石墨在5-6万大气压(即(5-6)×103mpa)及摄氏1000至2000度高温下,再用金属铁、钴、镍等做催化剂,可使石墨转变成金刚石粉末。
在高温高压和催化剂的帮助下,石墨是可以转化为金刚石的。尽管二者都是由碳元素组成的,但是由于碳原子的结构发生了明显的改变,因此这个过程并非物理变化,而是属于化学变化的范畴。
人工合成金刚石的方法主要有两种,高温高压法及化学气相沉积法。高温高压法技术已非常成熟,并形成产业。我国国内产量极高,为世界之最。化学气相沉积法仍主要存在于实验室中。
在静高压、高温和过渡金属等元素存在的条件下,石墨变成金刚石的机理主要随压力发生变化。
低压力条件下石墨被金属溶解再结晶成金刚石,晶种法生长金刚石就属这种情况。随着压力的升高,石墨直接转化成金刚石的成分增加,直至13万大气压和3000℃左右时石墨可以直接转化成全刚石而无需借助金属的作用。
人造钻石成本约为天然开采钻石的一半。**2016年人造钻石产量逼近200亿克拉。**合成金刚石在全世界占据绝对优势与自主研发的大型化合成压机、优质硬质合金顶锤、粉末触媒和间接加热工艺(合称粉状工艺)的工业化密不可分。
人工合成金刚石颗粒很细,主要用途是做磨料,用于切削和地质、石油的钻井用的钻头。当前,世界金刚石的消费中,80%的人造金刚石主要是用于工业,它的产量也远远超过天然金刚石的产量。
参考资料:
百科——石墨
百科——金刚石
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