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幾種不同的金剛石及應(yīng)用途徑簡析

文章出處：作者：人氣：10473 發(fā)表時(shí)間：2017/10/23

金剛石按照粒度和質(zhì)量分為寶石級(jí)金剛石（也可理解為鉆石級(jí)金剛石）、鉆頭級(jí)金剛石、磨料級(jí)金剛石。寶石級(jí)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(zhì)量，簡單來說是大尺寸和高品相。

那大單晶和寶石級(jí)到底有什么區(qū)別呢？

其實(shí)兩者有千絲萬縷的關(guān)系，簡單來說大單晶金剛石是從材料行業(yè)的角度命名的，而寶石級(jí)金剛石則是從其商業(yè)應(yīng)用方面命名的，兩者的標(biāo)準(zhǔn)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(duì)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(jí)呢?

購買鉆石時(shí)，我們通常聽到的是克拉，這是一個(gè)質(zhì)量（重量）單位，規(guī)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(duì)尺寸的要求不是十分明確，一般一克拉對(duì)應(yīng)的尺寸就足以稱得上是大單晶了。而寶石級(jí)金剛石是指金剛石尺寸大于1mm的金剛石單晶。

然而很多時(shí)候大家也經(jīng)常提到寶石級(jí)大單晶金剛石，從這里來看，大單晶和寶石級(jí)其實(shí)差別很模糊，基本上是一回事。

為什么要發(fā)展大單晶金剛石？

大單晶金剛石自然是金剛石中的高級(jí)貨，重點(diǎn)發(fā)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(yè)價(jià)值和在高精尖領(lǐng)域的高附加值，簡單來說，這些領(lǐng)域能產(chǎn)生更多的收益。

目前人工合成的高品級(jí)大單晶金剛石，在性能上已經(jīng)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(jīng)逐步地代替天然金剛石被廣泛應(yīng)用于工業(yè)、科技、國防、醫(yī)療衛(wèi)生等領(lǐng)域。當(dāng)然這類金剛石還具備其獨(dú)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(shí)從表中不難看出，單晶金剛石的尺寸越大，質(zhì)量越高，其在高精尖領(lǐng)域的應(yīng)用就越多，價(jià)值也就更大，主要應(yīng)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?zhèn)涞母邿醾鲗?dǎo)率、高耐磨性、化學(xué)穩(wěn)定性、低膨脹率和它與被切削材料之間的低摩擦系數(shù)。據(jù)說智能手機(jī)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(yīng)用如下表所示。

光學(xué)材料

除部分近紅外，金剛石具有從X射線到微波整個(gè)波段高的透過率，兼?zhèn)涓哂捕?、高熱?dǎo)率、高化學(xué)穩(wěn)定性和低膨脹系數(shù)，是一種優(yōu)異的光學(xué)材料。

半導(dǎo)體及電子器件

金剛石具有寬的帶隙，以及強(qiáng)固的sp3化學(xué)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(yīng)堆等強(qiáng)輻射環(huán)境中正常工作的耐輻射器件。

CVD金剛石膜的主要應(yīng)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(dǎo)率、摻雜可半導(dǎo)體化，是一種很有希望的高溫半導(dǎo)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(dǎo)體材料是第三代半導(dǎo)體材料，具有發(fā)光效率高、頻率高等特點(diǎn)，在發(fā)光二極管、半導(dǎo)體激光器等方面有重要應(yīng)用。而金剛石禁帶寬度大(5.5eV，明顯高于其他第三代半導(dǎo)體)，集力學(xué)、電學(xué)、熱學(xué)、聲學(xué)、光學(xué)、耐蝕等優(yōu)異性能于一身，是目前最有發(fā)展前途的半導(dǎo)體材料。