我校与中南杰特合作在合成大尺寸纳米多晶钻石方面实现突破

金刚石以其优异的性能在现代制造业中发挥着重要的作用，被广泛应用于航天军工、电子机械、精密制造、石油开采、高速铁路、地质勘探、矿物采掘等关系国计民生的各个领域。目前，生产上采用触媒法合成金刚石，生产工艺繁琐且污染环境，要合成大尺寸单晶需要的周期长。无触媒直接转化合成大尺寸纳米多晶钻石的周期短，纳米多晶钻石可以克服单晶金刚石的各向异性而具有更高的断裂韧性，且硬度高于单晶金刚石，被称为新一代超硬材料。

日前，我校材料科学与工程学院王海阔博士与郑州中南杰特超硬材料有限公司张奎研发团队合作，采用微米晶石墨与非晶碳为初始材料，在超高压高温条件下实现了无触媒参与下不同碳源 100% 转化为大尺度纳米多晶钻石，通过研究直接转化法合成多晶钻石的晶体生长规律，实现了多晶钻石晶粒尺寸的可控，合成了晶粒尺寸 15 nm 到 30 um 的多晶钻石；通过对碳源进行掺杂，合成得到了黄色透明、白色、绿色、黑色四种颜色的多晶钻石，实现了多晶钻石的颜色可控。

经检测合成得到的纳米多晶钻石的硬度为 130 GPa，高于单晶金刚石（80-120 GPa）；耐磨性为单晶金刚石的约 2.4 倍，是现在市场上最好的聚晶金刚石的 25 倍；空气条件下耐热性比微米级金刚石高出 370 ℃。由院士、杰青、中原学者等组成的鉴定委员会一致认为：该项目探索了在超高压高温条件下，采用直接转化法合成大尺度多晶金刚石的机理和技术途径，研制成功了合成所需要的高温高压成套设备，开发了大尺度多晶金刚石的合成工艺技术，获得了高质量、大尺度的金刚石样品，样品表面光洁、无裂纹、维氏硬度大于 130 GPa。该项目填补了国内空白，总体技术达到国际先进水平，在晶粒度和色泽调控方面达到国际领先水平。鉴定委员会建议加快该项目成果的产业化步伐，尽快实现商业化推广应用。

直接转化法合成大尺度多晶金刚石的成功，使我国成为继日本之后能够采用“直接转化法合成大尺度多晶金刚石”的国家，极大提升了河南省超硬材料行业国内外的竞争力，对我国超硬材料行业发展具有重要里程碑意义。(材料科学与工程学院 朱贺)