壓縮金剛石

A. 金鋼石的加工方法

用激光切割是最好的方法，當然很多情況下還是打磨的，用砂輪，金剛石雖然硬，但是也是能打磨的。
另外，告訴你為什麼說金鋼石是自然界已知的最硬的物質，也就是為什麼要加上自然界。因為人工合成的氮化硼化物更硬

覺得我說得好就加分吧！~.~

B. 壓縮空氣適合打金剛石鑽頭嗎

摘要 親～ 您好！很高興你選擇使用網路問一問咨詢項目！感謝您對我們的信任！在這里我攜手廣大的問一問，工作人員以及答主。對您表示由衷的感謝！！！

C. 人造金剛石合成方法

人造金剛石取得成功的方法有許多種，現將具有代表性的幾種分類列舉如下：

碎岩工程學

靜壓觸媒法是國內外工業生產上應用最廣泛的方法。人造金剛石的絕大部分（約99%）都是用這種方法生產的。爆炸法在某些國家被應用於金剛石微粉的生產，生產量佔1%左右。

化學氣相沉積（Chemical Vapour Deposition，CVD）薄膜生長法，近年來開始了工業應用。其他一些方法，目前還處於試驗研究階段。

一、碳的相圖

1.相圖上的區域劃分

前人根據實驗結果，加上一定的計算和外推，得到了碳的經驗相圖，即p-T圖，如圖2-8-4所示。

圖2-8-4 碳的相圖

圖中Ⅰ區是石墨穩定區，金剛石形成以後，也可以在這個區域所表示的壓力溫度條件下存在，但不如石墨在這樣的條件下那麼穩定，故稱為金剛石的亞穩區；Ⅱ區是金剛石穩定區和石墨的亞穩區；Ⅲ區是觸媒反應區，石墨在觸媒的作用下，在這個區域所示的溫度壓力條件下可轉變成金剛石；Ⅳ區中只有石墨能存在，Ⅴ區中只有金剛石存在；Ⅵ區是碳的金屬相區，比金剛石更緻密15%～20%，具金屬性質；Ⅶ區為碳的液相區。

2.石墨-金剛石相平衡曲線

石墨與金剛石穩定區的分界線，即AB曲線，習慣上常常被稱為石墨-金剛石相平衡曲線。AB曲線可以用式（2-8-4）所示的經驗公式表示。對應於AB曲線的p、T條件見表2-8-3。

碎岩工程學

式中：T為溫度，K；p_n為對應於T時的平衡壓力，MPa。

當T＞1200～2200K時，a=650，b=2.74；當T＞2200～3200K時，a=1000，b=2.53；當T＞3200K時，a=1750，b=2.33。

表2-8-3 平衡曲線上p與T邊界值

圖2-8-5 幾種觸媒的「V」形合成區

3.合成金剛石的壓力溫度條件

合成金剛石的壓力溫度條件，因觸媒金屬的種類不同而異。圖2-8-5是幾種觸媒金屬用間接加熱法合成金剛石的壓力和溫度范圍。從圖中可以看出：

每種觸媒相應有一個「V」形合成區。各個「V」形區的高溫側界線都與相平衡線走向一致；而每個「V」形區的低溫側界線，是該觸媒與石墨的共晶溫度。例如用Ni金屬時，可能的溫度下限與Ni-石墨的共晶溫度曲線（圖中虛線所示）是一致的。「V」形區的下角，表示合成金剛石所必需的最低壓力溫度條件。部分觸媒所需相應的最低壓力溫度條件，見表2-8-4所列。

表2-8-4 幾種觸媒合成金剛石所需的最低p、T條件

二、靜壓法（靜態超高壓高溫合成法）

1.靜壓觸媒法

靜壓觸媒法是指在金剛石熱力學穩定的條件下，在恆定的超高壓、高溫和觸媒參與的條件下合成金剛石的方法。就是以石墨為原料，以過渡金屬或合金為觸媒，用液壓機產生恆定高壓，以直流或交流電通過石墨產生持續高溫，使石墨轉化為金剛石。轉化條件一般為5～7GPa，1300～1700℃。

該方法是傳統的高壓高溫合成法，至今已有40多年的歷史。它還在繼續發展和完善中。國內外都在致力於高壓設備和加熱方法的改進，以及碳素原料和合金觸媒的研究。

靜壓觸媒法合成金剛石的工藝程序大致分為以下三個階段：①原材料准備：（石墨、觸媒、葉蠟石的選擇，加工與組裝）階段；②高壓高溫合成（p、T、t參數，控制方法與設備）階段；③提純分選與檢驗（原理、方法、標准、儀器）階段。

2.靜壓直接轉變法

所謂靜壓直接轉變法，是指沒有觸媒參與下的靜壓法。由於不用觸媒，因而需要更高的壓力和溫度條件，對壓機提出了更高的要求，這也正是它不能用於工業生產的原因。

三、動壓法

爆炸法合成金剛石是利用烈性炸葯爆炸時所產生的沖擊波直接作用於石墨，或由該沖擊波驅動一塊金屬板以高速撞擊石墨，在幾微秒的瞬間得到幾十萬個大氣壓和幾千攝氏度的高溫，從而使石墨轉變為金剛石。產品為幾個納米到幾十微米（一般為5～20nm）的細小多晶體。結晶缺陷嚴重、脆弱，可作為研磨膏或者製造燒結體的原料。納米金剛石的用途還有待研究開發。

爆炸法的葯包組裝有多種方式，常用的一種裝置是單飛片裝置，圖2-8-6為其示意圖。圖2-8-7為一種鼠夾式平面波發生器的示意圖。其爆炸過程是：雷管和導爆頭引爆炸葯條驅動鐵板條，鐵板條與平板炸葯之間有一個α夾角，其作用是在葯頭引爆後，使各個部分同時撞擊在平板炸葯上，激發平板炸葯起爆。平板炸葯的爆炸驅動鐵板，引起「面起爆」。主葯包受平面波激發起爆後，就驅動飛片（圖2-8-6），摧毀支架並以每秒幾千米的速度打擊在石墨碳源上，產生高壓高溫，石墨即在幾微秒內，部分轉化為金剛石，然後經化學處理精選出金剛石。

假若碳源不用石墨而改用球墨鑄鐵或者普通生鐵，鐵就能起到觸媒作用，促使其中的碳變成金剛石。

圖2-8-6 單飛片爆炸回收裝置

圖2-8-7 飛片法爆炸組裝示意圖

有人認為，爆炸法轉化率低的影響因素很多，主要是由於爆炸產生的沖擊波作用在石墨上的時間太短（僅幾微秒），也就是合成壓力迅速消失，但在絕熱壓縮過程中所產生的高溫的散失則慢很多，所以已轉變成的金剛石的一大部分又會在高溫、低壓條件下石墨化。如果能加快石墨原料的散熱與冷卻，將能提高其轉化率。例如用含有石墨小包裹體的觸媒金屬塊作為原料，由於金屬比石墨難以壓縮，壓縮波通過時，沒有像石墨那樣熱起來，造成了石墨包裹體的猝滅。這種猝滅作用使得在沖擊壓縮過程中形成的金剛石在隨後的卸壓、膨脹過程中得以保存下來，產量大大提高。此外，水下爆破能加速這種散熱作用。

爆炸法的優點是不需要貴重設備，單次產量高，每次使用15kg炸葯（TNT40%+黑索金60%）可生產約120克拉的金剛石微粉（轉化率約為1%～3.5%），缺點是，溫度壓力不好控制，尤其無法分別控制溫度和壓力，並且樣品提純手續繁瑣。

四、亞穩態生長法

亞穩態生長法是在金剛石亞穩區的壓力溫度條件下的生長方法。這種方法不需要高壓，往往是在常壓或負壓（真空）下進行。所謂外延生長是指由碳源解離出的一個個碳原子在預先提供的晶格上（或其他基體表面上）不斷沉積，使晶體逐漸長大，而不需要形成新晶核。

1.低壓下的薄膜生長法

使含碳的氣體分子（例如CH₄）在負壓下被加熱分解游離出碳原子，在金剛石籽晶或其他基底材料的表面上外延生長，壓力稍低於一個大氣壓，溫度1000～1500℃。裝置見圖2-8-8。其反應原理為：

圖2-8-8 汽相外延生長裝置示意圖

碎岩工程學

在CH₄中加入足夠數量的H₂，有利於防止石墨結晶的副反應發生。

這種方法設備費用低，生長緩慢，生長率約為0.1μm/h。快者可達10μm/h，最快250μm/h，在晶體振動條件下，生長率可提高100倍。

2.常壓高溫合成法

有人認為，金剛石是碳與微量金屬雜質所形成的、有缺陷的同晶型化合物或固溶體，換言之，金剛石是固溶雜質引入碳晶格後的產物。根據這一認識，提出了常壓合成法。將無定形碳和某些過渡金屬按一定比例（2∶1∶1.5）混合，置於Al、Li或Zn熔融體中，加熱至1400～1800℃，保溫30min，然後經過4h緩慢冷卻至室溫，可得到八面體金剛石。

D. 金剛石是最堅硬的物品，液壓機能壓碎它嗎

金剛石俗稱「金剛鑽」。金剛石是我們熟悉的鑽石的原石，它是由碳元素構成的自然元素礦物。晶體多呈八面體、菱形十二面體和立方體，有時也呈聚形。多為無色透明，但若含微量元素也會呈褐、灰、白、黃、藍、綠、紅、紫等不同色調。晶面呈金剛光澤，金剛光澤是天然無色透明礦物中最強的光澤。摩氏硬度為10，是自然界中天然存在的最堅硬礦物。相對密度3.52。性脆，抗磨性好。不導電。導熱性好，室溫下其熱導率是銅的5倍。熔點高達4000℃，空氣中燃燒溫度為850～1000℃。疏水而親油。

E. 人造金剛石的提煉需要什麼原料

如果我沒記錯的話是需要二氧化硅還有碳
!!!
以前是用炭塊用鐵水把炭塊包裹住
在把包裹的鐵塊置於冷水中冷卻
鐵冷卻時
其中的炭塊在高溫高壓下被壓縮成金剛石
現在最大的才幾克拉
很小一點點····
現在需求量很大
一年產量有幾千噸

F. 金剛石的預處理方法

不同形狀金剛石顆粒的鑽進效果不同。因此，對金剛石進行預處理就可以製造出高質量的鑽頭。通過研究表明，不同形狀金剛石在鑽探中的作用是按以下次序提高的：晶體碎塊，八面體尖晶雙晶，晶面平整的八面體，帶圓棱的八面體，菱形十二面體和帶圓階梯狀晶面的八面體。鑲有預處理過的金剛石的鑽頭，其工作能力比鑲同樣未經分選的金剛石鑽頭的工作能力高。

有缺陷的顆粒是低質量的金剛石。往往形狀不規則的如針狀、片狀、銳角狀等金剛石，經常含有大量包裹體、孔隙、裂紋和缺口。金剛石預處理就是把有缺陷的金剛石通過機械或化學的方法進行加工，達到理想的粒度和形狀，以減少金剛石內應力的集中點或滿足其他特殊用途。

目前，金剛石預處理工藝有下列幾種。

一、金剛石的整粒處理

把每粒金剛石的邊角薄弱部分和裂紋較大、易於受力崩開的部分，通過機械的辦法讓它剝落或裂開。這樣就提高了單粒金剛石的強度，但其粒度變小了。整粒機的基本結構見圖2-9-1所示。把一定量的金剛石裝進金屬缸內，通過一個轉動的螺旋桿，由螺旋的推動反復對金剛石施加擠壓力和沖擊力。施加壓力的大小是通過螺旋角和一個彈簧來調節的。由於彈簧的作用，金剛石在缸內不僅受有壓力，而且受有頻率較高、振幅較小的沖擊力。

圖2-9-1 整粒機示意圖

二、渾圓化處理

又名鈍化處理或橢圓化處理，其目的就是把形狀很不規則的金剛石顆粒，磨鈍、磨圓達到理想的近似圓粒（或橢圓粒）。對回收復用的金剛石來說，通過這個處理過程，還可以凈化表面，除掉臟物和碳化層。渾圓化處理過程中，也能起到整粒作用。所以，此工序是處理金剛石的關鍵環節。

金剛石的鈍化和圓化，主要靠它們之間在外力的推動下互相磨碰，另外再輔以金剛石與金屬筒的磨撞。其動力可採用氣吹旋動碰磨法和機械拋磨法。

1.氣吹旋動碰磨法

利用壓縮空氣，通過一個噴嘴，按切線方向吹向一個圓筒內，使筒內的金剛石以等邊多邊形似的軌跡與筒壁碰撞，金剛石之間也產生碰撞和摩擦，這樣周而復始作用一定時間，使金剛石鈍化和渾圓化，所用設備見圖2-9-2。渾圓化時間一般為3～8h，時間越長，產生的微粉越多，金剛石的顆粒也越近似於圓珠。

金剛石微粉雖可以回收，但在處理過程中免不了被排氣帶走一些，回收得再精細也有損失，一般要損失6%～10%。

2.機械拋磨法

圖2-9-2 氣吹旋動碰磨裝置

利用機械旋轉的辦法推動金剛石飛速運動，從而產生磨碰的作用。機械拋磨由電機通過旋轉軸帶動翼片高速鏟起下部金剛石，並將其甩向鈍化筒壁，金剛石則與筒壁產生了撞擊力，撞擊後反射，按照出射角等於入射角的道理，金剛石飛向上方，在它向上還有一定推力的時候，被轉動的磨片所阻攔，在這瞬間磨片對金剛石進行摩擦作功。鈍化筒內金剛石密度大、空間小，運動著的金剛石之間不斷沖撞和摩擦逐漸變鈍圓化。此方法所用設備簡單，效率高，金剛石損失少（可以減少到0.2%以下）。我國目前都採用此法。

鑲有已橢圓化金剛石的鑽頭，其耐磨性較未橢圓化金剛石鑽頭提高50%，但它不是在所有岩層中都有成效，例如：鑽進塑性硬岩，其效果不如破碎的金剛石；鑽進堅硬岩石時，由於橢圓化金剛石表面粗糙，就會產生很大的摩擦力，使金剛石強烈發熱而石墨化。為了消除此種現象，需對金剛石表面進行拋光處理。

三、拋光處理

經過整粒和渾圓化處理的金剛石表面很粗糙，失去原有的光澤。粗糙的表面雖有利於牢固的鑲嵌，但表面不光滑，自由面增加，因此吸熱能力強，反光能力弱。在加工鑽頭的燒結過程中，金剛石表面會產生輕微碳化而產生損耗。並且在孔底鑽進時，粗糙的表面加大了金剛石與孔底的摩擦力，也易產生高溫磨損，故經過鈍化處理或回收的金剛石，都應該經過拋光處理才好。

圖2-9-3 拋光設備示意圖

目前拋光的方法有機械法、化學法、氣體火焰法等。我國採用機械法。其裝置見圖2-9-3。在圓筒內加入需拋光的金剛石、水和金剛石微粉。由於翼輪的旋轉，推動筒里的水流高速轉動。金剛石粉及金剛石粒就會在離心力作用下，沿著貼有羊毛氈的筒壁滾動和滑動，彼此之間也有摩擦，使金剛石逐漸被拋光。

經對比試驗表明：採用拋光方法後使金剛石的單位進尺消耗量降低了30%～50%，鑽進速度提高20%。

四、金屬鍍膜處理

金屬鍍膜即金剛石在鑲嵌前，先在其表面塗敷一層金屬膜，變成具有金屬塗層的金剛石。它的目的在於提高鑽頭胎體對金剛石的黏結性能，還可提高金剛石對溫度的穩定性。

塗敷的金屬層能阻礙氧化介質接觸金剛石，減緩金剛石受高溫石墨化的過程，這層金屬還能充填金剛石表面的空隙，從而提高金剛石的強度。國內外正就塗敷材料和工藝等問題進行研究。已採用的塗敷金屬有鎳、鉻、鈷等，塗敷方法有化學鍍、電鍍、真空鍍等，塗敷層厚一般為10～15μm。試驗表明：具有金屬塗層的金剛石鑽頭壽命能提高10%，鑽速能提高5%～7%。

五、制粒處理

孕鑲鑽頭在製造過程中容易發生金剛石分選，形成分布不均的現象。產生分選的原因是金剛石與胎體粉末的比重相差懸殊。要避免分選，就必須增加金剛石的比重，使其接近胎體的平均比重。

日本利根公司採用的制粒方法是：先將金剛石用丙酮或四氯化碳清洗，然後配製膠液（用90%的丙酮加10%的高分子樹脂），將金剛石掛膠以後再粘上一層胎體粉末。這種經制粒處理的金剛石，就能在胎體中達到較均勻的分布。前蘇聯採用的制粒方法是：在金剛石外面滾一層硬質合金粉，使所有金剛石的外面都包裹了一層相同厚度的硬質合金外殼，採用這種方法可增加金剛石的密度。

G. 為什麼海王星和天王星會下鑽石雨

在我們探索無窮無盡的宇宙當中，會發現有很多奇特的星球，他們有的上面無比赤熱，有的上面寂靜無聲，但是你們知道嗎，目前科學家發現海王星和天王星正在下著鑽石雨。這聽起來很不可思議，但是這並不是假的，那麼為什麼海王星和天王星上會下鑽石雨呢？

看到如此介紹，是不是有些心動了呢？是不是想去海王星上挖鑽石呢？當然是開玩笑了，因為我們目前人類還無法登陸如此遙遠的海王星和天王星。但是相信我們人類在不久的將來會有更大的科技進步，實現我們在太空中無限遨遊。

H. 人造金剛石的原材料是什麼

人造金剛石是由石墨轉化而來，但是合成所需原材料除了石墨，還有觸媒（一般是鐵鎳合金），白雲石、葉蠟石等。

I. 金剛石為什麼會在岩漿岩裡面找到

金剛石就是結構異常緊密的碳嘛，碳在高溫高壓的環境下會被壓縮成金剛石。理論上說，可以試著用超強的高壓鍋來把鉛筆芯（高B）給弄成金剛石……