在高温高压状态，石墨层之间的距离也将被压缩，此时碳原子的振动也会加剧，并且层间的原子也会有规律地靠近，最终会在相互吸引作用下出现位移，这也让石墨结构出现扭曲与弯折。
石墨的C-C层之间存在着2Pz电子，在高温高压环境下，这些电子也会让碳原子形成共价键，此情况下也造成sp2杂化碳向着sp3杂化碳方向进行转变，同时也会将六角层直接扭曲成金刚石对应的结构，整个过程会一层一层地持续转换，从而让石墨转换成金刚石。
而此种转变方式一般都需要在较高温度（3000K）与压力（13GPa）条件下进行，所需要的应用成本较高[1]。
1.2溶剂假说该假说认为金属触媒在整个金刚石形成过程中，起到了良好的溶剂作用，而石墨则是在高温高压状态下，会直接在金属触媒溶液当中，直接溶解并分解成若干个单体碳原子，这些碳原子由于过饱和而出现了析出，从而合成了金刚石。
该观点与其他晶体的析出生长过程比较接近，而整个金刚石的生长动力，主要是来源于石墨与金刚石在同等条件下，其在金属触媒当中的溶解度差值[2]。
几种人造金刚石生产工艺介绍来源：中国超硬材料网2012-08-03 字号：T | T1910 年布里奇曼设计出压强达2 万公斤/厘米2 的高压装置。
1953 年美国通用电气公司在他的装置基础上设计一种高压装置并利用它在1955 年首次合成了金刚石。
这种方法也就成为传统的人造金刚石的生产方法。
六面顶压机生产工艺：以六面顶压机及工艺技术生产人造金刚石和立方氮化硼，是我国具有完全知识产权、不同于其他各国的创新成果，是几代中国科学家和广大工程技术人员智慧的结晶，是我们国家超硬材料行业的骄傲！六面顶压机及其工艺方法以令两面顶方法为荣的发达国家科技人员刮目相看！物美价廉的六面顶压机及其生产超硬材料的独特方法已能经济地生产出世界先进水平的产品，逼着他们不得不引进中国的六面顶压机进行研究和生产。
经过半个世纪的发展，金刚石生产工艺又有了许多新的突破，现简要介绍如下：低压气相沉积（ＣＶＤ）技术取得重大进展该方法包括热丝CVD和等离子放大CVD，是令CH4/H2，CH4/N2和CH4/Ar 等能提供碳原子的气体，在低压及高温的条件下，在合适的的底物(如Si, c-BN, SiC,Ni, Co, Pt, Ir and Pd等)上进行沉积，从而获得高性能，高纯度的金刚石薄膜。
下图为微波等离子放大CVD的设备示意图：用C60 生产金刚石薄膜据英国《新科学家》1994 年7 月30 日报道，美国伊利诺伊阿贡国家实验室的迪特尔·格伦（Dieter Gruen）发明了用C60 生产金刚石薄膜的技术，该方法可以说是对CVD 方法的改进。
CVD 法生产的金刚石薄膜生长速度往往较慢，并且会含有少量的氢，而氢会使金刚石的四方晶体变形，从而会损害金刚石薄膜的有用性能。
格伦的新方法是在氩气保护下，用两个碳电极之间的电弧高温产生含C60 分子的烟尘，然后对烟尘施加微波放电，通过放电使C60 中碳原子对破坏，然后碳原子再连接成双碳二聚物，这种双碳二聚物的特点是能快速的和工具或光学元件等表面结合，形成没有氢原子的接近于纯金刚石的膜。
金刚石生产工艺流程标准化管理处编码[BBX968T-XBB8968-NNJ668-MM9N]金刚石生产工艺一、生产工艺流程金属粉叶腊石石墨粉叶腊石合成触媒微量元素合成柱合成块电导石墨电导堵头组装烘干液压机砸散电解球磨筛选酸洗碱洗烘干分选包装二、生产工艺简介1、将原料叶腊石，按粒度为16目、24目，80目分选，然后按2：6：3的比例混合，混合后在280 0C温度条件下焙烧l小时后制成内腔为中20mm的合成腔体，将破片的杂质和粉尘去掉，将触媒清洗后置入烘箱保持”℃恒温。
2、在内腔为中20 mm的合成腔体内分层交替装入碳片，触媒，两端客为两个碳片、碳片为15片.触媒为12层，在两端的两个碳片外各装一个导电铜圈制成合成块，将合成块置于烘箱内，使之处于140℃恒温状态，保持9小时。
3、将烘过的合成块装入压机内，在压力为110MPa -120MPa,温度为1400℃-1500℃的条件下保持12分钟将破转化为金刚石。
4、将压机内的合长块取出，进行破碎，使金刚石颗粒和内部杂质暴露。
5、电解法去除金属介媒，合成棒作为阳极，硫酸盐作为电解液，惰性阴极，化学反应式：阳极：M－ne→Mn+阴极：Mn+＋ne→MM表示Ni、Co、Mn等金属原子；Mn+表示相应的n价金属离子。
6、将电解完的物料放入球磨机进一步粉碎，使金刚石颗粒和石墨进行分离。
7、将球磨完的物料放入摇床进行石墨分离，该工艺主要利用金刚石和石墨在密度上的差异，在往复摇动的倾斜工作面上，流体对其冲刷实现分离。
8、分选完的金刚石放入酸水中，进一步去除金属杂质，利用销售和王水等强氧化性酸，和金属反应生成可溶性盐，经水洗即可去除金属杂质，化学反应式：3Ni＋2HNO3＋6HCl＝3NICl2＋2NO↑＋4H2O3Co＋2HNO3＋6HCl＝3CoCl2＋2NO↑＋4H2O3MN＋2HNO3＋6HCl＝3MnCl2＋2NO↑＋4H2O9、除叶腊石，将酸洗过的金刚石物料加入氢氧化钠进行高温煮沸，化学反应方程式：Al2(Si4O10)(OH) ＋10NaOH→△→2NaAlO2＋4NaSiO3＋6H2O10、将碱洗过的物料进行烘干，烘干后使用不同目数的筛子进行筛分分级，筛分后使用选型机进行等级分选。
cvd法合成金刚石分类CVD法合成金刚石金刚石是一种优质的材料，具有极高的硬度、导热性和化学稳定性，被广泛应用于工业领域。
其中，化学气相沉积（Chemical Vapor Deposition，CVD）是一种常用的方法来合成金刚石。
本文将介绍CVD法合成金刚石的原理、过程和应用。
一、CVD法合成金刚石的原理CVD法合成金刚石的基本原理是在高温、高压的环境中，利用化学反应使碳原子在衬底表面上沉积，形成金刚石晶体。
具体来说，CVD法合成金刚石的过程包括以下几个步骤：1. 基底处理：选择适合的基底材料，如金刚石膜、石英、硅等。
对基底进行预处理，如去除表面杂质、提高表面平整度等，以便于金刚石的生长。
2. 反应气体：一般采用含有碳源的气体作为反应气体，如甲烷、乙烷等。
同时，还需要添加一些辅助气体，如氢气、氮气等，以调节反应气氛、控制生长速率等。
3. 反应装置：CVD法合成金刚石的反应装置一般包括石英管、加热炉、真空泵等。
在高温、高压环境下，将反应气体引入石英管中，通过加热使其发生化学反应。
4. 生长过程：在石英管内，碳源气体与辅助气体在基底表面上发生反应，释放出碳原子。
这些碳原子会在基底表面扩散并沉积，逐渐形成金刚石晶体。
5. 控制参数：金刚石生长的质量和形貌受到多种参数的影响，如反应温度、气体流量、反应时间等。
通过调节这些参数，可以控制金刚石生长的速率和质量。
二、CVD法合成金刚石的应用CVD法合成的金刚石具有很高的纯度和均匀性，广泛应用于多个领域。
1. 切削工具：金刚石是一种理想的切削工具材料，用于加工高硬度材料，如金属、陶瓷等。
CVD法合成的金刚石具有均匀的结构和优异的切削性能，能够提高切削效率和工件质量。
2. 磨料材料：金刚石磨料具有极高的硬度和耐磨性，可用于制作砂轮、磨粉等磨料工具。
CVD法合成的金刚石磨料具有高纯度和均匀性，能够提高磨削效率和加工精度。
3. 电子器件：金刚石具有优良的导热性和电绝缘性能，可用于制作高功率电子器件，如高功率晶体管、高功率二极管等。
前言1.金刚石的性质和用途。
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。
图1为金刚石的空间晶格的一个晶胞。
与其他材料相比，金刚石具有最大的原子密度（176 atoms/nm3），最大可能的单位原子共价键数目（4），极强的原子键合能（7.4eV）。
这使得金刚石具有许多极限性质：最高硬度，最高热导率，最高传声速度，最宽透光波段，抗强酸强碱腐蚀，抗辐射，击穿电压高，介电常数小，载流子迁移率大，既是电的绝缘体，又是热的良导体，而掺杂后又可成为卓越的P型或N型半导体。
人造金刚石的应用领域十分广泛，几乎涉及国计民生的各个领域，小到家庭装修，大到微电子及航空航天等高技术领域。
金刚石的推广应用在光学玻璃冷加工、地质钻探、瓷、汽车零件等机械加工，金属拉丝等方面引起了个革命性的工艺改革。
表1列出了金刚石的一些极限性能和用途。
表1 金刚石的一些极限性能和用途性能应用机械硬度（kg/mm2）金刚石 5700~10400cBN 4700SiC 1875~3980用于所有非金属材料的超硬磨料图1 立方金刚石的晶胞空间结构示意图2．人造金刚石合成的历史由于金刚石的优越性质，长期以来它一直成为人们感兴趣的研究对象。
早在1772年，法国化学家Antoine L. Lavoisier发现金刚石燃烧的产物是CO2，1792年，S. Tennan发现金刚石是碳的一种结晶形态。
从此，人类开始了对人工合成金刚石的探索。
1880年，J. B.Hanney从锂、骨粉和矿物油在干燥的铁管中加热合成了金刚石，现列于大英博物馆。
1893年，诺贝尔奖获得者Henry Moissan 发展了一种方法，用电加热炉加热糖、木炭和铁至熔融，然后用水急冷做了合成金刚石的尝试，后来经证实并未获得成功。
二十世纪四十年代，另一个诺贝尔奖获得者哈佛大学的Percy Bridgman设计了许多优秀的高压设备（有的压力超过了5GPa），并指出可以用电加热结合高压来合成高质量金刚石。
虽然因为没有使用触媒导致未能合成金刚石，但是他的热力学的计算为高温高压(HTHP)合成金刚石提供了理论依据。
1953年2月15日瑞典ASEA（General Electric Company of Sweden）的科学家宣称合成出人造金刚石，但由于其工作没有正式发表，没能获得广泛的承认，他们使用的是六面顶压机，样品由Fe3C和石墨组成。
人类首次真正合成金刚石是1954年12月16日美国GE公司的H.T.Hall, F.P.Bundy, H.M.Strong, R.H.Wentorf四位科学家率先完成，他们使用两面顶压机合成了金刚石，样品由FeS和石墨组成。
GE公司的科学家继续研究使用金属触媒合成金刚石，金属触媒主要由九种Ⅷa族原子（Fe,Co,Ni,Ru,Th,Pd,Os,Ir,Pt）和三种过渡族金属（Mn,Cr,Ta）。
1961年，有人使用爆炸法使石墨直接转换成金刚石，1963年，GE公司首次在静态高压12Gpa下不使用任何触媒把石墨直接合成了金刚石。
1970年，GE公司的Strong和Wentorf首次合成出了宝石级大颗粒金刚石，压力和温度得到了精确的控制，碳源使用小颗粒金刚石晶体以防止石墨金刚石转化中的压力降低，晶种放在热区使碳源扩散到冷区形成新的金刚石核。
继美国、瑞典、前联和日本之后，我国在1963年成功地合成出了人造金刚石，成为早期能够合成金刚石的少数国家之一。
目前，磨料级金刚石的生产已经形成为一个庞大的产业，我国金刚石的生产总量已经超过世界其他国家的生产总和。
在低压合成金刚石方面，碳化物联合公司(Union Carbide Corp.)的W.G.Eversole于1952-1953年在低压下在金刚石籽晶上成功地生长了金刚石，并得到了重复结果。
几乎同时，瑞典人H.Liander于1953年合成了低压金刚石。
自 1956 年起，联人 B.Deryagin在低压合成金刚石方面进行了长期大量的工作。
开始于1974年的日本国立无机材料研究所的亚稳态金刚石生长研究开辟了金刚石低压合成的新时代。
其主要人员有N.Setaka、S.Matsumoto、M.Kamo、Y.Sato等。
自1982年始，他们发表了一系列文章，报道了用微波等离子体法(MPCVD)、直流放电等离子体法(dc-PACVD)、射频辉光放电等离子体法(rf-PACVD)和热丝分解气体法(HFCVD)合成金刚石，速率达几μm/h，而且不需用金刚石籽晶；其反应气体由碳氢化合物及过量的氢气组成，并强烈依赖原子氢的产生。
这使得金刚石薄膜的制备技术进入了一个新阶段，并开始了金刚石作为功能性新材料应用的新时期。
3.人造金刚石的主要合成方法。
人造金刚石的合成方法有高压高温法和低压法，高压高温法分为间接静压法和直接动态法，低压法包括气象沉积法或亚稳定生长法。
其中间接静压法是一项成熟的制造技术，大约有90%的工业用金刚石采用这种方法合成，因为这种方法能够保证产品有可重复的尺寸、形状和韧性（或脆性）。
高压高温间接静压法合成金刚石用的触媒在形态上有两种，一种是片状触媒，一种是粉末触媒，它们与石墨碳源的形态相匹配。
使用片状触媒，相应的石墨也制成片状。
粉状触媒适用的石墨也是粉状的，二者经充分混合，压制成型后进行高压高温之合成。
4．金刚石中氮元素的存在状态。
由于碳、氮原子半径极为相近，所以氮很容易占据金刚石的晶体格点位置，取代碳原子，形成色心，所以大多数人造金刚石显黄色。
根据氮原子在金刚石中含量和取代形式，把金刚石分为：1)Ia型金刚石氮以聚集态形式存在。
大部分（98％）天然金刚石都属于Ia型。
根据氮的取代位置不同又分为：IaA型：金刚石中氮杂质主要以替代式原子对存在；IaB型：金刚石中氮杂质四面体形式存在；2)Ib型：氮杂质以单一替代原子形式存在，金刚石含弥散的氮，呈黄色，人造金刚石主要属于此类。
3)IIa型：含极微量的氮4)IIb型：含硼。
5．氮元素对金刚石的影响和引入意义。
金刚石中氮是最常见的微量杂质，而氮杂质作为天然金刚石和人造金刚石中的最主要的缺陷，直接决定着金刚石的大多光学性质，并对晶体本身的热学，电学和机械性质也有重要影响，从而影响到金刚石在工业发展和科学技术中的潜在用途。
在天然金刚石和高温高压合成金刚石中，杂质氮在晶格中的存在状态有明显不同，所以它们的某些物理化学性质也有较大差异，尤其是在颜色，硬度，热导率等方面差别显著，在天然金刚石合成机理方面，还存在一些争议，而对杂质氮更深层次的研究会有助于理解天然金刚石的合成机理。
在天然金刚石中，氮含量从小于1ppm到几千ppm之间都会存在，目前已知氮杂质最高含量可达3000～5000ppm，而用金属触媒人工合成出的金刚石中，杂质氮的最高含量大约800ppm。
H.Kanda 等在1999年利用非金属触媒硫酸钠在7.7GPa，2000℃合成出IaA 型金刚石，其氮含量在1200～1900ppm，这在当时是人工合成的含氮量最高的金刚石。
到2002年，Y.Borzdov 等利用非金属触媒Fe 3N 在7GPa,1550～1850℃合成出IaA/Ib 混合型金刚石，氮含量在3300ppm 左右，已经接近自然界氮含量最高的天然金刚石。
第一章 金刚石合成的溶剂理论自美国G.E.公司的科学家于1955年首次用金属催化剂与石墨在高温高压条件下（溶剂法）成功地合成出金刚石以来，人们又相继找到了一些其他的金刚石合成方法，如：爆炸法、气相合成等方法。
在经历了近半个世纪的关于金刚石合成的研究与探索中，人们发现：能够成功地造福于人类、可以进行大规模工业化生产的金刚石合成方法仍然是G.E.公司早期发明的溶剂法。
因此，有必要深入地研究溶剂法的合成机理，加深理论认识，以便进一步指导具体的生产实践。
在解释石墨如何向金刚石转化的机理问题中，曾出现过很多的理论。
其中具有代表性的有结构对应原理和溶剂理论。
由于溶剂说可以成功地解释为什么石墨在高温高压条件下的熔融金属中可以实现向金刚石的转化、金刚石的成核与生长等诸多的其他理论难以统一解释的机理性问题，因此溶剂学说在国际上获得了普遍的认可与接受。
1.1纯碳素体系中的石墨和金刚石的相平衡金刚石与石墨是碳的同素异形体, 常压下石墨是稳定相(图-1.1)。
根据热力学理论，相的稳定与否可以由其所处的化学势的高低予以判定，处于化学势低的相是稳定相。
在碳的P-T 相图(图-1.1)的不同区域，金刚石与石墨的化学势成如下关系：d g c c μμ<(D 区) (1)d g c c μμ>(G 区) (2)d g c c μμ= (两相交界线) (3)(1)-(3)式表明，在石墨与金刚石两相平衡的条件下，石墨的化学势g c μ和金刚石的化学势d c μ相等，不存在相变的驱动力；在偏离平衡的条件、存在化学势差时，化学势高的相向化学势低的相转化。
石墨向金刚石转化的驱动力可由金刚石与石墨的化学势差表示为：(,)(,)(,)d g cc T P T P T P μμμ∆=- (4)''0(,)(,0)(,)PT P T T P dP μμυ∆=∆+∆⎰………………………….(5) (,)(,)(,)d g c c T P T P T P υυυ∆=-…………….………………….(6) (,),(,)d g c c T P T P μμ分别为金刚石和石墨的化学势。
(5)式表明，即使常压下石墨是稳定相((,0)0T μ∆>)，由于(,0)0T υ∆< (常压下石墨和金刚石的摩尔体积分别为5.3 cm 3/ mol 和3.4 cm 3/mol)。
在足够高的压力和温度条件下可使(,)0T P μ∆<，发生石墨向金刚石的转化。
在平衡条件附近，（5）式可改写为'''(,)(,)(,)()eo Peo P T P T P dP T P P P μυυ∆=∆=∆-⎰…………………….(7) eo P 表示平衡压力，eo P P P δ=-被称之为过剩压力。
即：石墨向金刚石转化的驱动力与过剩压成正比。
经过计算可知，在1500-2000K 的温度围，平衡压力与温度成如下关系：0.0032()eo P T GPa = (8)图-1.1 碳素的P-T 相图1.2溶剂-碳素系中的石墨和金刚石的平衡当今金刚石的工业化生产仍然依靠的是溶剂法。
Ni 及其它的3d 族金属或者由它们构成的合金，在高温高压条件下与碳素共融、形成溶解碳素的溶液。
在溶液-碳素系中，相平衡关系可以表示为公式(9)的形式。
d l g c c c μμμ== (9)其中，l c μ为溶液中碳素的化学势。
Strong 和Hanneman 出色地论证了Ni 作为溶剂存在时碳素的平衡问题。
