工业金刚石黑暗颗粒研究

doi:10.16553/j.cnki.issn1000-985x.2025.0070

摘要/Abstract

摘要： 使用粉末触媒在高温高压条件下合成的工业金刚石中，存在少量的黑暗色金刚石颗粒。为探究黑暗色工业金刚石的形成机制，以Fe₇₀Ni₃₀粉末为触媒，高纯石墨为碳源，白云石为内衬绝缘材料，在高温高压条件下合成工业金刚石。使用光学显微镜和扫描电子显微镜进行形貌表征，对合成芯柱外侧区域进行单独处理分析黑暗色工业金刚石的分布情况，使用XRD对白云石内衬材料进行物相分析。结果表明：黑暗色工业金刚石整体占比在1%到2%，主要分布在合成芯柱的外侧区域，其外观存在坑洞和缺损面，晶型较差，内部包裹体杂质较多。XRD显示合成后的白云石内衬能够分解出CaO和CO₂。在高温高压条件下，CO₂可能与碳源反应生成CO，影响触媒与碳源之间的扩散，从而形成较多包裹体杂质，导致金刚石呈现黑暗色。

关键词: 工业金刚石; 黑暗颗粒; 高温高压; 粉末触媒; 颜色

Abstract: In industrial diamonds synthesized using powder catalysts under high temperature and high pressure conditions， there is a small number of dark diamond particles. To explore the formation mechanism of dark industrial diamonds， Fe₇₀Ni₃₀ powder was used as the catalyst， high-purity graphite as the carbon source， and dolomite as the inner lining insulating material to synthesize industrial diamonds under high temperature and high pressure conditions. The morphology of the synthesized rod was characterized using optical microscopy and scanning electron microscopy. The outer region of the rod was subjected to acid washing and purification treatment to analyze its distribution. XRD was used to analyze the phase of the dolomite lining. The results show the overall proportion of dark industrial diamonds ranges from 1% to 2%， primarily distributed in the outer regions of the synthetic core columns. Their appearance exhibits pits and defective surfaces， with poor crystal morphology and numerous internal inclusion impurities. XRD analysis reveals that the dolomite liner decomposed into CaO and CO₂. Under high-temperature and high-pressure conditions， the CO₂ may react with the carbon source to form CO， which affects the diffusion between the catalyst and the carbon source. This process leads to the formation of more inclusion impurities， ultimately resulting in darker-colored diamonds.

Key words: industrial diamond; dark particle; high temperature and high pressure; powder catalyst; colour

中图分类号:

TQ163

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图/表 8

图1 金刚石合成装置示意图

Fig.1 Schematic diagram of diamond synthetic assembly

图2 黑暗色金刚石光学图片

Fig.2 Optical images of dark diamond

图3 黑暗色金刚石SEM照片

Fig.3 SEM images of dark diamond

图4 合成芯柱单独处理示意图

Fig.4 Schematic diagram of separate processing of synthetic rods

表1 试样1金刚石粒度与黑暗色金刚石统计（质量100 ct）

Table 1 Statistics of diamond particle size and dark diamond for sample 1 （weight 100 ct）

Grain	Oversize product	Coarsness	Main grain	Fine grit	Screen underflow
Percentage of quality/%	12.5	26.6	44.8	14.3	1.8
Proportion of dark particles/%	2.7	1.0	0.48	1.7	6.8
Weight of dark particles/ct	0.34	0.27	0.22	0.24	0.12

表2 试样2金刚石粒度与黑暗色金刚石统计（质量39.5 ct）

Table 2 Statistics of diamond particle size and dark diamond for sample 2 （weight 39.5 ct）

Grain	Oversize product	Coarsness	Main grain	Fine grit	Screen underflow
Percentage of quality/%	7.1	11.8	41.1	35.8	4.2
Proportion of dark particles/%	1.6	1.0	1.6	2.6	8.0
Weight of dark particles/ct	0.05	0.05	0.26	0.37	0.13

图5 合成前、后白云石内衬SEM照片

Fig.5 SEM images of dolomite lining before and after synthesis

表3 金刚石粒度与黑暗色金刚石统计

Table 3 Statistics of diamond particle size and dark diamond

Grain	Oversize product	Coarsness	Main grain	Fine grit	Screen underflow
Proportion of dark particles/%	1.7	1.3	0.8	3.2	14.1

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