在高溫高壓條件下，在石墨向金剛石進行相轉變的過程中，加入一些材料使得金剛石的相變活化能和合成溫度壓力顯著降低，這樣的材料稱為人造金剛石觸媒材料，簡稱觸媒材料或觸媒。

      1、觸媒材料的發(fā)現

       從1950年開始，美國G.E公司就對人造金剛石展開研究。以Bundy、Hall、Strong帶領的研究小組歷時2年，經過無數次失敗后，終于成功合成出了人造金剛石。Hall對當時實驗作了記錄：“做FeS試樣與碳混合的實驗時，因購入的FeS試樣質量不好，在偶然情況下使用含Fe量較多的試料，結果因Fe的觸媒作用，居然能合成出金剛石”。這是人們有意識的利用觸媒來合成金剛石的開始。

       第一次合成人造金剛石的實驗成功是在一臺450噸的液壓機上進行的，在觸媒材料的參與下，合成金剛石的溫度降到1200~1600℃，壓力降至5~6GPa，使得由石墨合成金剛石的構想終成現實。觸媒材料的出現，為人造金剛石的工業(yè)生產創(chuàng)造了切實可行的條件。

       2、觸媒材料的發(fā)展

       1959年，H. P. Bovenkerk等人發(fā)表了有關人造金剛石用觸媒材料的第一篇文章，指出鐵、鈷、鎳、釕、銠、銥、鋨、鉑、鉻、錳、鉭及其合金可作觸媒材料。1960年，Strong提出使用合金做觸媒材料。優(yōu)點是金剛石合成的溫度和壓力比純金屬更低，合成壓力可從7000MPa降至5000MPa左右。1966年，Wakatsuki發(fā)現，Ti、Cu等合金作觸媒能合成出金剛石，只不過合成的溫度和壓力稍高于Fe觸媒的，1967年，Strong和Hanneman繪制了在壓力為5700Mpa時的Ni-C的相圖，此時石墨與金剛石的平衡溫度為1570℃。G.E公司對Fe、Ni觸媒合金做了大量工作，加入Cu、Si、Ge、Sn等低熔點金屬后，可使金剛石的轉變溫度降低(1100~1200℃)，且合成壓力也降低。

       由于金剛石的巨大商業(yè)價值以及其產品改良的困難性，金剛石的合成工藝及有關的資料一直是非公開的。50年代，美、英等幾個人造金剛石生產國都對中國實行技術封鎖。1960年，由鄭州磨料磨具磨削研究所、北京通用機械研究所和地質科學院組成的試制組，經過反復試驗，利用Ni-Gr合金為觸媒材料，終于合成出中國第一顆人造金剛石，所得金剛石為透明晶體。

       1964年，人造金剛石技術進入推廣應用階段，人們開始重視觸媒材料的研制。由于兩面頂壓機有些技術問題較難掌握，且技術門檻高，因此中國自行研制了六面頂壓機，并得到了廣泛使用。觸媒材料改用NiMn合金，隨后幾十種觸媒材料被試制出來，如NiCo25、FeNi50、NiMn25Cu5Si5等。70年代初由鄭州磨料所李植華和長沙礦冶研究院陳啟武、劉樹楨與方嘯虎等人經過上百種配方的對比試驗，終于選定了行業(yè)內曾經廣泛使用的NiMnCo合金觸媒。片狀合金觸媒材料因為其合成工藝穩(wěn)定，因而NiMnCo片狀觸媒一度成為了行業(yè)中最廣泛使用的片狀合金觸媒材料。其規(guī)格向大而薄的方向發(fā)展，而且觸媒品種也逐步趨向系列化，不同要求，不同品質的金剛石可由不同的觸媒來合成。

       后來，一些文獻還指出堿金屬的碳酸鹽(SrCO3，MgCO3，NaCO3及CaCO3)，氫氧化物(Mg(OH)2，Ca(OH)2)，硼化物(Na2B4O7)，硫酸鹽(CaSO4·1/2H2O)以及磷酸鹽(NaPO3)等對石墨合成金剛石也具有很強的觸媒作用，但要在比傳統采用金屬觸媒合成金剛石時的壓力和溫度更高(7.7Gpa，1800℃)的熱力學條件下，才能充分發(fā)揮觸媒作用。使用無機鹽與石墨共存的合成試驗也得了金剛石。由此可見，有許多元素和化合物具備金剛石觸媒的功能。

       片狀觸媒工藝合成金剛石已然成為歷史，粉末觸媒工藝合成金剛石的研究與應用一直沒有停止。長沙礦冶研究院在國內最早開展了NiMnCo系列粉末觸媒合成金剛石的實驗工作，推出了屑狀粉末觸媒產品，為不定形、層片狀和長三角形的混合體，粒度較粗，金屬雜質含量<0.1%。合成單產較高，且晶形完整，八面體晶體較多。郝兆印等曾對霧化粉末和機加工粉末觸媒進行合成對比試驗。研究結果表明，兩種粉末配以粉狀石墨均可合成出細顆粒或微粉級金剛石單晶且具有規(guī)則的六-八面體形貌；合成單產提高，其中完整晶形占90%左右。王德新等則對粉末觸媒的合成規(guī)律作了一些研究，發(fā)現若不經特別處理，直接用粉末觸媒生長粗顆粒金剛石單晶較為困難，但可以合成出晶形較好的優(yōu)質細粒度金剛石，其粒度分布在170~400目之間。中南大學采用霧化急冷工藝（轉盤霧化）制備了鱗片狀NiMn粉末觸媒，觸媒處于NiMn共晶范圍，合成熔點1014℃。該粉末觸媒具有多種金相組織，經工藝優(yōu)化調整， 70%的金剛石粒度≥60/70目。

       之后國內便掀起一股粉末觸媒熱，極大地推動了國內粉末觸媒研究與應用。近年來，隨著我國六面頂超高壓設備大型化及大腔體合成工藝技術的發(fā)展，粉末觸媒金剛石合成工藝已趨于成熟。

       FeNi基粉末觸媒合成高品級金剛石工藝的出現，為我國金剛石行業(yè)的發(fā)展開辟了一條新途徑。采用粉末觸媒可實現金剛石產品的多品種、多品級和系列化，有力提升企業(yè)的生產技術水平，促進金剛石行業(yè)的技術革新，調整產品結構，增強企業(yè)參與國際市場競爭的能力，促使我國金剛石行業(yè)走上可持續(xù)發(fā)展的道路。