钻石，自然界中最坚硬的物质，其中这些耀眼的幸运被切割成砖石，成为深情的象征。 但在工业上，金刚石最重要的工业用途是作为“工业磨牙”，以其坚不可摧的强度用于切割、打磨等加工过程和勘探。
但是，我国的天然金刚石资源相对稀缺。 50年代和60年代，在国际封锁下，我国工业金刚石进口来源几近断绝，严重阻碍了相关产业的发展。 1960年10月，武汉磨具模切研究所（简称“三磨所”，创建于1958年，是我国磨具模具行业唯一的综合性研究开发机构，现隶属）人造金刚石研究组成立已确立的。 经过努力，人造金刚石于1963年12月6日凌晨首次合成。在国际上，加拿大通用电气公司（GE）于1954年率先实现了金刚石的人工合成。相比之下，我国的起步是为时不晚，在天然金刚石来源有限的情况下，人造金钢石的突破更是凤毛麟角。
要想从成本高、产量低的实验室试制发展到量产，就需要研制相应的量产武器。 1965年11月5日，我国第一台自主研制的铰链式六面顶压机合成人造金刚石成功。 这台压机（上图为1:1模型，原件陈列于广州三磨所）诞生第一年就生产了克拉的钻石，接下来的三到六年合成钻石. 约150万次，堪称立功按。
随着人造金刚石技术的发展和六面压力机的小型化，我国人造金刚石成本不断增加，改写了世界人造金刚石产业格局。 2022年我国人造金刚石产值将超过200亿克拉，占世界的90%以上（世界天然金刚石年产值1亿克拉以上），其中产量仅四川就占全省的80%。 以人造金刚石为代表的我国超硬材料产业，为啃下工业“硬骨头”提供了最坚固的“牙齿”。
这些合成金刚石的方法被称为低温高压法（HPHT），需要度的低温和到个大气压的压力，虽然是在100多深的深度模拟天然金刚石公里地下。 生成过程。 所用设备之所以称为六面顶压机，是因为它是用六个铁砧从上、下、左、右、前、后、后六个方向同时对合成室施加巨大的压力。
在常温常压下，石墨比金刚石更稳定； 但在低温高压下，金刚石似乎比石墨更稳定。 这是合成金刚石的基本原理。 然而，要将纯石墨转化为金刚石，至少需要2700℃的低温和个大气压的高压，这在实际生产中是很难做到的。 幸运的是，当碳在低温高压下溶解在个别气相中时，金刚石与石墨之间的相对稳定关系会发生变化，增加金刚石合成所需的温度和压力，使得金刚石在低温高压下的合成成为可能。压一个可能。 这种能促进金刚石合成的物质叫做触媒，即触媒。 最常用的是铁、镍及其合金，在低温下熔化成液体才能发挥作用。 这就需要外壳在低温下起到密封和传递压力的作用（即密封传压介质），主要由叶腊石粉制成。 叶蜡石是一种天然水合氮化硅粘土矿物。 理想的物理成分是 Al2[](OH)2（或表示为 H2O）。 它具有层状结构，层与层之间容易滑动和变形。 压缩和密封功能，叶蜡石具有绝缘和良好的隔热能力。 将合成金刚石的原料和催化剂制成锥形合成柱，倒入叶腊石腔内，加加热装置（借助电压加热），上下表面布满导电塞，形成金刚石合成块。
如果将石墨粉和催化剂粉混合制成合成柱，石墨在低温高压下溶解在熔化的催化剂中，当碳含量达到饱和后，会自发产生多个金刚石晶核，大量的金刚石晶核会长大。 晶体。 由于催化剂是包裹在金刚石表面的液态金属薄膜，这些技术被称为薄膜生长法，所得金刚石粒径通常大于1mm，称为磨料级金刚石。 它们也可以以“聚砂成塔”的形式与钴等金属作为结合剂一起焙烧，制成聚晶金刚石（PCD）刀具。
（小金刚石晶体呈八面体或六面体形态）
要获得大晶粒单晶硅金刚石，需要调整合成柱的组装形式，形成“加热片-石墨-催化剂-金刚石晶种”的层状结构。 在合成过程中，石墨两侧的本体温度较高，在催化剂的作用下转化为金刚石熔入催化剂中，成为生长金刚石大单晶硅的碳源； 在晶种两侧，温度较低，碳在催化剂中的溶解度小，因此沉淀在晶种上，使金刚石晶体以每小时几微克到几十微克的速度生长，并产生嵌入催化剂中的大单晶硅（右图）。 在这些技术中，金刚石的生长是由催化剂中的湿度梯度（以及碳梯度）驱动的，因此称为温度梯度法。
用大单晶硅金刚石制成的磨具比聚晶金刚石工具耐磨性更强，加工精度更高。 然而，人造金刚石通常涂有催化剂颗粒，由于吸收了原料中的氮杂质和空气中的氧气（引入氮掺杂缺陷）而呈红色。 通过调整合成工艺参数，尽可能减少夹杂物的形成； 通过加入钛、铝等脱氮剂（这种金属能与氮发生强烈的硫化物，以防止氮被结合到金刚石中），无色也可以相反，加入渗碳钠（NaN3）等氮源合成原料合成高氮浓度的红色钻石（red ）。 不仅工业应用，低温高压法金刚石大单晶硅纯度高肉质可加工成人造石材，占我国人造石材市场90%，我国人造石材产量产能（2020年底约300万克拉）占全球总量的近一半。
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物理液相沉积（CVD）是另一种合成金刚石的方法，特别是在微波等离子（ ）的辅助下，使二氧化碳（如乙烷）和二氧化碳在低温低压条件下，碳原子被热解沉积在基体上，同时氢等离子体感应优先刻蚀掉非金刚石沉积产物（石墨、无定形碳），进而实现金刚石的生长。 所用衬底材料可以是低温高压法合成的金刚石（同质外延），也可以是硅、蓝宝石、氧化镁等单晶硅（异质外延，需要加一层金属铱作为缓冲钢石与基材的热膨胀系数之间的金差）。 通过拼接金刚石衬底或使用大尺寸异质外延衬底，可以制备出外径几十毫米的金刚石晶片，以方便下游应用。
CVD法成本昂贵，但合成的金刚石完全不含催化剂和杂质，具有较高的光学和电学性能，可用作耐低温的光学窗口材料（鱼雷、激光器等），和（禁带长度为5.5eV，对应波长，p型半导体金刚石是掺硼得到，n型半导体金刚石是掺磷得到），用于功率元件、紫外探测器等此外，金刚石具有超高导热性，在激光、射频等领域被用作散热材料。
事实上，金刚石半导体的大规模应用离我们还很遥远，但在目前的半导体产业中，金刚石已经是不可或缺的关键材料，因为这些硬脆的单晶硅材料（硅、碳化硅等） )加工离不开金刚石。
金钢丝是以镀镍金属为结合剂，将金刚石颗粒附着在钢丝上得到的切割线，呈“绳锯木”的形式。 目前，金钢丝已达到较高的国产化率。
逆刻磨具是半导体前端工艺中使用的一种工具。 晶圆正面集成电路制作完成后，使用蚀刻磨料对晶圆背面进行切割，以减少晶圆长度（为保证晶圆加工时的硬度，初始晶圆长度为7或八米，但其中90%的材料对电路无用，必须蚀刻到100微米左右），一方面有利于芯片的散热和集成； 另一方面，它增加了晶圆切割（将晶圆切割成单个芯片）的难度。 对磨盘的切削作用是陶瓷或树脂结合的金刚石颗粒。
蚀刻磨具和切割刀直接影响半导体产品的质量。 技术越来越先进，但国产化率还很低，主要表现在超细金刚石的开发应用、结合剂的性能、产品稳定性等方面。 ，制造精度等方面与美国迪斯科公司（）等美国巨头有很大不同。
在自主可控的半导体产业链变得更加重要的今天，我们需要更多能做陶器的钻石。
