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几种不同的金刚石及应用途径简析

文章出处: 作者: 人气:4754 发表时间:2017/10/23

金刚石按照粒度和质量分为宝石级金刚石(也可理解为钻石级金刚石)、钻头级金刚石、磨料级金刚石。宝石级金刚石(gemdiamond)可用做工艺品和装饰用的金刚石单晶。这种金刚石单晶需要有很大的粒度和较高的质量,简单来说是大尺寸和高品相。

       那大单晶和宝石级到底有什么区别呢?

       其实两者有千丝万缕的关系,简单来说大单晶金刚石是从材料行业的角度命名的,而宝石级金刚石则是从其商业应用方面命名的,两者的标准虽然有很多相近之处,但依然有差异,后者的还有其他要求。

       既然两者都对尺寸提出了要求,那究竟多大的尺寸才称得上大单晶和宝石级呢?

       购买钻石时,我们通常听到的是克拉,这是一个质量(重量)单位,规定1克拉等于0.2克或200毫克,克拉又分为100分,如50分即0.5克拉。一般情况下1克拉的钻石,长宽尺寸约为6.5mm,厚度约为1.5mm(金刚石的密度约为3.5g/cm3)。大单晶对尺寸的要求不是十分明确,一般一克拉对应的尺寸就足以称得上是大单晶了。而宝石级金刚石是指金刚石尺寸大于1mm的金刚石单晶。

然而很多时候大家也经常提到宝石级大单晶金刚石,从这里来看,大单晶和宝石级其实差别很模糊,基本上是一回事。

 

       为什么要发展大单晶金刚石?

       大单晶金刚石自然是金刚石中的高级货,重点发展这种大单晶金刚石究竟有什么意义呢?主要是其高的商业价值和在高精尖领域的高附加值,简单来说,这些领域能产生更多的收益。

       目前人工合成的高品级大单晶金刚石,在性能上已经接近或在某些这方面超越了天然金刚石单晶。由于天然金刚石比较稀少,故人工合成的金刚石单晶已经逐步地代替天然金刚石被广泛应用于工业、科技、国防、医疗卫生等领域。当然这类金刚石还具备其独特的用途,尤其是它可以作为单晶金刚石刀具刀坯的最佳选择材料。

       先看一下不同尺寸的单晶金刚石的用途吧,具体如下。

 

       其实从表中不难看出,单晶金刚石的尺寸越大,质量越高,其在高精尖领域的应用就越多,价值也就更大,主要应用如下。

       精密切削

       金刚石作为一种切削材料主要是利用它的超硬特性,以及它所兼备的高热传导率、高耐磨性、化学稳定性、低膨胀率和它与被切削材料之间的低摩擦系数。据说智能手机的外壳就是用CVD大单晶金刚石做成的超精密铣刀“切”出来的。具体应用如下表所示。


 

       光学材料

       除部分近红外,金刚石具有从X射线到微波整个波段高的透过率,兼备高硬度、高热导率、高化学稳定性和低膨胀系数,是一种优异的光学材料。

 

       半导体及电子器件

       金刚石具有宽的带隙,以及强固的sp3化学键,能将碳原子牢固地锁定在晶格上不易受撞击而离位,金刚石可制成在宇航飞船和原子能反应堆等强辐射环境中正常工作的耐辐射器件。

 

CVD金刚石膜的主要应用

       此外金刚石具有高的电子、空穴迁移率、高的击穿电压、高的热传导率、掺杂可半导体化,是一种很有希望的高温半导体材料。以碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)、氧化锌(ZnO)、金刚石、氮化铝(AlN)为代表的宽禁带半导体材料是第三代半导体材料,具有发光效率高、频率高等特点,在发光二极管、半导体激光器等方面有重要应用。而金刚石禁带宽度大(5.5eV,明显高于其他第三代半导体),集力学、电学、热学、声学、光学、耐蚀等优异性能于一身,是目前最有发展前途的半导体材料。

      

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