金刚石的晶体生长奥秘

　　晶体形成的过程就是物质从其它相转变为结晶相的过程。也就是原来的非晶物质在一定的物理化学条件下(温度、压力和组分浓度等)转变为结晶物质的过程。晶体形成的方式主要有:

　　一种气体处于它的过饱和蒸汽压或过冷却温度条件下，直接由气相转变为晶体。生活中最典型的例子是冰花，冬季玻璃窗上的冰花就是由空气中的水蒸气直接结晶的结果。  

02由液体(溶液或熔融体)中结晶

03由固相转变为晶体

这种相变亦可有两种方式：

因为与结晶相比，非晶质体具有较大的自由能，所以它可以自发地向自由能较小的晶质体转变。如石墨制品有非晶质的焦炭，沥青等经过高温作用形成石墨晶体。

这种相变，即通常所谓的同质多象转变。例如人造金刚石，通常是由石墨在高温和极大的压力下转变而成的。 

                                          　　　　但在实际生长过程中，由于生长时的外界环境总是或多或少的偏离理想条件，面网在生长时就不可能严格地逐层平行向外推移，而往往是按格子构造聚合而成的质点基团成团的粘附到晶核（芽）上去，值得注意的是，这些质点基团和晶核（芽）之间，质点基团与质点基团之间，并不是按照格子构造规律严格地互相平行的，经常存在着很微小的角度偏差，有时甚至造成晶体结构上的某些缺陷。除此之外，就是随着晶体的长大，溶质供应的不均匀性会逐渐明显，相对来说，角顶处接受溶质的机会最多，晶棱附近次之，晶面中心则最小，因而质点将优先在角顶和晶棱附近堆积。

而对于由一种晶体转化成另一种晶体的机理，我们以石墨转化成金刚石为例，人造金刚石生长机理由于在高温高压下检测困难的限制，我们不能直观的了解其变化过程，所以其机理都是由研究者根据晶体的一般规律推理出来的，并且有很多种说法，其中最主要的理论模型包括两类：一类是不破键观点（无扩散，直接转变观点），包括固相转化说和结构转化说；另一类是破键观点（溶解、扩散观点），包括溶剂说、催化剂说、溶剂一催化剂说等。

　　破键观点认为，石墨化学键先经破裂，然后重建为金刚石键，经过了一个由碳原子键打开到重新组合成新键的过程。这在结晶化学中称为重建性转变。实现这种转变往往需要提供较多的能量。在这一过程中，包含碳原子的溶解、扩散和再结晶等几个步骤，一般可以认为是固一液一固转变，遵循上面讲的从液相中结晶的一般规律。例如晶体随时间延长而长大，表面有生长台阶、生长螺旋。