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(shù)領(lǐng)域具有廣泛的應用前景，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，必將得到廣泛應用。單晶金剛石的應用可按用途分為：加工工具（刀具）和結(jié)構(gòu)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(lǐng)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(shù)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(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(jié)構(gòu)與現(xiàn)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?，F(xiàn)己能夠生產(chǎn)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(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(zhì)。在現(xiàn)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(shù)，使其成為光學元件的優(yōu)秀材料。目前元素六公司己經(jīng)成功開發(fā)出種專門用于光學領(lǐng)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(nèi)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(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，這樣可以在無潤滑惡劣條件下較長吋間保持高精度。還有應用于手術(shù)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(shù)可以獲得較好的表面粗糖度。因此，加工技術(shù)水平的高低對金剛石零件性能的好壞有重要影響。

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