金剛石合成過程中，一般并不用頂錘直接擠壓樣品，而是通過傳壓介質(zhì)對樣品加壓。由于合成是在高溫高壓下進(jìn)行，因此對傳壓介質(zhì)要求很高。首先，它應(yīng)具有優(yōu)良的流體靜力特性，即能均勻和高效率地傳遞壓力，并有良好的封閉性能；其次要有低熱傳導(dǎo)率、高電阻率、高熔點(diǎn)及高溫下無相變等性質(zhì)。

       葉蠟石是一種天然的礦物——含水硅鋁酸鹽。分子式為Al2O3·4SiO2·H2O，具有包含硅氧四面體的復(fù)雜層狀結(jié)構(gòu)，層間容易滑移。常壓下它的熔點(diǎn)超過1670K。當(dāng)壓力為5-6GPa時(shí)，其熔點(diǎn)超過2000℃。通常條件下，其電阻率約為106~107Ω·m，隨著壓力和溫度的升高電阻率有所下降，在合成金剛石的壓力溫度條件下，電阻率下降到100Ω·m，仍能很好地起電絕緣作用。葉蠟石的熱導(dǎo)率很低，隨溫度和壓力改變的變化不大。在2.5GPa的壓力下，葉蠟石的內(nèi)摩擦系數(shù)為0.25，且其抗切強(qiáng)度隨壓縮應(yīng)力的增加而增加，因此就葉蠟石的力學(xué)性質(zhì)而言，它是一種好的密封材料。

       近幾十年來，幾乎所有的金剛石生產(chǎn)廠家都采用葉蠟石作為密封傳壓介質(zhì)。因?yàn)槿~蠟石擁有許多匹配的優(yōu)良性質(zhì)：化學(xué)穩(wěn)定性好、低熱膨脹性、低熱傳導(dǎo)性、高絕緣性、高熔點(diǎn)、高抗腐蝕性和低導(dǎo)電性。在合成金剛石過程中，壓力由頂錘通過葉蠟石傳至合成棒上。葉蠟石作為主要傳壓和密封介質(zhì)，在金剛石生產(chǎn)中起很重要的作用。

葉蠟石中的礦物

      （1）葉蠟石中礦物含量對合成金剛石的影響

       天然葉蠟石礦物組成是不均勻的，不同產(chǎn)地、不同礦位的葉蠟石成分各不相同，性能也是千差萬別。一般情況下，含SiO2高的葉蠟石偏硬；含鋁高的葉蠟石偏軟；含F(xiàn)e2O3高時(shí)，內(nèi)摩擦系數(shù)高，有利于密封；含H2O高，質(zhì)地軟，回彈性好。我國合成金剛石主要是在六面頂壓機(jī)上進(jìn)行的，葉蠟石選料應(yīng)該偏軟，故SiO2含量應(yīng)偏低。

       自然界中純?nèi)~蠟石礦物集合體很少見，一般都伴生有石英、高嶺石、水鋁石等礦物。如果直接使用這種葉蠟石作為傳壓介質(zhì)將導(dǎo)致金剛石產(chǎn)品性能波動(dòng)大，工藝重復(fù)性差。

      （2）解決辦法：

       針對這一問題，可采用粉壓葉蠟石塊的方法。將不同類型的天然葉蠟石混合破碎，然后用其粉末壓制成型后再用，能使其傳壓性能趨于一致。

       這種方法大大削弱了礦物組成差別對金剛石合成造成的影響，可充分利用葉蠟石資源，有較好的工藝重復(fù)性并且使制品性能趨于穩(wěn)定。我國較早采用粉末法成型葉蠟石組件，目前國內(nèi)人造金剛石生產(chǎn)企業(yè)幾乎全部采用這一工藝。

       在壓制粉末塊時(shí)需要特別注意，可以采用不同焙燒溫度的復(fù)合材料，即在塊體的棱邊位置上要保證葉蠟石的密封性能；在葉蠟石塊體內(nèi)部要保證葉蠟石的傳壓性能。實(shí)際生產(chǎn)中要根據(jù)具體情況調(diào)整焙燒溫度，此處不可一概而論。

葉蠟石的結(jié)構(gòu)水及相變

      （1）結(jié)構(gòu)水及相變對傳壓、密封以及金剛石生長環(huán)境的影響

       葉蠟石的基本結(jié)構(gòu)單元為硅氧四面體和鋁氧八面體，葉蠟石中的結(jié)構(gòu)水是與鋁聯(lián)結(jié)成“水鋁氧層”，分布在兩硅氧四面體之間。

       葉蠟石作為一種固體傳壓介質(zhì)，在高溫高壓下，內(nèi)部的結(jié)晶水不斷脫出，同時(shí)發(fā)生分解，引起一系列礦物相變，從而大大影響葉蠟石的傳壓性能。比如北京灰色葉蠟石在770K以上開始脫水，1220K完全脫水。1070K以上焙燒時(shí)，伴隨有體積膨脹。這是在晶體的某個(gè)方向上晶格常數(shù)增大，片狀結(jié)構(gòu)層間距明顯增加。經(jīng)1470K焙燒的葉蠟石，已分解成石英+氧化鋁+多鋁紅柱石。在足夠的壓力(2.5GPa以上)和高溫下，葉蠟石變?yōu)榭率?SiO2)和藍(lán)金石(Al2O3·SiO2)，此相的出現(xiàn)伴隨著體積的縮小，造成高壓腔壓力下降。

       由于葉蠟石品種、類型不同及加壓焙燒過程中的一系列變化(結(jié)構(gòu)水脫出、相變等)必然導(dǎo)致傳壓性能的改變。在未經(jīng)處理或低溫烘干的條件下，傳壓性能以灰色的為最好，白色次之，斑點(diǎn)的居第三，紅色的最差。

     （2）解決辦法

       在合成金剛石過程中，葉蠟石合成塊所受的溫度、壓力均存在一定梯度，在六面頂壓機(jī)上，對葉蠟石合成塊的要求是傳壓與密封兼?zhèn)洌涸诳拷铣砂舾浇?，需要葉蠟石有良好的傳壓性能，葉蠟石應(yīng)具有流體靜力學(xué)特性，在葉蠟石塊內(nèi)部各處壓力差別盡可能小，故葉蠟石應(yīng)有小的剪切強(qiáng)度；遠(yuǎn)離合成棒，則需要葉蠟石有良好的密封性能以承受較大的壓力梯度以維持腔內(nèi)壓力，這要求葉蠟石有大的剪切強(qiáng)度。葉蠟石為含水的鋁硅酸鹽，結(jié)構(gòu)水對葉蠟石的內(nèi)摩擦系數(shù)和剪切強(qiáng)度有很大影響。生產(chǎn)實(shí)踐中，內(nèi)層選用高溫焙燒的熟料，雖然降低了傳壓性能，但是避免了生料中的結(jié)構(gòu)水在合成環(huán)境下會(huì)汽化而惡化金剛石的生長環(huán)境，使產(chǎn)品質(zhì)量下降的影響；外層則應(yīng)選用保留適當(dāng)結(jié)構(gòu)水的生料，以使葉蠟石有良好的可塑性、回彈性和適當(dāng)?shù)膬?nèi)摩擦性，所以焙燒溫度要將傳壓密封效果與結(jié)構(gòu)水等的影響綜合考慮。

       金剛石生長環(huán)境應(yīng)盡可能純凈，這樣生長出的金剛石才能保證粗顆粒和完整單晶比例高，金剛石單晶內(nèi)包裹體少。在合成金剛石的高溫下，葉蠟石固有的結(jié)晶水會(huì)被分離出來，并可能分解成氫和氧或氫氧根，這些分解物對石墨向金剛石的轉(zhuǎn)化非常有害。因此，單一地把葉蠟石作為金剛石合成用的傳壓介質(zhì)就顯得不太理想。

       因此后來出現(xiàn)了一種更適合金剛石合成用的傳壓介質(zhì)，即由一個(gè)氧化鈉套管裝在葉蠟石塊內(nèi)組成的結(jié)構(gòu)。這種由低剪切強(qiáng)度材料(氯化鈉)和高剪切強(qiáng)度材料(葉蠟石)組合而成的傳壓介質(zhì)，既保持了合成金剛石時(shí)所必須的密封性，又因氯化鈉良好的傳壓性和保溫性，且不產(chǎn)生有害雜質(zhì)的特性，使得套管結(jié)構(gòu)比單一葉蠟石介質(zhì)更適宜于金剛石的合成。

       葉蠟石合理利用的研究還在繼續(xù)，雖然只是高壓合成中的一個(gè)配角，卻發(fā)揮著重要的作用，隨著合成產(chǎn)品的多樣化和腔體大型化的發(fā)展，葉蠟石在生產(chǎn)中必將會(huì)受到越來越多的重視。