1、为什么说粉末触媒会逐渐取代片状触媒？

在金刚石人工合成技术的历史进程中，人们首先是用金属粉降低了金刚石合成的温度和压力，从而发明了人造金刚石生产的新技术；而后采用片状触媒获得了较粗颗粒的工业用人造金刚石；在相当一段时间内，人们采用粉末触媒合成细颗粒人造金刚石。直到20世纪80年代末期，德国Winter公司成功地在两面顶超高压装置上开发出粉末触媒合成粗颗粒高强度金刚石的工艺，实现了粉末触媒工业化生产高品级金刚石的突破。由于粉末触媒合成金刚石具有单产高、质量好、原辅材料消耗小等优点。20世纪90年代以来，DeBeers公司与G.E.公司均采用粉末触媒进行高品级金刚石的生产，并垄断了高档金刚石的国际市场。由于金刚石的巨大商业价值，有关的技术一直未公开。

近年来我国金刚石行业正在进行粉末触媒及其金刚石合成工艺的研究开发，粉末触媒和石墨合成金刚石在质量、产量和硬质合金消耗等诸多方面均具有明显优势，将成为我国金刚石行业走出低谷、跨上新台阶的重要途径。合成金刚石常用的触媒材料主要有镍基、铁基和钴基合金。钴基触媒催熔性好，但价格昂贵，国内很少使用。镍基触媒合成金刚石产量稍低，但所得金刚石晶形好，晶体内部杂质少、磁性弱，具有较高的抗压强度；铁基触媒活性大，合成单产高熔碳能力强，合成参数也较好。目前，国内普遍使用的片状NiMnCo触媒，粗颗粒、高强度金刚石产出率极低，而且无法合成静压密度20kg以上的金刚石。触媒的形态对合成金刚石的性能和产量有很大影响，粉末触媒克服了片状触媒成材率低的弊端，粉末触媒与片状触媒相比具有更大的表面积。例如Φ23mm的合成腔体，采用0.3mm的片状触媒，表面积mm2,而采用相应粉末触媒，表面积可达mm2；其次粉末触媒和石墨粉料可充分混合，接触（反应）面积大，可大幅度提高合成单产，有利于粗颗粒、高强度金刚石生成，而且采用Fe替代Ni制备Fe基触媒有利于大幅度降低触媒的成本，如过去所用的触媒金属含Ni、Co等国内资源较少的原料，而粉末触媒（尤其是Fe基触媒）含有70%左右的Fe,这既解决了资源缺乏的问题，也大大地降低了生产成本。

2、为什么说FeNi粉末触媒合成的金刚石具有良好的热冲击性能？

金刚石的热冲击强度的降低主要是由于晶体内部存在金属包裹体所致，由于金属的热膨胀系数远远大于金刚石的热膨胀系数，晶体在合成中生成的金属包裹体在高温时受热膨胀，将在晶体内部产生很大的应力，导致大量新缺陷的产生；在高温条件下，缺陷自身也会发生移动、长大的现象，最终导致金刚石破碎。而FeNi粉末触媒合成的金刚石晶体内较为纯净，包裹体总量不多，分布较为细小弥散，无气泡出现，因此具有良好的热冲击性能。

3、为什么采用粉末触媒合成金刚石时金刚石品级和晶型完整率提高了？

这是因为：

①采用粉末触媒合成的金刚石温度场、压力场均匀，有利于金刚石形核生长。

②粉末触媒与石墨混合合成金刚石，能保证金刚石生长过程中有足够的碳源，且碳的供给是从三维方向提供，所以金刚石在空间三维生长，提高了金刚石的对称性和晶形完整性，有利于获得粗颗粒、高强度金刚石。

4、粉末触媒合成工艺特点是什么？

最具特色的工艺特点是：

(1)暂停时间长。一般片状触媒的暂停时间为23~35s,用较长时间的也仅用到50~60s,在大腔体上也仅用到60~80s。而在粉末触媒合成工艺中，一般都要用到s左右，而且暂停时间一且变短，合成效果马上就变差。

(2)两次（或多次）合成压力。粉末触媒合成工艺使用合成压力一般都取两次（或多次）。即初始合成压力和终止合成压力。

参考资料：

1、郑州千磨

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