书城科普世界骗局之谜
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第22章 人造金刚石的制取

骗局追溯

人类很早就认识了金刚石,坚硬透明的金刚石经过打磨,称作钻石,被列为世间珍品。同时,在一段漫长的岁月里,它也一直是个谜,谁都不知道它是由什么东西构成的。

随着近代化学的兴起,科学家们开始研究金刚石。1772年,法国化学家拉瓦锡(A.L.Lavoisier,1743~1794)首先证明,天然金刚石原来就是单质碳的一种特殊晶体,并指出了由其他状态的碳可以制得金刚石。1797年,英国化学家台南特(S.Ten-nant,1761~1815)做了一个令人感动的实验,他把自己拥有的贵重金刚石燃掉,以分析所放出的气体,结果弄清金刚石不过是由纯碳构成的。以后,他又对大量生产金刚石的南非金伯利地区的地质进行研究,了解到金刚石是受地下的高温、高压而生成。

那么,对碳施以高温、高压,能不能造成金刚石呢?

根据这种想法,人们做了许多实验。最初宣告成功制出金刚石的人是英国的霍尼(J.B.Hanney),这是1880年的事。霍尼使用了石蜡等碳化氢物质作为碳源,把它同骨油及金属锂混合,放入铁管中密封加热到白炽化。霍尼自称实验了八十多次,多数是以瓦斯泄漏和爆炸告终,但在没有破裂的三根铁管中却发现了坚硬、透明的小颗粒,霍尼说这就是金刚石。他当夜向上报捷,人们开始对他的工作给予很高的评价,但后来因没有人能按照所说的实验重复出结果,也就转为冷淡、怀疑,甚至于嘲笑了。

13年后,法国化学家莫瓦桑宣布人造金刚石成功,并很快获得了科学界的承认。

莫瓦桑是大学教授,在无机化学领域有重大贡献。1886年,莫瓦桑第一次在世界上取得单质氟,实验中曾屡遭失败,其间因中毒被迫中断过几次实验,最后终于取得成功。后来莫瓦桑又利用自己发明的高温电炉制取了碳化钙和碳化硅。这些成就及顽强拼搏的科学精神使莫瓦桑在化学界的声威大振。

莫瓦桑在已有成果的基础上开始探索人造金刚石。起初,他想通过制造氟碳化合物后再除去氟的办法得到金刚石,接着又期望碳能结晶形成金刚石,可是这些做法没能成功,仅得到些石墨的残留物。后来,莫瓦桑又设想利用高温电炉把掺有碳的铁熔化,然后突然投入冷水中,铁水表面受冷而急剧收缩时会产生强大的应力,使包裹在其中的碳按着金刚石的结构排列就位,再用酸将铁溶解出来,就可能得到金刚石的小结晶体。这位具有较高科学素养的科学家,沿着自己设计的路子走下去了。1893年2月的一天,莫瓦桑把碳铁化合物溶解于酸后得到一种淤泥状的物质,在显微镜下观察,看到其中含有微小的闪闪发光的八面体,其中竟有一个长度达0.7毫米。

莫瓦桑兴高采烈地向科学院和报界报告人造金刚石获得成功。由于莫瓦桑近年来在氟化学研究和发明电炉方面取得的声誉,再加上他是一位正直的学者,科学界普遍相信他,人们都真的以为人造金刚石成功了。因为当时世界上排于前五位的一颗钻石被称为“摄政王”,所以人们便把莫瓦桑制得的金刚石颗粒中的佼佼者也誉为“摄政王”。

真相揭密

莫瓦桑真的制取出人造金刚石吗?

尽管没有人对莫瓦桑的人格表示怀疑,但是人们总是不能像莫瓦桑本人那样满足于人造金刚石的一次实验,不管是从科学研究的需要出发,还是从实际需求出发,都希望在莫瓦桑的基础上前进,并尽快转化为实用生产技术。有许多人按照莫瓦桑的设计思路去做实验,可都没有什么结果。科学家们不得不开始怀疑,并从“证实”转向“证伪”。经帕森斯(SirC.Parsons)所做的实验证明,根本得不出金刚石。后来人们从莫瓦桑的遗孀那里了解到真情,原来莫瓦桑当年的助手对无休止的反复实验感到厌烦,又想令莫瓦桑满意,就偷偷地做了手脚,将一颗天然金刚石混入实验材料中,这样便有了“摄政王”的出现。可怜的莫瓦桑,至死也不知道自己受了骗,进而又以自己的名义欺骗了世人。

直到20世纪30年代,科学家终于搞清楚,在一般实验里是不能炼出金刚石的。石墨要转化为金刚石,至少需要15000个大气压。而莫瓦桑实验中用铁水收缩所能获得的至多只有几千个大气压。这样,人造金刚石的关键就在于怎样获得高压。

由于美国著名的高压物理学家,布里奇曼(D.W.Bridgman,1882~1961)的研究,使获得超高压成为可能,1947年,布里奇曼对石墨转化为金刚石作了高温下的超高压实验。20世纪50年代,高压技术进一步发展,为新的实验提供了条件,1955年,美国通用电气公司的科学家们在布里奇曼工作的基础上,设计了金属(铬、锰、铁、镍等)催化法,使用一套1600℃和7万个大气压的设备,终于使石墨人工转为金刚石获得成功,这是人类历史上的第一次真正的人造金刚石的成功。

人造金刚石的现代技术是使用1400℃至1500℃的温度和5.5万至6万大气压,使溶于铁、镍催化剂熔体中的碳沉积到金刚石籽晶上,这样可得到直径6毫米的大颗粒金刚石单晶。今天,人造金刚石在科学研究和工业生产中已获得广泛的应用。