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       我們都知道，從理論上說任何形式的碳，只要滿足熱力學和動力學條件，都可以轉化成金剛石，但工業(yè)生產中，合成金剛石的碳源材料是石墨，同時石墨還是發(fā)熱體，在高壓腔里還是受壓介質。

        那么石墨都有哪些類型呢？

        石墨包括天然石墨、定向石墨、等靜壓石墨、納米石墨、以及其他石墨。近年來我國人工合成金剛石主要采取粉末觸媒技術，碳源以天然鱗片狀石墨為主。

       我國是天然鱗片狀石墨生產大國，石墨資源豐富，儲量巨大。天然石墨純凈者很少，常含有大量其他成分，如SiO2、 AI2O3、FeO、 MgO、 CaO、P2O5、CuO等。用于金剛石合成的天然石墨需具有高石墨化度、高密度、高純度，行業(yè)內稱之為“三高”石墨。之后專家學者們又提出了“三高一大”石墨，增加了石墨晶粒大的特性。接下來我們分別簡單介紹一下：

       一、石墨化度

       石墨化度是指碳素材料的晶體結構接近于理想石墨晶體何種程度的比率，石墨化度視晶體層間的大小而定，是表示晶體完整程度的主要指標。實驗證明，石墨化程度越高的樣品，在熔融催化劑合金中的溶解度和溶解速度都越大，合成所用時間越短，生成金剛石的產量越多，這是合成金剛石的必要條件。如果石墨材料的石墨化度很低，那么其結晶就不完善，晶格缺陷就會多，很多鍵合也不牢固，分解就比較容易，石墨向金剛石轉變的晶核較多，金剛石晶體長大所需的碳原子不充分，晶體的長大得不到保障，就很難合成出好的金剛石。

       天然石墨，特別是鱗片狀石墨依礦床地域不同其石墨化度有所差異，但其數(shù)值均較高。

       二、密度及氣孔率

       從宏觀上說，氣孔率是指制品中的空隙，它們是直接影響堆積密度的空隙；從微觀上說，氣孔率是指結構缺陷，如空的晶格點，也是一種氣孔，就是這種氣孔缺陷對金剛石結晶有很大的貢獻。實踐證明，控制碳源一定的氣孔率就可以控制金剛石的成核和生長，從而控制金剛石的合成效果。

       在金剛石的合成過程中，碳源的密度越低，氣孔率越大，開口氣孔就越多，碳源與觸媒合金的接觸面也就越大，石墨與觸媒合金相互作用的機會也就越多，分散、溶解速度就越快，從而有利于石墨向金剛石的轉變。但并不能說氣孔率越大越好，因為適當提高石墨的密度，降低氣孔率，能夠減緩熔媒滲入石墨的速度，從而有利于控制金剛石晶體的成核和生長速度，并提高金剛石晶體的強度。

       在金剛石的合成過程中，高壓腔要求壓力穩(wěn)定。如果石墨氣孔率太大，高壓下引起體積的收縮就大，不利于壓力的穩(wěn)定和金剛石的生長，碳源也易混入空氣、水分等有害雜質，也不利于合成工藝的穩(wěn)定，所以要盡量降低氣孔率。

       三、純度

純度通常是指碳源材料中的灰分含量。一般認為高純石墨有助于提高金剛石晶體的生長質量，灰分致使石墨晶體缺陷。在金剛石晶體生長過程中,灰分使觸媒合金在石墨中的溶解度受到不同程度的影響，造成金剛石內部氣泡或包裹體等晶體缺陷的產生。金剛石靜壓強度隨著灰分的增加有下降的趨勢，TTI值也隨著灰分的增加而降低。因此普遍認為，生產高品級金剛石，鱗片狀石墨灰分含量應控制在50×10-6以下。

       四、粒度

       石墨晶粒越細，分散度越高，則比表面積就越大，從熱力學的角度來說就越不穩(wěn)定。這樣分散加快，溶解速度增大，有利于金剛石的轉變，所得到的晶粒數(shù)量多，但速度過快不利于粗晶粒生長。實驗表明，利用超細石墨粉作為碳原料，在合成金剛石的樣品里出現(xiàn)大量的黑色晶體，并且合成晶體的晶型差，具有大量的缺陷。所以，我們應該選擇晶粒稍粗一些的碳源石墨，適當降低熔媒中碳的濃度，控制不均勻成核數(shù)量和轉變金剛石的速度。

       老一輩專家學者們在金剛石碳源材料的探討與研究中，從原子結構及它們之間的轉化機理進行了深入的探索，選擇了多種性能各異的碳、石墨材料，進行人工合成金剛石的試驗研究，進一步探明了金剛石碳源材料應該是體積密度高、純度高、氣孔率小、石墨化程度高、石墨晶粒大的“三高一大”石墨。

       專家們在20世紀70年代初的應用研究中，又有了獨到的發(fā)現(xiàn)和見解，提出了金剛石碳源材料的“三高”特性不能是越高越好。金剛石在高溫高壓的腔體中成核、生長時，需要有一定的空間，即晶體“生長空間”理論。因此要求石墨要具有一定的氣孔率，體積密度和石墨化程度均不宜過高，石墨中允許有一些有利元素的雜質存在。

       作為人工合成金剛石的主要原材料，碳源的性能和質量將直接影響人造金剛石的合成效果，需要根據(jù)實際生產合理選擇。