單晶金剛石的應用



　　金剛石具有極其優(yōu)異的物理化學性能，在超精密加工、半導體、航空航天、核能等高新技術領域具有廣泛的應用前景，甚至在許多領域中成為不可替代的材料。金剛石材料里最為優(yōu)異的單晶金剛石，隨著年單晶技術的產生與工業(yè)化，必將得到廣泛應用。單晶金剛石的應用可按用途分為：加工工具(刀具)和結構材料(半導體微電子襯底，光學元件，傳感器，拉絲模，等)。

　　1.單晶金剛石超精密加工工具

　　單晶金剛石在機械領域最主要的應用是作為精密超精密切削的加工工具，例如光學曲面超精密加工。超精密加工技術高低決定了一個國家制造水平的高低。超精密加工可分為超精密切削、超精密磨削、超精密研磨拋光和超精密特種加工等。其中，超精密切削相對于后三種來說加工效率較高，而超精密切削是將材料“整塊去除”而不是將材料磨成粉末，從這個角度看，超精密切削更加節(jié)能，同時加之加工后試件表面質量不比超精密磨削和拋光差，因此近些年超精密切削受到各國的高度重視。在超精密切削中，高質量的刀具是極為重要的一個因素，單晶金剛石以其高硬度、高強度、較好的耐磨性和耐腐燭性成為公認的理想的超精密刀具材料。

　　2.單晶金剛石半導體微電子襯底

　　與多晶金剛石材料不同，單晶金剛石材料不存在大量的晶界和缺陷，晶格結構與現有的單晶硅極為相似，同時在電性能上卻大大超過單晶桂材料。金剛石應用于更高性能的肖特基二極管，將使計算機的性能成百倍的增長。現己能夠生產極高純度的單品金剛石，應用在電子設備和傳感器等新型電子產品領域。在該材料中，平均含有的雜質原子僅為兩億分之一，并于年應用于量子計算機的研究當中。

　　3.單晶金剛石光學元件

　　金剛石材料有著優(yōu)異的光學性質。在現有材料中，擁有最寬的光譜波段(從紫外線到遠紅外及毫米波微波的低吸收率)，再加上其高硬度、高導熱性、化學惰性和極低的熱膨脹系數，使其成為光學元件的優(yōu)秀材料。目前元素六公司己經成功開發(fā)出種專門用于光學領域的特殊光學級的單晶金剛石材料。該材料的雙折射率很低并且較大光譜波段內光學吸收率低，是制造激光元件的首選材料。

　　4.單晶金剛石傳感器

　　金剛石的所有極端特性，特別是它的硬度、耐磨性和化學惰性，都可以應用在傳感器上。金剛石對水中更廣范圍的雜質更敏感，所制成的傳感器比其它材料制成的傳感器性能更優(yōu)越。

　　5.單晶金剛石高性能結構零件

　　拉絲模和噴射喉管的要求與切削刀具相似，現己是廣泛應用的產品。航空航天極為重要的軸承采用的是金剛石材料，這樣可以在無潤滑惡劣條件下較長吋間保持高精度。還有應用于手術刀，保護鍛膜，壓頭等方面。

　　上述大部分應用對金剛石材料表面粗糙度要求較高，般要求低損傷甚至無損傷的納米級表面粗糖度的表面，而合成出的金剛石材料可以擁有較光滑的表面，但是形狀和尺寸往往不是所要求的，需要進行研磨、拋光加工，這就要求加工技術可以獲得較好的表面粗糖度。因此，加工技術水平的高低對金剛石零件性能的好壞有重要影響。

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