人造钻石增强我们的未来

当大多数人想到钻石时，他们想象的是切割成美丽形状的闪闪发光的宝石。许多人没有意识到的是，钻石也是为动态信息经济奠定基础的重要工具。

使钻石如此有用的独特特性是数亿年前在地球深处锻造的结果。高温度和高压力将碳原子排列成紧密的四面体，每个原子与其他四个原子结合，形成一个令人难以置信的强大网络——这是自然界中发现的最坚硬的物质。

得益于世界各地数十年的创新和技术进步，包括住友电机，人类可以制造钻石。我们可以改造这些人造钻石，使其性能优于天然钻石。

人造钻石很快就证明了它们作为工具的价值:它们比天然钻石更便宜，硬度和强度更均匀。当被碾碎成粉末时，切割和抛光等工业应用更精确、更容易。

现在，人造钻石是生产各种产品所需的加工工具的重要组成部分，如光学透镜和电子元件。你智能手机上的紧凑型相机镜头可能是用带有人造钻石尖端的工具精确加工的模具生产的。这些钻石对于要求更高精度、更高强度、更低成本、更快速度和更小环境足迹的下一代制造业至关重要。

住友电机在20世纪70年代开始开发人造钻石作为一种新的工具材料。1954年，世界上第一批实验室培育的钻石在美国以粉末形式被制造出来。在住友电机(Sumitomo Electric)，工程师们承担了生产更大、质量更高的单晶钻石的任务。

他们看到了非凡的成功。1982年，住友电机利用其著名的超高压技术生产出了当时最大的人造钻石:1.2克拉(约240毫克)，大小为5毫米。这颗水晶甚至被载入了1985年的吉尼斯世界纪录。今天，人们可以生产出10克拉左右的高质量人造钻石，类似于下图。

尽管取得了这样的成就，住友电机的工程师们相信他们可以创造出更强大的东西。如果从正确的方向施加足够的力，晶体可以沿着薄弱面破裂或分裂，这种性质被称为解理。天然和人造单晶钻石都是如此。工程师们在现有的加热烧结钻石工艺的基础上开发了一种新产品:纳米多晶钻石。纳米多晶金刚石是指金刚石微粒直接紧密结合在一起，晶界中不含任何包裹体。

获得纳米聚晶金刚石并不容易。它需要创造极端的条件:持续2700摄氏度的温度，加上相当于一只手掌上三座埃菲尔铁塔的超高压。住友电机将一种特殊的石墨样品放入一个多砧装置中，这种装置通常在专门的研究机构中才能找到。液压机将铁砧推到一起，创造出生产纳米聚晶金刚石所需的条件。

这种新的多晶金刚石带来了另一个挑战。虽然切割和抛光传统天然钻石的表面相对容易，但纳米多晶钻石在所有表面上都一样坚硬。此外，它们不具有单晶钻石的解理特性。然而，住友电机开发了使用放电加工和激光加工的新技术，使加工纳米多晶金刚石成为可能。

人们花了20多年的时间才研制出性能优于单晶金刚石的纳米多晶金刚石。但是住友电机工程师们的努力得到了回报，纳米多晶钻石正在从根本上改变模具制造的方式。

使用这些钻石的工具不会磨损，使制造商能够提高精度。通过将这种超硬材料融入加工中心，它使生产速度更快成为可能——一个可能需要工匠20天加工的模具，可以在几个小时内以高精度制作出来。

难以置信的硬度也意味着加工模具时产生的刨花不会受到金刚石工具磨损颗粒的污染。这些刨花可以重复使用，制造更多的模具，减少生产对环境的影响。

住友电机的纳米多晶钻石革新了传统的制造工艺，我们也在研究创新的新应用。例如，钻石可以作为一种生物相容性材料，用于制造人造关节和牙齿。住友电机的纳米多晶钻石的可能性是无限的。