自從人工生長金剛石獲得成功以后,人們一方面以生產(chǎn)的規(guī)模大量合成工業(yè)用金剛石,另一方面則力圖生長出優(yōu)質(zhì)的金剛石大單晶,以便滿足它在電子技術(shù)中的潛在應(yīng)用。

一、高溫高壓法人造金剛石

1954年Bundy等人利用金屬觸媒在高溫高壓條件下首次實(shí)現(xiàn)人造金剛石單晶的合成。

圖1 菱方石墨向立方金剛石的轉(zhuǎn)變

原理：

利用靜態(tài)超高壓(50～100kb，即5～10GPa) 和高溫(1100～3000°C)技術(shù)通過石墨等碳質(zhì)原料和某些金屬（合金）反應(yīng)生成金剛石，其典型晶態(tài)為立方體(六面體)、八面體和六-八面體以及它們的過渡形態(tài)。

隨著高溫高壓技術(shù)的發(fā)展，人造單晶金剛石的尺寸越來越大。

圖2 我國科研人員研制的人造金剛石

圖3 各種金剛石制品

到20世紀(jì)70年代開發(fā)的金屬燒結(jié)聚晶金剛石(PCD)，人工合成金剛石材料已經(jīng)成為自然單晶金剛石的唯一替代物

圖4 金剛石聚晶

金剛石聚晶是由金剛石微粉與少量結(jié)合劑在高溫高壓下燒結(jié)而成，具有耐磨性高，抗沖擊韌性強(qiáng)，熱穩(wěn)定性好和結(jié)構(gòu)致密均勻等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于制造石油，地質(zhì)鉆頭和機(jī)加工工具和寶石加工等。

二、低溫低壓法人造金剛石

圖5 低溫低壓合成金剛石過程示意圖

低溫低壓制備金剛石起始于1970年前蘇聯(lián)Deryagin,Spitsyn和Fedoseev等人的成功試驗(yàn)，1980年前后，日本Setaka等人驗(yàn)證了在低壓條件下非金剛石襯底上氣相生長金剛石晶體是可行的。

圖6 普通CVD法沉積金剛石膜的示意圖

低溫低壓下化學(xué)相沉積（CVD)金剛石薄膜，是當(dāng)今的一大研究熱點(diǎn)。

圖7 CVD金剛石膜

CVD金剛石膜作為切削刀具材料的有利條件是其無與倫比的硬度所導(dǎo)致的優(yōu)良組合性質(zhì):

1. 好耐磨性和其尺寸穩(wěn)定性。

2. 具有較小的摩擦系數(shù)。

3. 允許刀具承受的進(jìn)攻性機(jī)械加工溫度可達(dá)800℃。

4. 化學(xué)性能更穩(wěn)定,抵御刀具切削液的腐蝕。

圖8 金剛石砂輪修整工具

當(dāng)今CVD沉積金剛石膜選用襯底多種多樣，硅，不銹鋼，鈦基體，鈦合金，銥，鉻，鋁，銅，鉬，鎳，鉑等等多種襯底上沉積。

圖9 CVD金剛石涂層刀具

但是，目前生產(chǎn)CVD金剛石膜，作為切削刀具使用有待進(jìn)一步研究和開發(fā)。

綜上可知，高溫高壓人造金剛石與低溫低壓人造金剛石比較大致有以下的不同：

1.轉(zhuǎn)化為金剛石的碳源不同，高溫高壓時(shí)選用的是石墨等原料，而低溫低壓則是選用的甲烷，一氧化碳等碳源；

2.高溫高壓下生成的金剛石是穩(wěn)定相，而低溫低壓生成的金剛石是非穩(wěn)定相；

3.高溫高壓下合成的金剛石顆粒較大，如今高溫高下可合成尺寸較大的單晶，但是低溫低壓下尚未實(shí)現(xiàn)，低溫低壓下合成的為多晶金剛石薄膜；

4.高溫高壓的工藝相對(duì)更成熟，已有一些工業(yè)應(yīng)用，而低溫低壓尚在探索階段，但是前景廣闊。