人造金刚石的工艺流程和基本原理如下:
静压法
将石墨原料和金属(如铁、镍等)作为熔剂混合,放入一个腔体内,然后置于上万吨的大压机中。
通过通电加压,使石墨在5万至10万个标准大气压和1200至1300℃的条件下转化为金刚石。
爆炸法
在石墨中加入硝化甘油等炸药,置于密封容器中。
通电引发炸药爆炸,产生高温高压环境,使石墨瞬间转化为金刚石。
晶种法
在石墨中加入一颗小金刚石晶体作为种子。
在高温高压条件下,使石墨粉或金刚石粉熔化,并在晶种上逐渐生长成新的金刚石晶体。
高温高压合成法(HTHP)
选择石墨粉或有机物等碳源和金属或非金属粉末作为原料。
将这些原料放入高温高压装置中,施加6-7GPa的压力和1400-1700℃的温度。
在高温高压环境下,碳源会转化为液态,并在金刚石晶种的作用下形成新的金刚石晶体。
化学气相沉积法(CVD)
将含碳气体(如甲烷)和氢气混合物在高温(通常为800-1000℃)和低于标准大气压的压力下激发分解。
形成活性金刚石碳原子,并通过控制沉积生长条件,使这些碳原子在基体上沉积并交互生长成金刚石单晶。
溶剂高温高压法
利用金属(合金)作为溶剂或催化剂,在高温高压条件下使石墨等碳质原料直接转化为金刚石。
这些方法的基本原理都是通过模拟天然金刚石的结晶条件和生长环境,利用高温高压使碳原子重新排列,形成金刚石晶体。具体选择哪种方法取决于所需金刚石的性能和应用场景。例如,HTHP法适用于制备高品质的金刚石晶体,而CVD法则适用于制备大面积的金刚石薄膜。