第三节 原子晶体与分子晶体一、大自然赐予人类的礼物金刚石是一种矿物，早在公元前 1000 年，人们就发现并知道金刚石很硬,“金刚石”的英文名 diamond,源于阿拉伯字“almas”(“最坚硬 的”)。长期以来，她无论是在科学家还是在普通老百姓心目中都占据着重要地位。一直以来，人们都热衷于收藏各式各样的钻石（加工过的金刚石），因为精美华丽的钻石不仅是富贵的象征，更是权利和地位的象征，所以，钻石的价值早已超出了它的实际价格。科学研究揭示，由碳元素组成的金刚石，竟与自然界最软的物质石墨同宗同祖，只是结构即晶体内原子排列不同。30 亿年前，在地壳下面150 千米或更深的地幔中,处在高温高压岩浆中的碳，被锤炼成一种特殊结构的、呈八面体等外形的晶体。火山爆发时，它们夹在岩浆中，上升到接近地表时冷却，形成含有少量钻石的原生矿床——金伯利岩。自然界中天然钻石少之又少，大颗粒钻石 更是凤毛麟角。一般说来,人们从 1 吨金刚石砂矿中，只能得到 0.5 克拉钻石,所以它们远不能满足人们日益增长的需求。二、金刚石人工合成的艰辛而漫长里由于金刚石具有上述优异性能和用途，加之在自然界中储量极少,开采极为困难,从古到今,金刚石一直被称为“贵族材料”。人们很早就尝试以人工合成来补充天然储量的不足。（一）高温高压法合成金刚石1796 年，S.Tennant 将金刚石燃烧成 CO2，证明金刚石是由碳组成的。后来又知道天然金刚石是碳在深层地幔经高温高压转变而来的，因此人们一直 想通过碳的另一同素异形体石墨来合成金刚石。从热力学角度看，在室温常压下,石墨是碳的稳定相,金刚石是碳的不稳定相；而且金刚石与石墨之间存在着巨大的能量势垒。要将石墨转化为金刚石，必须克服这个能量势垒。根据热力学数据以及天然金刚石存在的事实，人们开始模仿大自然的高温高压条件将石墨转化为金刚石 的研究，即所谓的高温高压(HPHT)技术。早期合成金刚石的想法始于 1832 年法国的 Cagniard 及后来英国的 Hanney 和 Henry Moisson。但直到 1953 年,瑞典的 Liander 等人才通过 HPHT 技术首次成功地合成了金刚石，接着美国 GE 公司的 F.P.Bundy 等人利用 此法也得到了人造金刚石。他们把石墨与金属催化剂相混合，通常使用 Fe、Ni、Co 等金属作催化剂，在约 1300～1500k 和 6～8Gpa 的压强下得到 了金刚石。并于 60 年代将 HPHT 金刚石应用于工具加工领域。不用催化剂合成金刚石的实验在 1961 年获得成...
