人造金刚石如何加工
A. 金刚石怎样加工
金刚石也叫钻石,俗称“金刚钻”
加工钻石(金刚石)最普通的方法是传统的打圆、锯和抛光。钻石由粘附在转盘片上的其它钻石或钻石粉末进行机械加工—部分钻石在加工过程中变成了钻石粉末。尽管钻石的重量减轻了,但由于经过抛光之后形状有了改变,它的价值反而提高了。当然,钻石的净度也有了提高。
除了傅统的机械加工方法,雷射在今天已经成为一种非常重要的分割方法。与傅统的机械相比,雷射加工的初始投资大,而且材枓的损耗也比较多。但可切成许多新形状的钻石。
然而,雷射也有其很大的优越性,在劈开钻石时无需考虑钻石晶体的生长方向,钻石的机械性能也无关重要。这就使得人们可以分割多晶钻石,先前这几乎是不可能的。由于劈钻石过程中的风险,特别对于大钻石而言,因此傅统劈钻法已很少使用。
打圆
也就是使钻石成为圆形,还是按照传统方法来操作:将钻石绕轴快速旋转并与另一颗钻石接触研磨。现在人工粗磨已经越来越多地被自动研磨机所取代。
抛光
依然按照传统方法进行:将钻石粉与油混合,粘附在一个铸铁的盘子上。最新的发展是开发了一种”硬盘”,钻石粉可以粘附在盘子上。
自动抛光机也已经出现,尽管还处于上升势头,但传统的手工抛光还是主要的加工方法。
对钻石净度影向最深的传统方法是抛光。粗抛光除去明显的杂质,提高了钻石的价值。为了获得最佳的效果,现在需要一种非常专业的技术秘诀,即电脑模拟.以及精湛的手工技卫。
雷射打孔不同于另外两项新的技术。这项新技术首先用于加工钻石中明显的深色杂质。雷射可以在钻石上打出通往缺陷的微孔,将黑色的碳通过微孔排除。然后用侵蚀性的化学物质对钻石进行处理,提高压力和升温,使之深度沸腾,侵蚀性的化学物质通过雷射孔使深色的包裹体淡化,使得钻石的净度提高。雷射孔不难发现:用手镜或显微镜就可以很清楚地辨认。
深度沸腾技术也可以用于除去钻石内部的深色包裹体。典型的例子是处理由氧化铁渗入裂纹而引起的着色。深度沸腾可以除去这种颜色。
B. 人造金刚石都有哪些制作方法
人造金刚石的具体方法多达十几种。按所用技术的特点可归纳为静压、动压和低压等三种方法。按金刚石的形成特点可归纳为直接、熔媒和外延等三类方法。
直接法
人造金刚石或利用瞬时静态超高压高温技术,或动态超高压高温技术,或两者的混合技术,使石墨等碳质原料从固态或熔融态直接转变成金刚石,这种方法得到的金刚石是微米尺寸的多晶粉末。
熔媒法
人造金刚石用静态超高压(50~100kb,即5~10GPa)和高温(1100~3000°C)技术通过石墨等碳质原料和某些金属(合金)反应生成金刚石,其典型晶态为立方体(六面体)、八面体和六-八面体以及它们的过渡形态。在工业上显出重要应用价值的主要是静压熔媒法。采用这种方法得到的磨料级人造金刚石的产量已超过天然金刚石,有待进一步解决的问题是增大粗粒比,提高转化率和改善晶体质量。目前正在实验室中用静压熔媒法研究优质大颗粒单晶金刚石的形成。加晶种外延生长法曾得到重1克拉左右的大单晶;用一般试验技术略加改进后,曾得到2~4毫米左右的晶体。采用这种方法还生长和烧结出大颗粒多晶金刚石,后者在工业上已获得一定的应用,其关键问题在于进一步提高这种多晶金刚石的抗压强度、抗冲击强度、耐磨性和耐热性等综合性能。
外延法
人造金刚石是利用热解和电解某些含碳物质时析出的碳源在金刚石晶种或某些起基底作用的物质上进行外延生长而成的。
武兹反应法
让四氯化碳和钠在700℃反应,生成金刚石。但是同时会生成大量的石墨。
C. 人造金刚石 步骤
直接法
人造金刚石或利用瞬时静态超高压高温技术,或动态超高压高温技术,或两者的混合技术,使石墨等碳质原料从固态或熔融态直接转变成金刚石,这种方法得到的金刚石是微米尺寸的多晶粉末。
熔媒法
人造金刚石用静态超高压(50~100kb,即5~10GPa) 和高温(1100~3000°C)技术通过石墨等碳质原料和某些金属(合金)反应生成金刚石,其典型晶态为立方体(六面体)、八面体和六-八面体以及它们的过渡形态。在工业上显出重要应用价值的主要是静压熔媒法。采用这种方法得到的磨料级人造金刚石的产量已超过天然金刚石,有待进一步解决的问题是增大粗粒比,提高转化率和改善晶体质量。目前正在实验室中用静压熔媒法研究优质大颗粒单晶金刚石的形成。加晶种外延生长法曾得到重1克拉左右的大单晶;用一般试验技术略加改进后,曾得到2~4毫米左右的晶体。采用这种方法还生长和烧结出大颗粒多晶金刚石,后者在工业上已获得一定的应用,其关键问题在于进一步提高这种多晶金刚石的抗压强度、抗冲击强度、耐磨性和耐热性等综合性能。
外延法
人造金刚石是利用热解和电解某些含碳物质时析出的碳源在金刚石晶种或某些起基底作用的物质上进行外延生长而成的。
武慈反应法
我国科学家发明的一种方法 :让四氯化碳和钠在700℃反应,生成金刚石。但是同时会生成大量的石墨。
人造金刚石不仅可以加工成价值连城的珠宝,在工业中也大有可为。
它硬度高、耐磨性好,可广泛用于切削、磨削、钻探;由于导热率高、电绝缘性好,可作为半导体装置的散热板;它有优良的透光性和耐腐蚀性,在电子工业中也得到广泛应用。
1、制造树脂结合剂磨具或研磨用等。
2、制造金属结合剂磨具、陶瓷结合剂磨具或研磨用等。
3、制造一般地层地质钻探钻头、半导体及非金属材料切割加工工具等。
4、制造硬地层地质钻头、修正工具及非金属硬脆性材料加工工具等。
5、树脂、陶瓷结合剂磨具或研磨等。
6、金属结合剂磨具、电镀制品。钻探工具或研磨等。
7、剧切、钻探及修正工具等。
D. 金钢石的加工方法
金钢石的加工方法:
一、直接制造法
金刚石或动态超高压高温技术,或利用瞬版时静态权超高压高温技术,或两者的混合技术,主要是使石墨等碳质原料从固态或熔融态直接转变成金刚石,这种方法得到的金刚石是微米尺寸的多晶粉末。
二、外延法
利用热解和电解某些含碳物质时析出的碳源在金刚石晶种或某些起基底作用的物质上进行外延生长而成,从而制造出金刚石。
三、熔媒法
用静态超高压(即5~10兆帕) 和高温(1100~3000摄氏度)技术通过石墨等碳质原料和某些金属(合金)反应生成金刚石,其晶态为立方体、八面体和六-八面体以及它们的过渡形态。在工业上主要是静压熔媒法显出重要应用价值。采用这种方法得到的磨料级人造金刚石的产量已超过天然金刚石,需要解决的问题是增大粗粒比,提高转化率和改善晶体质量。
E. 人造金刚石合成方法
人造金刚石取得成功的方法有许多种,现将具有代表性的几种分类列举如下:
碎岩工程学
静压触媒法是国内外工业生产上应用最广泛的方法。人造金刚石的绝大部分(约99%)都是用这种方法生产的。爆炸法在某些国家被应用于金刚石微粉的生产,生产量占1%左右。
化学气相沉积(Chemical Vapour Deposition,CVD)薄膜生长法,近年来开始了工业应用。其他一些方法,目前还处于试验研究阶段。
一、碳的相图
1.相图上的区域划分
前人根据实验结果,加上一定的计算和外推,得到了碳的经验相图,即p-T图,如图2-8-4所示。
图2-8-4 碳的相图
图中Ⅰ区是石墨稳定区,金刚石形成以后,也可以在这个区域所表示的压力温度条件下存在,但不如石墨在这样的条件下那么稳定,故称为金刚石的亚稳区;Ⅱ区是金刚石稳定区和石墨的亚稳区;Ⅲ区是触媒反应区,石墨在触媒的作用下,在这个区域所示的温度压力条件下可转变成金刚石;Ⅳ区中只有石墨能存在,Ⅴ区中只有金刚石存在;Ⅵ区是碳的金属相区,比金刚石更致密15%~20%,具金属性质;Ⅶ区为碳的液相区。
2.石墨-金刚石相平衡曲线
石墨与金刚石稳定区的分界线,即AB曲线,习惯上常常被称为石墨-金刚石相平衡曲线。AB曲线可以用式(2-8-4)所示的经验公式表示。对应于AB曲线的p、T条件见表2-8-3。
碎岩工程学
式中:T为温度,K;pn为对应于T时的平衡压力,MPa。
当T>1200~2200K时,a=650,b=2.74;当T>2200~3200K时,a=1000,b=2.53;当T>3200K时,a=1750,b=2.33。
表2-8-3 平衡曲线上p与T边界值
图2-8-5 几种触媒的“V”形合成区
3.合成金刚石的压力温度条件
合成金刚石的压力温度条件,因触媒金属的种类不同而异。图2-8-5是几种触媒金属用间接加热法合成金刚石的压力和温度范围。从图中可以看出:
每种触媒相应有一个“V”形合成区。各个“V”形区的高温侧界线都与相平衡线走向一致;而每个“V”形区的低温侧界线,是该触媒与石墨的共晶温度。例如用Ni金属时,可能的温度下限与Ni-石墨的共晶温度曲线(图中虚线所示)是一致的。“V”形区的下角,表示合成金刚石所必需的最低压力温度条件。部分触媒所需相应的最低压力温度条件,见表2-8-4所列。
表2-8-4 几种触媒合成金刚石所需的最低p、T条件
二、静压法(静态超高压高温合成法)
1.静压触媒法
静压触媒法是指在金刚石热力学稳定的条件下,在恒定的超高压、高温和触媒参与的条件下合成金刚石的方法。就是以石墨为原料,以过渡金属或合金为触媒,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40多年的历史。它还在继续发展和完善中。国内外都在致力于高压设备和加热方法的改进,以及碳素原料和合金触媒的研究。
静压触媒法合成金刚石的工艺程序大致分为以下三个阶段:①原材料准备:(石墨、触媒、叶蜡石的选择,加工与组装)阶段;②高压高温合成(p、T、t参数,控制方法与设备)阶段;③提纯分选与检验(原理、方法、标准、仪器)阶段。
2.静压直接转变法
所谓静压直接转变法,是指没有触媒参与下的静压法。由于不用触媒,因而需要更高的压力和温度条件,对压机提出了更高的要求,这也正是它不能用于工业生产的原因。
三、动压法
爆炸法合成金刚石是利用烈性炸药爆炸时所产生的冲击波直接作用于石墨,或由该冲击波驱动一块金属板以高速撞击石墨,在几微秒的瞬间得到几十万个大气压和几千摄氏度的高温,从而使石墨转变为金刚石。产品为几个纳米到几十微米(一般为5~20nm)的细小多晶体。结晶缺陷严重、脆弱,可作为研磨膏或者制造烧结体的原料。纳米金刚石的用途还有待研究开发。
爆炸法的药包组装有多种方式,常用的一种装置是单飞片装置,图2-8-6为其示意图。图2-8-7为一种鼠夹式平面波发生器的示意图。其爆炸过程是:雷管和导爆头引爆炸药条驱动铁板条,铁板条与平板炸药之间有一个α夹角,其作用是在药头引爆后,使各个部分同时撞击在平板炸药上,激发平板炸药起爆。平板炸药的爆炸驱动铁板,引起“面起爆”。主药包受平面波激发起爆后,就驱动飞片(图2-8-6),摧毁支架并以每秒几千米的速度打击在石墨碳源上,产生高压高温,石墨即在几微秒内,部分转化为金刚石,然后经化学处理精选出金刚石。
假若碳源不用石墨而改用球墨铸铁或者普通生铁,铁就能起到触媒作用,促使其中的碳变成金刚石。
图2-8-6 单飞片爆炸回收装置
图2-8-7 飞片法爆炸组装示意图
有人认为,爆炸法转化率低的影响因素很多,主要是由于爆炸产生的冲击波作用在石墨上的时间太短(仅几微秒),也就是合成压力迅速消失,但在绝热压缩过程中所产生的高温的散失则慢很多,所以已转变成的金刚石的一大部分又会在高温、低压条件下石墨化。如果能加快石墨原料的散热与冷却,将能提高其转化率。例如用含有石墨小包裹体的触媒金属块作为原料,由于金属比石墨难以压缩,压缩波通过时,没有像石墨那样热起来,造成了石墨包裹体的猝灭。这种猝灭作用使得在冲击压缩过程中形成的金刚石在随后的卸压、膨胀过程中得以保存下来,产量大大提高。此外,水下爆破能加速这种散热作用。
爆炸法的优点是不需要贵重设备,单次产量高,每次使用15kg炸药(TNT40%+黑索金60%)可生产约120克拉的金刚石微粉(转化率约为1%~3.5%),缺点是,温度压力不好控制,尤其无法分别控制温度和压力,并且样品提纯手续繁琐。
四、亚稳态生长法
亚稳态生长法是在金刚石亚稳区的压力温度条件下的生长方法。这种方法不需要高压,往往是在常压或负压(真空)下进行。所谓外延生长是指由碳源解离出的一个个碳原子在预先提供的晶格上(或其他基体表面上)不断沉积,使晶体逐渐长大,而不需要形成新晶核。
1.低压下的薄膜生长法
使含碳的气体分子(例如CH4)在负压下被加热分解游离出碳原子,在金刚石籽晶或其他基底材料的表面上外延生长,压力稍低于一个大气压,温度1000~1500℃。装置见图2-8-8。其反应原理为:
图2-8-8 汽相外延生长装置示意图
碎岩工程学
在CH4中加入足够数量的H2,有利于防止石墨结晶的副反应发生。
这种方法设备费用低,生长缓慢,生长率约为0.1μm/h。快者可达10μm/h,最快250μm/h,在晶体振动条件下,生长率可提高100倍。
2.常压高温合成法
有人认为,金刚石是碳与微量金属杂质所形成的、有缺陷的同晶型化合物或固溶体,换言之,金刚石是固溶杂质引入碳晶格后的产物。根据这一认识,提出了常压合成法。将无定形碳和某些过渡金属按一定比例(2∶1∶1.5)混合,置于Al、Li或Zn熔融体中,加热至1400~1800℃,保温30min,然后经过4h缓慢冷却至室温,可得到八面体金刚石。
F. 人造金刚石是如何制成的
①直接法 人造金刚石或利用瞬时静态超高压高温技术,或动态超高压高温技术,或两者的混合技术,使石墨等碳质原料从固态或熔融态直接转变成金刚石,这种方法得到的金刚石是微米尺寸的多晶粉末。 ②熔媒法 人造金刚石用静态超高压(50~100kb,即5~10GPa) 和高温(1100~3000°C)技术通过石墨等碳质原料和某些金属(合金)反应生成金刚石,其典型晶态为立方体(六面体)、八面体和六-八面体以及它们的过渡形态。在工业上显出重要应用价值的主要是静压熔媒法。采用这种方法得到的磨料级人造金刚石的产量已超过天然金刚石,有待进一步解决的问题是增大粗粒比,提高转化率和改善晶体质量。目前正在实验室中用静压熔媒法研究优质大颗粒单晶金刚石的形成。加晶种外延生长法曾得到重1克拉左右的大单晶;用一般试验技术略加改进后,曾得到2~4毫米左右的晶体。采用这种方法还生长和烧结出大颗粒多晶金刚石,后者在工业上已获得一定的应用,其关键问题在于进一步提高这种多晶金刚石的抗压强度、抗冲击强度、耐磨性和耐热性等综合性能。 ③外延法 人造金刚石是利用热解和电解某些含碳物质时析出的碳源在金刚石晶种或某些起基底作用的物质上进行外延生长而成的。
G. 人造金刚石的制作方法是怎么样的做出来的金刚石最大可以达到多大
楼主你好!人造的是用石墨,金刚石的同素异形体的一种物质在一定大气压的作用下形成,但是硬度还是比金刚石小,虽然说硬度也比较大。你说最大可以多大,如果你说的是形状大小,那就不得而知了,那要看怎么个法子。
H. 如何人造金刚石
1950年,瑞典ASEA(Allmanna Svenska Elektriska Aktiebolaget)实验室的研究人员成功的制备出第一颗金刚石。
早期最为经典的制备方法为高温高压(HTHP)合成金刚石法,但是合成HTHP金刚石因需较高的能量,加大了成本的投入,而添加的催化剂也给人造金刚石引入了杂质。而与之不同的CVD方法无论在成本、合成条件及金刚石质量上都有更大的优势,因而引起了科学界的广泛关注。
其中CVD的方法中常见的为热丝直流等离子体(HFCVD)法、微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)法、直流电弧等离子体喷射(DC Arc plasma jet CVD)法等。其中微波等离子体法是目前比较理想的制备方法。
高质量的金刚石即可加工为钻石,目前国内技术还无法实现大批量的生产,而国外在这方面已经达到了商业化水平,美国的Apollo Diamond公司利用微波等离子体CVD法进行同质外延,生长出能与天然钻石媲美的人工钻石。由于该方法制备出的金刚石十分完美,美国GIA(Gemological Institute of America)只能通过其内部是否包含缺陷等方法来区别天然金刚石和CVD人造钻石。
想了解的更专业些就看哈相关文献,我的研究方向是制备金刚石薄膜的。
I. 人造金刚石是如何生产的
直接法 人造金刚石或利用瞬时静态超高压高温技术,或动态超高压高温技术,或两者的混合技术,使石墨等碳质原料从固态或熔融态直接转变成金刚石,这种方法得到的金刚石是微米尺寸的多晶粉末。
熔媒法 人造金刚石用静态超高压(50~100kb,即5~10GPa) 和高温(1100~3000°C)技术通过石墨等碳质原料和某些金属(合金)反应生成金刚石,其典型晶态为立方体(六面体)、八面体和六-八面体以及它们的过渡形态。在工业上显出重要应用价值的主要是静压熔媒法。采用这种方法得到的磨料级人造金刚石的产量已超过天然金刚石,有待进一步解决的问题是增大粗粒比,提高转化率和改善晶体质量。目前正在实验室中用静压熔媒法研究优质大颗粒单晶金刚石的形成。加晶种外延生长法曾得到重1克拉左右的大单晶;用一般试验技术略加改进后,曾得到2~4毫米左右的晶体。采用这种方法还生长和烧结出大颗粒多晶金刚石,后者在工业上已获得一定的应用,其关键问题在于进一步提高这种多晶金刚石的抗压强度、抗冲击强度、耐磨性和耐热性等综合性能。
外延法 人造金刚石是利用热解和电解某些含碳物质时析出的碳源在金刚石晶种或某些起基底作用的物质上进行外延生长而成的。
J. 人造金刚石是怎么做成的,求具体步骤!
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人造金刚石的方法有:高温高压法和化学气相沉积法(CVD)。
高温高压法(HPHT):是按照天然金刚石的生长原理,模仿出高温高压法,在一定条件下将石墨转变为金刚石,是比较经典的人造金刚石制备方法;
CVD法:也就是化学气相沉积法,是利用含碳气源(一般为甲烷+氢气)作为原料,通过一定的能量输入(微波、热丝、直流等),在一定的压强下产生出等离子体,在这个等离子体中使含碳气体分解,使碳氢键断裂形成金刚石结构中的碳碳键,并不断的结合,使其“长大”,这一合成金刚石的方法合成速率快(较高温高压法),质量高(杂质可以避免),容易控制等优点,是发展的主流趋势。