钻石,金刚石,人造金刚石
• 金刚石砂轮的使用范围
• 金刚石砂轮的V形尖端技术研讨
• 金刚石加工铸铁的理论分析及应用…

1、金刚石的问世

金刚石(又名钻石，人造金刚石，金刚石微粉和金刚石单晶等)，早期的拉丁文名称adamas与中文“金刚石”一词同义，原意是“无敌的，不可征服的”。金刚石是世界上目前已知的最硬的物质，地球上的一种罕见的矿物。宝石级金刚石晶莹剔透，显现特有的金刚光泽，闪闪发光，灿烂夺目。自古以来，它就被当作珍贵的纪念品和美丽的装饰品，制成钻戒、胸饰，以至王冠上的明珠，作为人们社会地位、富贵和荣誉的象征。到了近代，当金刚石的各种特殊性能和使用价值被发现以后，开始了多方面的工业应用，由昔日的装饰品变成了现代工业和科学技术的瑰宝。

人们发现天然金刚石已有3000多年的历史了。根据文字记载，印度人使用金刚石至少可以追朔到公元前四世纪。然而，几千年来一直停留在天然金刚石的开采和使用阶段。

到了18世纪，从英国化学家S.Tennant开始，人们得知金刚石是碳的一种结晶形态，它与石墨同为碳的同素异构体。而且，既然金刚石比其它形态的碳具有更大的密度，那么就可以设想，压力能够促使其它形态的碳转变成金刚石。于是，在那以后的一个半世纪中，先后有许多人曾经进行过各种各样的试验，试图人工制造金刚石。由于当时还缺乏足够的理论知识和合适的高压设备，上述那些试验无异于在暗夜中摸索，结果都不可避免地归于失败。

直到20世纪中叶，近代科学知识奠定了合成金刚石的理论基础，高压装置的诞生和不断完善又为之提供了必要的手段。在这两个前提下，开始了有实际意义的利用高压高温技术研制金刚石的工作。从 1940年前后起，这项工作同时在下述两个方面取得了进展：理论方面，以Rossini计算1200c以下石墨-金刚石平衡曲线为开端，合成金刚石所需要的压力温度条件逐渐趋于明朗；设备方面，在布里奇曼（P.W.Bricgiman）对顶砧的基础上，经过邦迪（F.P.Bundy）、霍尔（H.T.Hall）等人的相继努力，于1953年设计成功了年轮式（Belt）式两面顶超高压装置。在这些进展的基础上，终于在1954年12月16日，由美国的物理化学家霍尔试制成功，并于1955年在人类历史上第一次发表了可重复合成金刚石的报导。当时是利用Belt式装置，在石墨中添加含铁物质（陨硫铁），首先合成了金刚石。后来在1953年，瑞典ASEA公司的Liander和Lundblad宣称，他们早在1960年就已经在六面顶压机上使用石墨和金属碳化物成功地合成了金刚石，不过当时未予公布。继人造金刚石问世之后，不久又出现了另一种人造超硬材料———立方氮化硼。它是由另一位物理化学家温托夫（R.H.Wentorf）利用类似于合成金刚石的高压高温技术，于1957年研制成功的。立方氮化硼尚未发现天然矿藏，它的出现完全是人类的创造，现代科学技术的结晶。

天然金刚石矿藏稀少，开采困难，价格昂贵，不能满足不断增长的工业需要。这种客观需要促使人造金刚石一经问世，便在科学研究和工业生产上得到迅速发展。

自1954年研制成功之后，在静压触媒法合成金刚石的研究方面，不断取得重大进展。

1961年，Decarli与Jamieson在30 GPa冲击压力下第一次用爆炸法合成金刚石取得成功。

1962年，邦迪在 3000~4000K和12GPa以上的静压下实现了不用触媒的石墨向金刚石直接转变，并测定了金刚石、石墨与液相碳的三相点为4000K、12.5GPa。

1966年，杜邦（Dupont）在Decari等人的基础上研究成功爆炸合成金刚石的冲击-猝灭法，并投入工业生产。同年，霍尔研制成功Mega型金刚石粉末烧结体（聚晶）。

1970年，温托夫人工生长宝石级大颗粒金刚石获得成功，尺寸约6mm，重量1克拉（1克拉=0.2g）。

1972年，美国Compax型烧结体投产，开辟了制造聚晶复合体的新途径。

20世纪80年代以后，人造金刚石薄膜的研究掀起了热潮，预计本世纪初开始进入产业化阶段。超硬材料薄膜被称为21世纪的新材料。

2、金刚石的特性

金刚石是自然界中最坚硬的物质，因此也就具有了许多重要的工业用途，如精细研磨材料、高硬切割工具、各类钻头、拉丝模。金刚石还被作为很多精密仪器的部件。金刚石有各种颜色，从无色到黑色都有。多数金刚石大多带些黄色。金刚石的折射率非常高，色散性能也很强，这就是金刚石为什么会反射出五彩缤纷闪光的原因。金刚石在X射线照射下会发出蓝绿色荧光。金刚石一般为粒状。如果将金刚石加热到1000℃时， 它会缓慢地变成石墨。现在人造金刚石已经广泛用于生产和生活中，只是造出大颗粒的金刚石还很困难。

3、金刚石的粒度

数据来自河南胜创超硬材料有限公司金刚石，人造金刚石专题知识

4、金刚石衍生制品

（1）磨具

包括固结磨具、涂附磨具和松散磨具，如金刚石砂轮、砂瓦、珩磨磨石、异型 磨头、金刚石砂带、精磨丸片、研磨膏等。

（2）锯切工具

分为两类：一类是锯切花岗岩、大理石、混凝土用的圆据、带锯、排 锯、绳锯等；另一类是切割金属及半导体材料的内圆切割片和外圆切割片。

（3）钻探工具

包括地质、石油、煤炭、冶金等部门的勘探和开采用的钻头、扩孔器， 以及建筑工程套钻。

（4）切削刀具

金刚石聚晶复合片或天然大单晶制成车刀、镗刀、铣刀，用来精加工汽 车、飞机、精密机械上的非铁金属零件及塑料、陶瓷之类的非金属材料。

（5）修整工具
成型修整滚轮，修正笔，修整块。

（6）拉丝模具

金刚石聚晶制成拉丝模，拉制电线、灯丝、筛网丝等各种金属细丝。

（7）其它工具
划线刀、玻璃刀、雕刻刀、套料刀、什锦锉、量具测头、轴承、唱针、 金刚石手术刀，等等。

（8）特殊仪器元件

硬度计压头、表面粗糙度仪测头、高压腔压砧、内燃机喷嘴、大功率三 极管、红外窗口、微波器、激光器、大规模集成电路中的金刚石散热元件、 电阻温度计等。

伴随现代工业的发展，金刚石(别名人造金刚石，金刚石微粉和金刚石单晶等)蓬勃发展，衍生的金刚石制品，金刚石砂轮，金刚石聚晶，金刚石复合片，金刚石锯片等多达数十种.

参考资料：金刚石工具的分类；金刚石立方氮化硼CBN特征及粒度对照表；人造金刚石和立方氮化硼问世

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