合成钻石的发展历史及现状 2011-04-24
早在18 世纪后期就已经证明了钻石和石墨都是由碳组成, 后来就开始了合成钻石的探索工作。1855 年苏格兰化学家汉纳( Hanney ) 采用将碳溶于熔剂中并使之晶出钻石的方法来制造钻石。他用石蜡精和炭黑或煤烟作为碳的来源, 将这种混合物置于一个长约50 cm、直径10 cm、内径约12 mm 的结实金属管中, 将管子的两端焊封, 然后把管子置于炉中长工夫加热。在高压下, 有机物分解产生碳和氢。冷却后用酸溶去金属管, 找出可能生成的钻石。在80 次实验中, 他认为有3 次可能是成功的。但是后人证明他并未能成功地合成出钻石。
莫伊桑( Henri Mois san) 是一位法国的药剂师, 他采用铁做熔剂, 将碳溶解的方法, 使之晶出钻石。详细操作步骤是: 将一个长2 cm、直径1 cm 的圆铁柱置于碳坩埚中, 铁柱周围放上糖粒状木炭, 将坩埚放在电炉上加热, 然后再将热坩埚投入冷水中;利用熔融铁固结时, 因外部收缩而产生的内部高压使碳结晶成钻石; 然后用酸将固结的铁溶解, 取出里面的钻石。利用这种方法得到的“纯碳” 组成的小晶体( 0. 1 mm) , 当时并未被确认为钻石。后人多次重复他的实验, 都未能成功。
帕森斯是第一个利用可控压力来合成钻石的人。他希望将炽热的木炭置于受控的压力( 16×108 Pa )下能合成出钻石来, 其结果失利了。可是, 他对合成钻石的贡献是巨大的,因为他为合成钻石引进的先进技术, 受控的压力和温度已接近了合成出钻石的条件。汉纳、莫伊桑和帕森斯等早期试图合成钻石的工作者, 皆因缺乏关于碳不同相之间热力学关系的知识和静态超高压、高温技术而失利。实际上合成钻石是在20 世纪50～60 年代, 在静态超高压、高温技术有所进展的基础上合成成功的。
1953 年, 瑞士工程公司( ASEA) 运用压力球装置, 消费出40 颗钻石小晶体, 但未正式对外公布。
1955 年, 美国通用电气公司( GE ) 公布成功地合成了钻石。采用的是静压熔( 溶) 媒法( 简称GE 法) 。
1959 年, 南非戴比尔斯公司(De Bee rs) 发展了特别类似于美国通用电气公司的合成钻石的技术———外延生长技术, 并于1961 年开始合成钻石的商业性消费。
1970 年, 美国通用电气公司公布合成了克拉级(大于5 mm) 的宝石级钻石。采用的也是GE 法。
1985 年, 日本住友电气工业公司( Sumitomo Electric Indu st ries ) 合成了黄色宝石级钻石。
1987 年, 南非戴比尔斯合成出了11. 14 ct 的宝石级钻石; 1990 年又成功地合成出了质量很好的钻石单晶, 重14. 2 ct (是迄今最大的)。
1990 年, 俄罗斯公布了利用“ 分裂球( split - sphe re ) 法” 或称BARS 法生长合成钻石的工作成果。同年, 美国通用电气公司也公布合成出了具有特别物理性能的宝石级钻石。这预示着钻石合成技术的新发展。
1997 年6 月, 在美国拉斯维加斯珠宝展销会上, 汤姆·查塔姆( Thom Cha tham)公司推出了该公司与俄罗斯合作消费的100 颗合成钻坯。
我国从60 年代起, 由中国科学院物理研究所、一机部通用机械研究所、郑州磨料削磨具研究所和地质科学院等单位有关实验室, 先后在开展静态超高压、高温技术研究工作的基础上, 1963 年研制成功细粒合成钻石, 1965 年消费出1～3. 5 mm 的大颗粒钻石(指粒级大于1 mm 以上者)。目前我国合成钻石的消费点几乎遍及全国, 产量逐年上升, 质量不断提高, 合成钻石制品的品种与数量也有很大发展。磨料级合成金刚石已立足于国内, 不仅完全自给, 还能出口; 大颗粒合成钻石的制造技术已突破, 但由于生长周期长、成本高, 要求的工艺条件特别苛刻, 迄今为止, 仅停留于实验室研究, 没有进行工业化或商业化消费。
- 参考资料：
http://www.kakagem.com/kkbbs/viewthread.php?tid=1993
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