直接法
人造金剛石或利用瞬時(shí)靜態(tài)超高壓高溫技術(shù),或動態(tài)超高壓高溫技術(shù),或兩者的混合技術(shù),使石墨等碳質(zhì)原料從固態(tài)或熔融態(tài)直接轉(zhuǎn)變成金剛石,這種方法得到的金剛石是微米尺寸的多晶粉末。
熔媒法
人造金剛石用靜態(tài)超高壓(50~100kb,即5~10GPa) 和高溫(1100~3000°C)技術(shù)通過石墨等碳質(zhì)原料和某些金屬(合金)反應(yīng)生成金剛石,其典型晶態(tài)為立方體(六面體)、八面體和六-八面體以及它們的過渡形態(tài)。在工業(yè)上顯出重要應(yīng)用價(jià)值的主要是靜壓熔媒法。采用這種方法得到的磨料級人造金剛石的產(chǎn)量已超過天然金剛石,有待進(jìn)一步解決的問題是增大粗粒比,提高轉(zhuǎn)化率和改善晶體質(zhì)量。目前正在實(shí)驗(yàn)室中用靜壓熔媒法研究優(yōu)質(zhì)大顆粒單晶金剛石的形成。加晶種外延生長法曾得到重1克拉左右的大單晶;用一般試驗(yàn)技術(shù)略加改進(jìn)后,曾得到2~4毫米左右的晶體。采用這種方法還生長和燒結(jié)出大顆粒多晶金剛石,后者在工業(yè)上已獲得一定的應(yīng)用,其關(guān)鍵問題在于進(jìn)一步提高這種多晶金剛石的抗壓強(qiáng)度、抗沖擊強(qiáng)度、耐磨性和耐熱性等綜合性能。
外延法
人造金剛石是利用熱解和電解某些含碳物質(zhì)時(shí)析出的碳源在金剛石晶種或某些起基底作用的物質(zhì)上進(jìn)行外延生長而成的。
武茲反應(yīng)法
讓四氯化碳和鈉在700℃反應(yīng),生成金剛石。但是同時(shí)會生成大量的石墨。
形成機(jī)制
主要有下述幾種學(xué)說:溶劑學(xué)說認(rèn)為所用金屬(合金)起著碳的溶劑作用;催化學(xué)說則認(rèn)為是一種催化劑;固相轉(zhuǎn)變學(xué)說則強(qiáng)調(diào)石墨晶體無需斷鍵解體,經(jīng)過簡單形變就形成金剛石晶體。但這三種典型學(xué)說所提出模型往往同一些主要實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和規(guī)律相矛盾。因此,出現(xiàn)了溶劑-催化劑、催化劑-溶劑、熔(溶)劑-觸媒(簡稱為熔媒)等學(xué)說進(jìn)一步探討所用金屬(合金)的作用�?偟恼f來,人造金剛石的形成機(jī)制尚是一個(gè)仍在探討中的復(fù)雜問題。
相關(guān)熱力學(xué)
在三校合編的《無機(jī)化學(xué)》(第四版第236頁第9行左數(shù)第16個(gè)字開始,明確提到 :
據(jù)查,在高壓下石墨轉(zhuǎn)化為金剛石是放熱的!溫度低反而有利于轉(zhuǎn)化。