单晶金刚石在磨料中的应用

　　金刚石具有极其优异的物理化学性能,在超精密加工、半导体、航空航天、核能等 高新技术领域具有广泛的应用前景,甚至在许多领域中成为不可替代的材料。金刚石材 料里最为优异的单晶金刚石,随着2006年单晶CVD技术的产生与工业化,必将得到广 泛应用。单晶金刚石的应用可按用途分为:加工工具(刀具)和结构材料(半导体微电 子衬底,光学元件,传感器,拉丝模等)。

　　(1)单晶金刚石超精密加工工具

　　单晶金刚石在机械领域最主要的应用是作为精密超精密切削的加工工具,例如光学 曲面超精密加工。超精密加工技术高低决定了一个国家制造水平的高低。超精密加工可 分为超精密切削、超精密磨削、超精密研磨抛光和超精密特种加工等。其中,超精密切 削相对于后三种来说加工效率较高,而超精密切削是将材料“整块去除”而不是将材料 磨成粉末,从这个角度看,超精密切削更加节能,同时加之加工后试件表面质量不比超 精密磨削和抛光差,因此近些年超精密切削受到各国的高度重视。在超精密切削中,高 质量的刀具是极为重要的一个因素,单晶金刚石以其高硬度、高强度、较好的耐磨性和 耐腐烛性成为公认的理想的超精密刀具材料。

　　(2)单晶CVD金刚石半导体微电子衬底

　　与多晶金刚石材料不同,单晶CVD金刚石材料不存在大量的晶界和缺陷,晶格结 构与现有的单晶桂极为相似,同时在电性能上却大大超过单晶桂材料。金刚石应用于更 高性能的肖特基二极管,将使计算机的性能成百倍的增长。现己能够生产极高纯度的单品CVD金刚石,应用在电子设备和传感器等新型电子产品领域。在该材料中,平均含 有的杂质原子仅为两亿分之一,并于2010年应用于量子计算机的研究当中。

　　(3)单晶金刚石光学元件

　　金刚石材料有着优异的光学性质。在现有材料中,拥有最宽的光谱波段(从紫外线 到远红外及毫米波微波的低吸收率),再加上其高硬度、高导热性、化学惰性和极低的 热膨胀系数,使其成为光学元件的优秀材料。目前元素六公司己经成功开发出_ ?种专门 用于光学领域的特殊光学级的单晶CVD金刚石材料。该材料的双折射率很低并且较大 光谱波段内光学吸收率低,是制造激光元件的首选材料。

　　(4)单晶金刚石传感器

　　金刚石的所有极端特性,特别是它的硬度、耐磨性和化学惰性,都可以应用在传感 器上。金刚石对水中更广范围的杂质更敏感,所制成的传感器比其它材料制成的传感器 性能更优越。

　　(5)单晶金刚石高性能结构零件

　　拉丝模和喷射喉管的要求与切削刀具相似,现己是广泛应用的产品。航空航天极为 重要的轴承采用的是金刚石材料,这样可以在无润滑恶劣条件下较长吋间保持高精度。 还有应用于手术刀,保护锻膜,压头等方面。 上述大部分应用对金刚石材料表面粗糙度要求较高,?-般要求低损伤甚至无损伤的 纳米级表面粗糖度的表面,而合成出的金刚石材料可以拥有较光滑的表面,但是形状和 尺寸往往不是所要求的,需要进行研磨、抛光加工,这就要求加工技术可以获得较好的 表面粗糖度。因此,加工技术水平的高低对金刚石零件性能的好坏有重要影响。