單晶金剛石在磨料中的應(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2006年單晶CVD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CVD金剛石半導(dǎo)體微電子襯底

　　與多晶金剛石材料不同,單晶CVD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)有的單晶桂極為相似,同時在電性能上卻大大超過單晶桂材料。金剛石應(yīng)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(xiàn)己能夠生產(chǎn)極高純度的單品CVD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2010年應(yīng)用于量子計算機的研究當(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)級的單晶CVD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,這樣可以在無潤滑惡劣條件下較長吋間保持高精度。 還有應(yīng)用于手術(shù)刀,保護鍛膜,壓頭等方面。 上述大部分應(yīng)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。