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金剛石拉絲模具原材料的發展歷史
       18世紀末,人們發現身價高貴的金剛石竟然是碳的一種同素異形體,從此,制備人造金剛石就成為了許多科學家的光榮與夢想。 一個世紀以后,石墨 —— 碳的另一種單質形式被發現了,人們便嘗試模擬自然過程,讓石墨在超高溫高壓的環境下轉變成金剛石。為了縮短反應時間,需要2000℃高溫和5.5萬個大氣壓的特殊條件。
 
       1955年,美國通用電氣公司專門制造了高溫高壓靜電設備,得到世界上第一批工業用人造金剛石小晶體,從而開創了工業規模生產人造金剛石磨料的先河,他們的年產量在20噸左右;不久,杜邦公司發明了爆炸法,利用瞬時爆炸產生的高壓和急劇升溫,也獲得了幾毫米大小的人造金剛石。
       金剛石薄膜的性能稍遜于金剛石顆粒,在密度和硬度上都要低一些。即便如此,它的耐磨性也是數一數二,僅5微米厚的薄膜,壽命也比硬質合金鋼長10倍以上。我們知道,唱片的唱針在微小的接觸面上要經受極大的壓力,同時要求極長的耐磨壽命,只要在針尖上沉積上一層金剛石薄膜,它就可以輕松上陣了。如果在塑料、玻璃的外面用金剛石薄膜做耐磨涂層,可以大大擴展其用途,開發性能優越又經濟的產品。
更重要的是,薄膜的出現使金石的應用突破了只能作為切削工具的樊籬,使其優異的熱、電、聲、光性能得以充分發揮。金剛石薄膜已應用在半導體電子裝置、光學聲學裝置、壓力加工和切削加工工具等方面,其發展速度驚人,在高科技領域更加誘人。
      用人工方法使非金剛石結構的碳轉變為金剛石結構的碳,并且通過成核和生長形成單晶和多晶金剛石,或把細粒金剛石在高壓高溫下燒結成多晶金剛石。這是高壓研究在生產上得到應用的一個重要實例。
從熱力學觀點出發,決定石墨等非金剛石結構的碳質原料能否轉變成金剛石的相變條件是后者的自由能必須小于前者。這種相變過程是在高壓、高溫或者還有其他組分參與的條件下進行的。一定的壓力、溫度和組元濃度等可以使系統的內能發生變化,從而使價電子可處能級的統計權重發生相應的變化。這就可能出現電子轉移和組成新的鍵合狀態的電子結構,即發生了相變。如果系統中能量變化有利于在固體中發生這種電子結構的變化,則高壓高溫相變發生在固態,否則就可能發生在熔態或汽態。在熔體中發生這種變化的條件是,鍵合特征的價電子分布的統計權重相應降低,遠程有序的作用趨于消失,原子配位數發生變化;而電子處于激發態的統計權重趨于增大,近程有序作用相應增強。氣體中發生這種變化的條件是,單質原子間或化合物的鍵合分子間的電子能級趨于消失,所有的電子轉移到單原子或分子能級上去,這樣,電子處于激發態的統計權重更為增大。因此,人造金剛石可以在固態,也可在熔態和汽態條件下進行,這取決于壓力、溫度和組元濃度等因素引起系統內能的變化情況。從動力學觀點出發,還要求石墨等碳質原料轉變成金剛石時具有適當的轉變速率。在金剛石成核率和生長速率同時處于極大值時的相變速率最大。
自18世紀證實了金剛石是由純碳組成的以后,就開始了對人造金剛石的研究,只是在20世紀50年代通過高壓研究和高壓實驗技術的進展,才獲得真正的成功和迅速的發展。人造金剛石的具體方法多達十幾種。按所用技術的特點可歸納為靜壓、動壓和低壓等三種方法。按金剛石的形成特點可歸納為直接、熔媒和外延等三類方法。圖表示碳的壓力-溫度(□-□)相圖和三種方法人造金剛石的實驗區。1區為直接法人造金剛石的實驗區,2區為熔媒法人造金剛石的實驗區,3區為外延法人造金剛石的實驗區。

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