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          幾種不同的金剛石及應用途徑簡析

          文章出處: 作者: 人氣:7939 發表時間:2017/10/23

          金剛石按照粒度和質量分為寶石級金剛石(也可理解為鉆石級金剛石)、鉆頭級金剛石、磨料級金剛石。寶石級金剛石(gemdiamond)可用做工藝品和裝飾用的金剛石單晶。這種金剛石單晶需要有很大的粒度和較高的質量,簡單來說是大尺寸和高品相。

                 那大單晶和寶石級到底有什么區別呢?

                 其實兩者有千絲萬縷的關系,簡單來說大單晶金剛石是從材料行業的角度命名的,而寶石級金剛石則是從其商業應用方面命名的,兩者的標準雖然有很多相近之處,但依然有差異,后者的還有其他要求。

                 既然兩者都對尺寸提出了要求,那究竟多大的尺寸才稱得上大單晶和寶石級呢?

                 購買鉆石時,我們通常聽到的是克拉,這是一個質量(重量)單位,規定1克拉等于0.2克或200毫克,克拉又分為100分,如50分即0.5克拉。一般情況下1克拉的鉆石,長寬尺寸約為6.5mm,厚度約為1.5mm(金剛石的密度約為3.5g/cm3)。大單晶對尺寸的要求不是十分明確,一般一克拉對應的尺寸就足以稱得上是大單晶了。而寶石級金剛石是指金剛石尺寸大于1mm的金剛石單晶。

          然而很多時候大家也經常提到寶石級大單晶金剛石,從這里來看,大單晶和寶石級其實差別很模糊,基本上是一回事。

           

                 為什么要發展大單晶金剛石?

                 大單晶金剛石自然是金剛石中的高級貨,重點發展這種大單晶金剛石究竟有什么意義呢?主要是其高的商業價值和在高精尖領域的高附加值,簡單來說,這些領域能產生更多的收益。

                 目前人工合成的高品級大單晶金剛石,在性能上已經接近或在某些這方面超越了天然金剛石單晶。由于天然金剛石比較稀少,故人工合成的金剛石單晶已經逐步地代替天然金剛石被廣泛應用于工業、科技、國防、醫療衛生等領域。當然這類金剛石還具備其獨特的用途,尤其是它可以作為單晶金剛石刀具刀坯的最佳選擇材料。

                 先看一下不同尺寸的單晶金剛石的用途吧,具體如下。

           

                 其實從表中不難看出,單晶金剛石的尺寸越大,質量越高,其在高精尖領域的應用就越多,價值也就更大,主要應用如下。

                 精密切削

                 金剛石作為一種切削材料主要是利用它的超硬特性,以及它所兼備的高熱傳導率、高耐磨性、化學穩定性、低膨脹率和它與被切削材料之間的低摩擦系數。據說智能手機的外殼就是用CVD大單晶金剛石做成的超精密銑刀“切”出來的。具體應用如下表所示。


           

                 光學材料

                 除部分近紅外,金剛石具有從X射線到微波整個波段高的透過率,兼備高硬度、高熱導率、高化學穩定性和低膨脹系數,是一種優異的光學材料。

           

                 半導體及電子器件

                 金剛石具有寬的帶隙,以及強固的sp3化學鍵,能將碳原子牢固地鎖定在晶格上不易受撞擊而離位,金剛石可制成在宇航飛船和原子能反應堆等強輻射環境中正常工作的耐輻射器件。

           

          CVD金剛石膜的主要應用

                 此外金剛石具有高的電子、空穴遷移率、高的擊穿電壓、高的熱傳導率、摻雜可半導體化,是一種很有希望的高溫半導體材料。以碳化硅(SiC)、氮化鎵(GaN)、氧化鋅(ZnO)、金剛石、氮化鋁(AlN)為代表的寬禁帶半導體材料是第三代半導體材料,具有發光效率高、頻率高等特點,在發光二極管、半導體激光器等方面有重要應用。而金剛石禁帶寬度大(5.5eV,明顯高于其他第三代半導體),集力學、電學、熱學、聲學、光學、耐蝕等優異性能于一身,是目前最有發展前途的半導體材料。

                

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