第3章　静压催化剂法合成金刚石

人工合成金刚石的方法有很多种，由于金刚石是碳在高温高压下的稳定相，可以根据合成区域分为在金刚石热力学稳定区的合成和在亚稳区的合成，前者即高温高压（High Temperature High Pressure，HTHP）合成，后者是指在常压

或低压（低于常压）下生长金刚石，如图3-1所示。对于HTHP合成方法，根据压力来源，又可以分为静压法和动压法。静压法一般采用石墨为原材料，利用高温高压发生装置，在反应腔体中产生石墨-金刚石相变所需的温度和压力，使石墨转化成金刚石[1～5]。由石墨直接向金刚石转变称为静压直接转变法[2～4]，所需要的压力和温度条件都很高，一般需要10GPa、3000K以上的压力和温度。如果有金属催化剂（如Fe、Ni、Mn、Co等以及它们的合金）的参与，石墨相变为金刚石所需要的条件将大大降低。这种使用金属作为催化剂催化相变过程的称为静压催化剂法。利用爆炸、强放电及高速运动物体的冲撞等方法产生冲击波，获得瞬时高温高压合成金刚石，称为动压法，包括爆炸法、液中放电法等。低压合成金刚石是在金刚石的亚稳区石墨稳定区进行的，使用最多的是化学气相沉积，即采用含碳气体为碳源，通过不同能量形式使其分解，碳原子沉积到基体上获得金刚石，多用于生长金刚石薄膜；物理气相沉积则采用固态碳源，在较低的温度下，通过高能粒子轰击，局部达到金刚石生长条件，获得金刚石。其他还有常压高温合成及气固液相外延生长等低压合成方法。

目前在工业生产方面应用最普遍的是静压催化剂法合成金刚石。静压催化剂法是传统的高温高压合成法，即利用两面顶或六面顶压机，使反应腔体中产生5～10GPa的压力和1273～2273K的温度，在金属（催化剂）的催化作用下，使石墨转化成金刚石。

静压法主要用于磨料级金刚石和宝石级金刚石的合成。