不断发展的金刚石合成与应用技术

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1、不断发展的金刚石合成与应用技术在人类的历史长河中，金刚石一直是一种稀有的宝石，象征高贵、美丽、圣洁、，被皇室、宫廷和贵族作为瑰宝炫耀和珍藏。人们构筑了神奇美丽的故事，从满了对他的画像和无比的爱慕。世界上没有完人，散在物质世界，上帝却赐给人类一个美好的梦幻组合，-----金刚石。因此，吸引了众多科学工作者的极大兴趣，并对其进行了不懈的探索。后来，在实验室里终于发现，它是碳原子构成的，由此揭开了他神秘的面纱，打开了人们人工制造的闸门，经过近百年的艰苦探索，1954年美国通用电气公司宣告了在高温高压的条件下

2、第一粒人造金刚石的研制成功，开始了工业生产金刚石的新纪元。随着金刚石物性研究的深入，发现金刚石不仅硬度远超过其他所有的物质，更有许多其他的“第一”-11-，包括抗压强度、散热速率、传声速率、电流阻抗、防蚀能力~~~~~~等等。除此之外，金刚石的透光性、低热胀率、负阴电性，乃至与人体相溶度也是材料之最，因此可以认为，金刚石是上帝给人类的恩赐，它不仅是美丽宝石之王，更是材料之王，没有任何材料具有金刚石这么多的优越性质，其中有许多极端性质。例如，金刚石的硬度是碳化硅的3倍，耐磨性是氧化铝的5倍，抗压强度是碳

3、化钨的20倍，传声速率是刚的3倍，传热率是银的4倍，电洞移动速率是硅的2.5倍。金刚石还具有极高的电阻率、折射率、抗辐射性，极低的热膨胀系数、磨擦系数、比热值等，金刚石发挥个别特性已能产生其他材料所不能及的效果。例如，以金刚石作为硅晶的散热片式，其超高的热传导率可使热量尽快排出；其高透光性也使热能辐射散出；其低的比热值可减少热能的积聚。金刚石作为飞弹的雷达罩时，不仅雷达波进出自如，使映像不致失真，其耐磨性更可避免比子弹飞行还快的灰尘或雨点的冲蚀。他的高热振性也可保护雷达罩在骤冷骤热时不会破裂等。由于有

4、这么多的优点，因此，工业金刚石具有广泛的用途，如下页图所示：-11-航太产品散热面雷达罩电子产品光学产品消费产品喇叭振动膜生医产品反射镜超级磨料工业金刚石扩孔器滚轮修刀绳锯排锯带锯锯片抽线模钢线铜线金线铝线钨线钻头地质用建筑用油井用圆锯磨轮金属体陶瓷体树脂体切削刀具钻刀铣刀舍弃式刀片麻花锉抛光游离磨料固定磨料眼睛护膜光液体雷达罩红外线视窗钻石镭射微波管视窗显微镜镀膜镭射窗X-光透射镜发光源义齿镀膜关节镀膜手术刀心脏阀片防毒盅条码机宝石不粘锅磁带镀膜剃刀片护膜高频滤波器游艇护膜滤波器声音喇叭镀膜声学产品

5、蚰封硬膜机床导轨护膜量规镀膜耐磨性磨具硬膜轴承面润滑面喷嘴机械产品发光三极体光碟模护膜热敏电阻硬碟护膜矽晶打线机电路板钻孔冷阴极高压电开关磁头护膜封装散热片晶园加工钻石电容器绝缘涂层太阳电池钻石半导体场发射板X-射线掩膜传感器粒子侦测器扩散隔板化学盛具卡路里测量仪电池电极化学产品液相法爆炸法火焰气相法电弧气相法电弧镀热水法超高压法微波气相法钨丝气相法离子镀溅镀钻石制造螺旋棒抗辐射晶体管微机电感测器-11-金刚石的这些传奇应用并不是天方夜谭，各种金刚石产品已经应用于广泛的领域，更多的金刚石应用也真在开发

6、中，毫无疑问，金刚石将成为工业、商业、军事、教育、娱乐及医学领域的宠儿。当金刚石产品普及后，人类的物质文明就会更上一层楼，乃至达到巅峰，进入“永恒的金刚石时代”，正因为如此，更加激励科学工作者对其合成与应用技术及性更为广泛、更为深入的探索。笔者根据近半个世纪金刚石合成技术的发展所经历的三次大的飞跃，作为以下重点介绍。1954年，揭开了人工合成金刚石发展的序幕，这是人造金刚石合成技术发展的第一次大的飞跃，它是静态高压高温技术发展的重大成果。世界人造金刚石工业经过近50年的发展，不仅产量上，而且在某些性能

7、（如抗冲击人性、耐磨性、抗磨均匀性及导热性、透光性等）已超过天然金刚石。当今静态高温高压溶媒法合成的金刚石品种已经形成一个完整的体系，1992年工业级单晶金刚石重达38.40克拉，并推出了SDA2000高强度系列、SDAD中强度系列和粒径1mm以上的MONOCRYSTAL单晶钻石系列，包括MONODIE拉丝模系列、MONODITE刀具胚料系列，代表了当今世界人造金刚石单晶工业化生产的最高水平。化学气相沉积（CVD-11-）金刚石膜的问世，则是人工合成金刚石技术的第二次大飞跃。众所周知，早在20世纪50

8、年代和60年代，美国、苏联等国的科学家就已先后在低压下实现了金刚石多晶膜的化学气相沉积，虽然当时其沉积速率非常之低，但无疑是奠基性的创举。1987年“金刚石薄膜”在世界上兴起，国外文献发表在文献上的生长金刚石薄膜的方法有几十种之多，但归纳起来有两大类，即CVD和PVD（物理气相沉积法），前者使用的真空度不高，但温度较高；后者则反之。进入20世纪80年代以来，膜的生长速率、沉积面积和结构性质已逐步达到可应用的程度。研究证实，高质量的CVD金刚石多晶膜的硬度