压缩金刚石

A. 金钢石的加工方法

用激光切割是最好的方法，当然很多情况下还是打磨的，用砂轮，金刚石虽然硬，但是也是能打磨的。
另外，告诉你为什么说金钢石是自然界已知的最硬的物质，也就是为什么要加上自然界。因为人工合成的氮化硼化物更硬

觉得我说得好就加分吧！~.~

B. 压缩空气适合打金刚石钻头吗

摘要 亲～ 您好！很高兴你选择使用网络问一问咨询项目！感谢您对我们的信任！在这里我携手广大的问一问，工作人员以及答主。对您表示由衷的感谢！！！

C. 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；p_n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。

D. 金刚石是最坚硬的物品，液压机能压碎它吗

金刚石俗称“金刚钻”。金刚石是我们熟悉的钻石的原石，它是由碳元素构成的自然元素矿物。晶体多呈八面体、菱形十二面体和立方体，有时也呈聚形。多为无色透明，但若含微量元素也会呈褐、灰、白、黄、蓝、绿、红、紫等不同色调。晶面呈金刚光泽，金刚光泽是天然无色透明矿物中最强的光泽。摩氏硬度为10，是自然界中天然存在的最坚硬矿物。相对密度3.52。性脆，抗磨性好。不导电。导热性好，室温下其热导率是铜的5倍。熔点高达4000℃，空气中燃烧温度为850～1000℃。疏水而亲油。

E. 人造金刚石的提炼需要什么原料

如果我没记错的话是需要二氧化硅还有碳
!!!
以前是用炭块用铁水把炭块包裹住
在把包裹的铁块置于冷水中冷却
铁冷却时
其中的炭块在高温高压下被压缩成金刚石
现在最大的才几克拉
很小一点点····
现在需求量很大
一年产量有几千吨

F. 金刚石的预处理方法

不同形状金刚石颗粒的钻进效果不同。因此，对金刚石进行预处理就可以制造出高质量的钻头。通过研究表明，不同形状金刚石在钻探中的作用是按以下次序提高的：晶体碎块，八面体尖晶双晶，晶面平整的八面体，带圆棱的八面体，菱形十二面体和带圆阶梯状晶面的八面体。镶有预处理过的金刚石的钻头，其工作能力比镶同样未经分选的金刚石钻头的工作能力高。

有缺陷的颗粒是低质量的金刚石。往往形状不规则的如针状、片状、锐角状等金刚石，经常含有大量包裹体、孔隙、裂纹和缺口。金刚石预处理就是把有缺陷的金刚石通过机械或化学的方法进行加工，达到理想的粒度和形状，以减少金刚石内应力的集中点或满足其他特殊用途。

目前，金刚石预处理工艺有下列几种。

一、金刚石的整粒处理

把每粒金刚石的边角薄弱部分和裂纹较大、易于受力崩开的部分，通过机械的办法让它剥落或裂开。这样就提高了单粒金刚石的强度，但其粒度变小了。整粒机的基本结构见图2-9-1所示。把一定量的金刚石装进金属缸内，通过一个转动的螺旋杆，由螺旋的推动反复对金刚石施加挤压力和冲击力。施加压力的大小是通过螺旋角和一个弹簧来调节的。由于弹簧的作用，金刚石在缸内不仅受有压力，而且受有频率较高、振幅较小的冲击力。

图2-9-1 整粒机示意图

二、浑圆化处理

又名钝化处理或椭圆化处理，其目的就是把形状很不规则的金刚石颗粒，磨钝、磨圆达到理想的近似圆粒（或椭圆粒）。对回收复用的金刚石来说，通过这个处理过程，还可以净化表面，除掉脏物和碳化层。浑圆化处理过程中，也能起到整粒作用。所以，此工序是处理金刚石的关键环节。

金刚石的钝化和圆化，主要靠它们之间在外力的推动下互相磨碰，另外再辅以金刚石与金属筒的磨撞。其动力可采用气吹旋动碰磨法和机械抛磨法。

1.气吹旋动碰磨法

利用压缩空气，通过一个喷嘴，按切线方向吹向一个圆筒内，使筒内的金刚石以等边多边形似的轨迹与筒壁碰撞，金刚石之间也产生碰撞和摩擦，这样周而复始作用一定时间，使金刚石钝化和浑圆化，所用设备见图2-9-2。浑圆化时间一般为3～8h，时间越长，产生的微粉越多，金刚石的颗粒也越近似于圆珠。

金刚石微粉虽可以回收，但在处理过程中免不了被排气带走一些，回收得再精细也有损失，一般要损失6%～10%。

2.机械抛磨法

图2-9-2 气吹旋动碰磨装置

利用机械旋转的办法推动金刚石飞速运动，从而产生磨碰的作用。机械抛磨由电机通过旋转轴带动翼片高速铲起下部金刚石，并将其甩向钝化筒壁，金刚石则与筒壁产生了撞击力，撞击后反射，按照出射角等于入射角的道理，金刚石飞向上方，在它向上还有一定推力的时候，被转动的磨片所阻拦，在这瞬间磨片对金刚石进行摩擦作功。钝化筒内金刚石密度大、空间小，运动着的金刚石之间不断冲撞和摩擦逐渐变钝圆化。此方法所用设备简单，效率高，金刚石损失少（可以减少到0.2%以下）。我国目前都采用此法。

镶有已椭圆化金刚石的钻头，其耐磨性较未椭圆化金刚石钻头提高50%，但它不是在所有岩层中都有成效，例如：钻进塑性硬岩，其效果不如破碎的金刚石；钻进坚硬岩石时，由于椭圆化金刚石表面粗糙，就会产生很大的摩擦力，使金刚石强烈发热而石墨化。为了消除此种现象，需对金刚石表面进行抛光处理。

三、抛光处理

经过整粒和浑圆化处理的金刚石表面很粗糙，失去原有的光泽。粗糙的表面虽有利于牢固的镶嵌，但表面不光滑，自由面增加，因此吸热能力强，反光能力弱。在加工钻头的烧结过程中，金刚石表面会产生轻微碳化而产生损耗。并且在孔底钻进时，粗糙的表面加大了金刚石与孔底的摩擦力，也易产生高温磨损，故经过钝化处理或回收的金刚石，都应该经过抛光处理才好。

图2-9-3 抛光设备示意图

目前抛光的方法有机械法、化学法、气体火焰法等。我国采用机械法。其装置见图2-9-3。在圆筒内加入需抛光的金刚石、水和金刚石微粉。由于翼轮的旋转，推动筒里的水流高速转动。金刚石粉及金刚石粒就会在离心力作用下，沿着贴有羊毛毡的筒壁滚动和滑动，彼此之间也有摩擦，使金刚石逐渐被抛光。

经对比试验表明：采用抛光方法后使金刚石的单位进尺消耗量降低了30%～50%，钻进速度提高20%。

四、金属镀膜处理

金属镀膜即金刚石在镶嵌前，先在其表面涂敷一层金属膜，变成具有金属涂层的金刚石。它的目的在于提高钻头胎体对金刚石的黏结性能，还可提高金刚石对温度的稳定性。

涂敷的金属层能阻碍氧化介质接触金刚石，减缓金刚石受高温石墨化的过程，这层金属还能充填金刚石表面的空隙，从而提高金刚石的强度。国内外正就涂敷材料和工艺等问题进行研究。已采用的涂敷金属有镍、铬、钴等，涂敷方法有化学镀、电镀、真空镀等，涂敷层厚一般为10～15μm。试验表明：具有金属涂层的金刚石钻头寿命能提高10%，钻速能提高5%～7%。

五、制粒处理

孕镶钻头在制造过程中容易发生金刚石分选，形成分布不均的现象。产生分选的原因是金刚石与胎体粉末的比重相差悬殊。要避免分选，就必须增加金刚石的比重，使其接近胎体的平均比重。

日本利根公司采用的制粒方法是：先将金刚石用丙酮或四氯化碳清洗，然后配制胶液（用90%的丙酮加10%的高分子树脂），将金刚石挂胶以后再粘上一层胎体粉末。这种经制粒处理的金刚石，就能在胎体中达到较均匀的分布。前苏联采用的制粒方法是：在金刚石外面滚一层硬质合金粉，使所有金刚石的外面都包裹了一层相同厚度的硬质合金外壳，采用这种方法可增加金刚石的密度。

G. 为什么海王星和天王星会下钻石雨

在我们探索无穷无尽的宇宙当中，会发现有很多奇特的星球，他们有的上面无比赤热，有的上面寂静无声，但是你们知道吗，目前科学家发现海王星和天王星正在下着钻石雨。这听起来很不可思议，但是这并不是假的，那么为什么海王星和天王星上会下钻石雨呢？

看到如此介绍，是不是有些心动了呢？是不是想去海王星上挖钻石呢？当然是开玩笑了，因为我们目前人类还无法登陆如此遥远的海王星和天王星。但是相信我们人类在不久的将来会有更大的科技进步，实现我们在太空中无限遨游。

H. 人造金刚石的原材料是什么

人造金刚石是由石墨转化而来，但是合成所需原材料除了石墨，还有触媒（一般是铁镍合金），白云石、叶蜡石等。

I. 金刚石为什么会在岩浆岩里面找到

金刚石就是结构异常紧密的碳嘛，碳在高温高压的环境下会被压缩成金刚石。理论上说，可以试着用超强的高压锅来把铅笔芯（高B）给弄成金刚石……