人类对碳的认识

过程，指出金刚石必须在高温高压下形成，而且从金刚石的性质考虑，它们可能是在液体中形成的，或者至少是在柔韧的环境下形成的。1892年，法国化学家弗里德尔（Friedel,C.1832-1899）向法国科学院提出的报告中，介绍他从美国亚利桑那洲发现的陨石中找到了许多微细的金刚石。于是莫瓦桑又研究陨石和陨铁，发现其中除含有金刚石以外，还含有石墨和无定形碳。
　　
　　他还研究了南非和巴西含有金刚石的岩石，也发现了石墨，同时还发现金刚石矿物中含有铁。经过这些研究，莫瓦桑产生了这样的推论：石墨和无定形碳可以作为人造金刚石的原料；金刚石是在含铁的环境下形成的，它可能从含碳的铁中结晶出来。于是他采用这样的方法：在电炉中将石墨坩埚里的金属铁加热，使它熔化，而且使熔化的铁为碳所饱和。然后把熔化的铁倾之冷水中，含碳的铁在固化时会象水变成冰时一样发生膨胀，在迅速冷却过程中，含碳的铁总是外层金属先固化，等到内部金属开始固化时，就会在金属内部产生高压。在这种条件下，一部分碳就结晶成黑色的金刚石。然后用不同的酸处理固化的铁块，除了金刚石以外，其它的物质都被溶解，最后只留下黑色的金刚石。1893年2月6日，莫瓦桑向科学院报告了初步试验的结果，引起了各方面的轰动。第二天各种报刊都在头版用大号字体登出了莫瓦桑的名字。一进有人作了各种预言，有的人则盘算着能赚多少钱。一股人造金刚石的狂热震撼了世界。百万富翁焦急不安，因为人造金刚石一旦投入生产，就会使他们破产。而那些没有金刚石的人则梦想自己也能很快地制造出各式各样的金刚石。然而，这一切都跟实际情况有很大的距离。以后虽然改进了实验设备，摸索出不少新的方法，提高了原料的用量，但是并没有得到令人满意的结果。人造金刚石不仅颗粒小，而且色泽深暗。那时有一颗最大的接近无色的小晶体，其直径还不足一毫米。可是人们却把它作为最贵重的珍宝收藏在罗浮宫里，并命名为“摄政王”，使它跟宫里的那颗世界上最大的金刚石──库林南相媲美。库林南是1905年在南非发现的，重621.2克，体积为10×5×6立方厘米。
　　
　　直到1955年，化学家本迪（Bundy,F.P.）等用镍等金属为催化剂，使用2000℃和7万大气压下的设备，使石墨转化为金刚石的试制成功。美国电气公司于1957年、瑞典通用电气公司于1962年投入工业生产。此后，美国通用电气公司应用晶种的触媒法，以金刚石粉为碳源溶解于熔融金属铁镍之中，借助反应室中适当的温度梯度，把碳输送到高压釜反应室中温度较低处的金刚石晶种上，并在晶种上沉积出晶层。这种方法在大约6万大气压和1500℃温度下，几天之内长出0．2克左右的宝石级优质人造金刚石。在70年代，有采用爆炸法生产金刚石。这种方法是利用ＴＮＴ和黑索金等炸药引爆后产生强烈的冲击波和在几微秒的瞬间产生的几十万大气压及高温使石墨转化为金刚石。此外还有气相法、液向外延生长法、气相固相外延生长法、常压高温生产金刚石的。由于天然金刚石不能满足工矿业的需要，人造金刚石的世界年产量逐年都在增长。据统计，1967年为2.4吨，1968年为4.4吨，1969年已达到6.0吨。

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