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人工合成金刚石发展现状分析

  人工合成金刚石主要生产国目前世界上能够生产人造金刚石国家有二十几个:美国、英国、国、爱尔兰、俄罗斯、乌克兰、瑞典、韩国、日本、法国、白俄罗斯、乌兹别克、德国等等,我们估计,世界人造金刚石现今年产量突破30亿克拉,其国年产量有20亿克拉之多,为世界人造金刚石生产超级大国,、低端产品产量属世界之最,其价格之低也世界之最。而CE公司(年产1。6亿克拉)、DeBeers公司(年产2亿克拉左右)、韩国日进公司为6000-8000万克拉,这些公司产品均为高端产品。

  1954年12月8日,纽约州斯克内克塔迪美国GE(通用电器)公司研究发展心科学家本迪(F·P·Bundy)、霍尔(H·T·Hall)等人首先克服了高温高压工程、材料测试方面种种困难而达到了这一转变条件,成功地为石墨含碳物质金属熔体合成金刚石,做出了划时代贡献。1958年,人工合成金刚石投入商业生产。从此人工合成金刚石产量逐渐超过了天然金刚石产量。美国通用电气公司合成工业金刚石后,又花了15年时间,到1970年,宣告宝石级金刚石合成工艺成功。1971年公布了晶种温梯法详细工艺。据称,只生产出重量分别为0。30ct、0。31ct、0。39ct三粒透明金刚石,代价之昂贵,无法与天然金刚石相匹敌。1986年,前苏联对外机构宣布,苏联科学院高温高压下合成一颗重达9988ct特大金刚石晶体,生成温度比太阳表面温度还要高。1987年,南非德比尔斯公司金刚石研究室利用高温高压法60小时内制出1ct金刚石晶体;180小时内合成5ct金刚石晶簇,最大单晶为11。14ct,最大长度为16mm,晶体呈立方体(100)八面体(111)为主聚形。

  这些金刚石一般呈黄色或棕黄色;无解理裂纹;适于进行宝石刻面,也可用于拉丝模,切削刀具,辐射探测器等。1987年,“金刚石薄膜”世界上兴起,国外文献发表生长金刚石膜方法有几十种之多。进入20世纪80年代以来,膜生长速率、沉积面积结构性质已逐步达到可应用程度。研究证实,高质量CVD金刚石多晶膜硬度、导热、密度、弹性(以杨氏膜量表征)透光物理性质已达到或接近天然金刚石,并且金刚石膜具有与单晶金刚石几乎相同性能,但它连续性材料,从而解决了尺寸问题。

  人工合成金刚石经济发展前景世界上人造金刚石不仅产量上,而且某些性能上已超过天然金刚石。当今人造金刚石已基本形成一个完整系列,作为工程材料完全可以满足各工业应用领域对人造金刚石所提出需求,促进了机械加工技术、地质石油钻探技术、石材加工技术等发生变革性变化。现正向功能材料应用方面努力。金刚石薄膜一个大有发展前途新型功能薄膜材料,它发展历程很短,理论研究、技术开发、应用扩展方面还很不完善,不系统,还有更多、更深、更广研究,产业规模化还有一段较长路要走。但它优异性能、广泛应用前景必将吸引更多科技工作者努力去研究开拓。

  作为21世纪新型功能材料金刚石薄膜,随着研究工作与应用开拓不断深入,不远将来,金刚石薄膜功能必将各个重要领域,其经济前景必远大。纳米金刚石拓宽了传统意义上金刚石应用领域,但毕竟纳米金刚石应用才起步,合成出性能优异分散剂,设计出高效分散方法,提高分散后纳米颗粒稳定性均匀性,成为纳米金刚石应用关键,随着时间推移,必将结出更为丰硕果实。随着对纳米金刚石小尺寸效应、量子效应及宏观量子隧道效应深入研究,纳米金刚石应用前景更为广阔。随着科学技术发展,金刚石合成技术更趋全面、更趋完整,本世纪必将工业、商用、军事、教育、娱乐及医学等领域发挥重要作用。应用领域将越来越宽,对工业技术创新贡献将越来越大,所有这些充分显示了金刚石科学研究事业,潜应用前景,将像金刚石一样绚丽多彩。