單晶金剛石的應(yīng)用



　　金剛石具有極其優(yōu)異的物理化學(xué)性能，在超精密加工、半導(dǎo)體、航空航天、核能等高新技術(shù)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景，甚至在許多領(lǐng)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(shù)的產(chǎn)生與工業(yè)化，必將得到廣泛應(yīng)用。單晶金剛石的應(yīng)用可按用途分為：加工工具(刀具)和結(jié)構(gòu)材料(半導(dǎo)體微電子襯底，光學(xué)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(jī)械領(lǐng)域最主要的應(yīng)用是作為精密超精密切削的加工工具，例如光學(xué)曲面超精密加工。超精密加工技術(shù)高低決定了一個(gè)國(guó)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(duì)于后三種來(lái)說(shuō)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(gè)角度看，超精密切削更加節(jié)能，同時(shí)加之加工后試件表面質(zhì)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(guó)的高度重視。在超精密切削中，高質(zhì)量的刀具是極為重要的一個(gè)因素，單晶金剛石以其高硬度、高強(qiáng)度、較好的耐磨性和耐腐燭性成為公認(rèn)的理想的超精密刀具材料。

　　2.單晶金剛石半導(dǎo)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(jié)構(gòu)與現(xiàn)有的單晶硅極為相似，同時(shí)在電性能上卻大大超過(guò)單晶桂材料。金剛石應(yīng)用于更高性能的肖特基二極管，將使計(jì)算機(jī)的性能成百倍的增長(zhǎng)。現(xiàn)己能夠生產(chǎn)極高純度的單品金剛石，應(yīng)用在電子設(shè)備和傳感器等新型電子產(chǎn)品領(lǐng)域。在該材料中，平均含有的雜質(zhì)原子僅為兩億分之一，并于年應(yīng)用于量子計(jì)算機(jī)的研究當(dāng)中。

　　3.單晶金剛石光學(xué)元件

　　金剛石材料有著優(yōu)異的光學(xué)性質(zhì)。在現(xiàn)有材料中，擁有最寬的光譜波段(從紫外線到遠(yuǎn)紅外及毫米波微波的低吸收率)，再加上其高硬度、高導(dǎo)熱性、化學(xué)惰性和極低的熱膨脹系數(shù)，使其成為光學(xué)元件的優(yōu)秀材料。目前元素六公司己經(jīng)成功開發(fā)出種專門用于光學(xué)領(lǐng)域的特殊光學(xué)級(jí)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(nèi)光學(xué)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(xué)惰性，都可以應(yīng)用在傳感器上。金剛石對(duì)水中更廣范圍的雜質(zhì)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(jié)構(gòu)零件

　　拉絲模和噴射喉管的要求與切削刀具相似，現(xiàn)己是廣泛應(yīng)用的產(chǎn)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(wú)潤(rùn)滑惡劣條件下較長(zhǎng)吋間保持高精度。還有應(yīng)用于手術(shù)刀，保護(hù)鍛膜，壓頭等方面。

　　上述大部分應(yīng)用對(duì)金剛石材料表面粗糙度要求較高，般要求低損傷甚至無(wú)損傷的納米級(jí)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(jìn)行研磨、拋光加工，這就要求加工技術(shù)可以獲得較好的表面粗糖度。因此，加工技術(shù)水平的高低對(duì)金剛石零件性能的好壞有重要影響。

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