■中国地质科学院郑州矿产综合利用研究所 郝小非
金刚石,硬度之王,非金属矿产的瑰宝,性能卓越。它不仅硬度极高,在声、光、电、磁、热方面表现也极为出色。作为新材料之王,金刚石在信息技术、地质勘探、石油开采、航空航天等多个领域大显身手,是国家战略性新兴产业中的重点产品。
70年前,新中国工业急需金刚石。面对天然金刚石短缺和技术封锁,1960年,我国毅然启动人造金刚石项目。1963年,成功合成首颗人造金刚石。1966年,实现批量生产,年产1万克拉。至2023年,产量已突破250亿克拉,占全球产量的95%以上,不仅自给自足,还大量出口。从深地钻探到航空航天,从新能源到芯片制造,人造金刚石无处不在,助力中国推动工业化进程。
金刚石是由纯度较高的石墨在高温高压下,经过化学键断裂与重组合成的;两者是同素异性体,石墨是六边形层状结构,金刚石是立方晶体结构;但由于晶体结构不同,所以化学性质也不同。
合成金刚石,传压密封介质至关重要。叶蜡石基复合材料是传压密封介质的首选,难以替代。它影响工艺参数调整,更关乎金刚石的颜色、产量和质量。我国叶蜡石资源丰富,但能满足传压密封使用要求的却极少。
金刚石合成步骤:将叶蜡石粉碎压制,制成传压密封介质块;再装入石墨粉和金属触媒组成的石墨柱;放入六面顶压机,高温高压反应15~20分钟,工业级金刚石就诞生了;虽然合成步骤不复杂,但每一个细节都蕴含着极难的技术攻关,决定着最终产品的性能。
合成金刚石历程,离不开多领域的老一辈科学家无私奉献、艰苦探索。他们联合攻关,团结协助,勇于担当,不畏艰难,反复试验,不断改进,最终取得成功。这是科学家精神的生动体现,也是一代代科学家薪火相传的结果。
这就是工业金刚石的合成之旅,凝聚着科学家的智慧和汗水,彰显着科技的魅力和力量。