1910 年布里奇曼設(shè)計(jì)出壓強(qiáng)達(dá)2 萬(wàn)公斤/厘米2 的高壓裝置。1953 年美國(guó)通用電氣公司在他的裝置基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)一種高壓裝置并利用它在1955 年首次合成了金剛石。這種方法也就成為傳統(tǒng)的人造金剛石的生產(chǎn)方法。
六面頂壓機(jī)生產(chǎn)工藝：
以六面頂壓機(jī)及工藝技術(shù)生產(chǎn)人造金剛石PCD和立方氮化硼PCBN，是我國(guó)具有完全知識(shí)產(chǎn)權(quán)、不同于其他各國(guó)的創(chuàng)新成果，是幾代中國(guó)科學(xué)家和廣大工程技術(shù)人員智慧的結(jié)晶，是我們國(guó)家超硬材料行業(yè)的驕傲！六面頂壓機(jī)及其工藝方法以令兩面頂方法為榮的發(fā)達(dá)國(guó)家科技人員刮目相看！物美價(jià)廉的六面頂壓機(jī)及其生產(chǎn)超硬材料的獨(dú)特方法已能經(jīng)濟(jì)地生產(chǎn)出世界先進(jìn)水平的產(chǎn)品，逼著他們不得不引進(jìn)中國(guó)的六面頂壓機(jī)進(jìn)行研究和生產(chǎn)。
經(jīng)過(guò)半個(gè)世紀(jì)的發(fā)展，金剛石生產(chǎn)工藝又有了許多新的突破，現(xiàn)簡(jiǎn)要介紹如下：
低壓氣相沉積（ＣＶＤ）技術(shù)取得重大進(jìn)展
該方法包括熱絲CVD和等離子放大CVD，是令CH4/H2，CH4/N2和CH4/Ar等能提供碳原子的氣體，在低壓及高溫的條件下，在合適的的底物(如Si, c-BN, SiC,Ni, Co, Pt, Ir and Pd等)上進(jìn)行沉積，從而獲得高性能，高純度的金剛石薄膜。下圖為微波等離子放大CVD的設(shè)備示意圖：
用C60 生產(chǎn)金剛石薄膜
據(jù)英國(guó)《新科學(xué)家》1994 年7 月30 日?qǐng)?bào)道，美國(guó)伊利諾伊阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的迪特爾·格倫（Dieter Gruen）發(fā)明了用C60 生產(chǎn)金剛石薄膜的技術(shù)，該方法可以說(shuō)是對(duì)CVD 方法的改進(jìn)。
CVD 法生產(chǎn)的金剛石薄膜生長(zhǎng)速度往往較慢，并且會(huì)含有少量的氫，而氫會(huì)使金剛石的四方晶體變形，從而會(huì)損害金剛石薄膜的有用性能。格倫的新方法是在氬氣保護(hù)下，用兩個(gè)碳電極之間的電弧高溫產(chǎn)生含C60 分子的煙塵，然后對(duì)煙塵施加微波放電，通過(guò)放電使C60 中碳原子對(duì)破壞，然后碳原子再連接成雙碳二聚物，這種雙碳二聚物的特點(diǎn)是能快速的和工具或光學(xué)元件等表面結(jié)合，形成沒(méi)有氫原子的接近于純金剛石的膜。
這個(gè)膜的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是金剛石的晶體比用傳統(tǒng)的甲烷和氫氣混合物方法生產(chǎn)的金剛石晶體小的多，晶體是有序的納米尺寸的晶體，因此形成的膜非常光滑。而用富含氫的甲烷混合氣體生產(chǎn)的晶體是微米級(jí)的晶體。
用甘蔗酒精作原料生產(chǎn)合成金剛石
據(jù)巴西郵報(bào)的披露，在世界上巴西首次用甘蔗酒精作原料生產(chǎn)出了人造金剛石，該項(xiàng)目有圣保羅州坎皮納斯市大學(xué)電氣工程學(xué)院實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)研制。支持此項(xiàng)目研究的單位有巴西航天研究院等有關(guān)單位。
以甘蔗酒精作原料生產(chǎn)合成金剛石，是在一個(gè)特殊的反應(yīng)設(shè)施里進(jìn)行的，通過(guò)控制壓力和溫度（約700 度），乙醇和氫在反應(yīng)設(shè)施里形成環(huán)流，加氟，乙醇被分裂成碳微粒，形成金剛石和石墨。氫和石墨發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，金剛石便附在硅片上。用化學(xué)方法從硅片上取下金剛石。在反應(yīng)設(shè)施中，金剛石每小時(shí)生長(zhǎng)10μm，用1/10L 酒精即可生產(chǎn)20g 金剛石。目前用此技術(shù)生產(chǎn)的金剛石純度很高，熱導(dǎo)率和強(qiáng)度高、摩擦系數(shù)低，具有天然金剛石的特點(diǎn)。巴西研究人員還計(jì)劃從化學(xué)角度著手，改造工藝，把金剛石的生長(zhǎng)溫度從目前的700度降到150 度，如成功，可使金剛石附在塑料上，生產(chǎn)一種金剛石塑料玻璃。這種玻璃具有堅(jiān)固、不產(chǎn)生劃痕的優(yōu)點(diǎn)。
氧－乙炔火焰法合成金剛石
1988 年日本學(xué)者廣瀨洋一等首次使用氧－乙炔火焰法合成了金剛石。該方法設(shè)備簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)實(shí)用，生長(zhǎng)速度快，可比傳統(tǒng)的熱絲CVD 和微波等離子CVD 高出兩個(gè)數(shù)量級(jí)。
圖2 火焰法設(shè)備示意圖
設(shè)備結(jié)構(gòu)以圖2 為例，采用工業(yè)上用的氧氣和乙炔作氣源，通過(guò)兩個(gè)流量計(jì)分別調(diào)節(jié)它們各自的流量，然后按一定比例進(jìn)入一工業(yè)焊槍?zhuān)r底材料（如硅片、鈦片等）放在放在焊槍下方通冷卻水的銅支座上，襯底溫度可用光測(cè)高溫計(jì)或熱電偶測(cè)量，一般襯底溫度控制在650 度到1050 度，通過(guò)調(diào)節(jié)焊槍上的氧氣閥和乙炔閥可控制它們各自的流量及它們的流量比。
低溫還原CO2 合成金剛石
國(guó)際化學(xué)界權(quán)威學(xué)術(shù)刊物《美國(guó)化學(xué)會(huì)志》發(fā)表了中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)陳乾旺教授領(lǐng)導(dǎo)的研究組的論文《低溫還原二氧化碳（ＣＯ２）合成金剛石》。論文介紹了他們?cè)谌斯ず铣山饎偸淬@石）方面取得的重大突破——在４４０℃的低溫條件下以ＣＯ２為碳源成功地合成了２５０微米的大尺寸金剛石。
金剛石燃燒可變成ＣＯ２，而中國(guó)科大科學(xué)家的工作則首次實(shí)現(xiàn)了從ＣＯ ２到金剛石的逆轉(zhuǎn)變，預(yù)示著二者間碳循環(huán)存在著未知的內(nèi)在規(guī)律。該成果在國(guó)際上引起了極大反響。英國(guó)《新科學(xué)家》、美國(guó)《切割工具工程》和意大利、法國(guó)、德國(guó)等傳媒紛紛對(duì)此進(jìn)行了報(bào)道，評(píng)價(jià)其為“廢氣中產(chǎn)生的寶石思想”、“從溫室氣體中收獲鉆石”、“金剛石來(lái)源于稀薄空氣”。
陳乾旺教授和他的同事們研制高壓反應(yīng)釜進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，用安全無(wú)毒的二氧化碳作原料，使用金屬鈉作為還原劑，在４４０℃和８００個(gè)大氣壓的條件下，經(jīng)過(guò)１２小時(shí)的化學(xué)反應(yīng)，終于成功地將ＣＯ２還原成了金剛石。ＣＯ２轉(zhuǎn)化金剛石的產(chǎn)率達(dá)８．９％，在顯微鏡下，人們可清晰地看到所生成的美麗晶體。目前，已能生長(zhǎng)出１．２毫米的金剛石，有望達(dá)到寶石級(jí)。
用炸藥爆轟合成納米金剛石粉
用炸藥爆轟合成納米金剛石粉,是20 世紀(jì)80 年代末期發(fā)展起來(lái)的制備納米級(jí)粉體的一種新方法。通常的做法是:用混合炸藥在充有保護(hù)介質(zhì)的密閉容器中爆轟,得到的產(chǎn)物是納米金剛石和非金剛石相碳的混合粉,通過(guò)化學(xué)提純、干燥等工藝除去非金剛石碳而得到納米金剛石粉。
炸藥爆轟法制備納米石墨粉并在高壓合成金剛石
納米顆粒的粉料具有尺寸小、比表面積大、量子尺寸效應(yīng)等特性,它對(duì)光、機(jī)械應(yīng)力、電的反應(yīng)完全不同于常規(guī)尺寸的結(jié)構(gòu)顆粒,從而使納米材料的理化性質(zhì)發(fā)生根本變化,具有常規(guī)晶體材料所不具備的奇異或反常的物理、化學(xué)性質(zhì).故用納米石墨高壓合成金剛石將具有重要意義.目前西安交通大學(xué)金屬材料強(qiáng)度國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的研究工作已取得初步進(jìn)展,用納米石墨作碳源,在國(guó)產(chǎn)6×1200ｔ鉸鏈?zhǔn)搅骓攭簷C(jī)上,選用Ｆｅ粉觸媒,在5 1ＧＰａ和1250—1330Ｋ的條件下,合成出顆粒尺寸在5—15μｍ左右、呈球狀或塊狀的金剛石。
他們以純梯恩梯(ＴＮＴ)為轟爆劑,ＣＯ2 為保護(hù)氣氛，爆轟前,將爆炸容器內(nèi)抽成真空(約為200Ｐａ),充入ＣＯ2 氣體到105Ｐａ.點(diǎn)火引爆藥柱,獲得納米石墨粉。然后在六面頂壓機(jī)中用納米石墨粉在Ｆｅ粉觸媒的作用下進(jìn)行金剛石的高壓合成實(shí)驗(yàn).實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,約在1250—1330Ｋ的范圍內(nèi),有金剛石顆粒生成,顆粒尺寸為5—15μｍ,呈球狀或塊狀.這一合成溫度比用普通石墨合成金剛石的溫度低約300Ｋ。
與普通石墨粉相比,納米石墨粉具有大的比表面積、較小的顆粒尺寸,這樣納米石墨粉和觸媒合金有較大的接觸面積.納米石墨的表面原子狀態(tài)與普通石墨內(nèi)部原子狀態(tài)相比活性更高,而其表面原子數(shù)量遠(yuǎn)比普通石墨多.納米石墨粉的這些特點(diǎn)都有可能使合成金剛石的條件發(fā)生改變.從我們的實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)看,用納米石墨粉合成金剛石,使合成溫度降低,這對(duì)節(jié)約合成人造金剛石原材料與能源、降低設(shè)備技術(shù)要求等都具有重要意義
隨著世界科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展，人造金剛石的工藝不斷更新，人造金剛石工業(yè)在世界范圍內(nèi)受少數(shù)國(guó)家（公司）壟斷的時(shí)代已經(jīng)過(guò)去，生產(chǎn)布局向多極化方向發(fā)展，亞洲將成為新世紀(jì)初期人造金剛石工業(yè)發(fā)展“熱點(diǎn)”地區(qū)。進(jìn)入２１ 世紀(jì)，建材、地質(zhì)、石油天然氣、機(jī)電、汽車(chē)等行業(yè)都將需要大量的金剛石，人造金剛石市場(chǎng)需求將更加旺盛，前景更加輝煌。