金剛石的介紹
金剛石在自然界材料中具有特別優(yōu)異的機械性能晓言、熱學性能、透光性、縱波聲速寓蔼、半導(dǎo)體性能及化學惰性,是一種全方位的不可替代的特殊多功能材料韩艾。用化學氣相沉積(Chemical Vapor Deposition 簡稱CVD)方法生長的金剛石膜具有與顆粒狀天然金剛石和高壓人造金剛石幾乎完全相同的性能筛六,但卻克服了小顆粒狀天然金剛石和高壓人造金剛石尺寸大小的限制。材料學家一致認為只有這種連續(xù)性大尺寸塊狀材料吭芯,才能使得金剛石全部優(yōu)異性能得到充分的發(fā)揮通溜。金剛石膜的優(yōu)異性能主要表現(xiàn)在以下幾個方面:
機械性能:
聲學性能:
熱學性能:
光學性能:
電學和半導(dǎo)體性能:
化學性質(zhì):
金剛石在已知材料中硬度最高(維氏硬度可達10,400kg/mm2本站注:約合102GPa)、耐磨性最好且摩擦系數(shù)極低兰歼。CVD金剛石膜中不含任何粘結(jié)劑溪毕,其多晶結(jié)構(gòu)又使其在各個方向具有幾乎相同的硬度,且沒有解理面廊擦,因此其綜合機械性能兼具單晶金剛石和聚晶金剛石(PCD)的優(yōu)點穿汽,而在一定程度上又克服了它們的不足,而且價格低廉觉浦。它不僅可代替天然金剛石题束、高壓人造單晶金剛石和聚晶金剛石在機械領(lǐng)域應(yīng)用而且大大拓寬了其應(yīng)用范圍:如制造各種適合拉制軟硬絲的高性能拉絲模具跋岳;焊接型CVD金剛石工具(使用壽命超過PCD工具的1-3倍);制作形狀較為復(fù)雜的CVD金剛石涂層硬質(zhì)合金刀具(使用壽命比涂層前提高10-50倍)秸抚;其低摩擦系數(shù)還可用于摩擦部件如軸承的耐磨涂層等速和。據(jù)國外專家統(tǒng)計,僅應(yīng)用于超硬材料方面就可以開發(fā)剥汤、改造出二千多種新產(chǎn)品健芭。 金剛石在所有材料中的傳聲速度最快,為18.2km/s秀姐。利用此性能不僅能制作頻率響應(yīng)超過5GHz的聲表面波器件(這種最高頻響聲表面波器件在通信領(lǐng)域的應(yīng)用極其廣泛)而且還可制作頻響達60kHz以上的超高保真揚聲器及性能最優(yōu)異的聲傳感器慈迈。 天然金剛石熱導(dǎo)率達20W/cm.K, 為所有物質(zhì)中最高者, 比SiC大4倍, 比Si大13倍, 比GaAs大43倍, 是Cu和Ag的4-5倍; 高純CVD金剛石膜熱導(dǎo)率已達到甚至超過天然金剛石熱導(dǎo)率,而且其較大面積膜片狀形態(tài)使之成為極為理想的電子器件大面積散熱材料(又稱為熱沉)省有,而高絕緣性與低熱膨脹系數(shù)痒留,可作為大功率半導(dǎo)體器件、微波器件和大規(guī)模集成電路最好的熱沉蠢沿。CVD金剛石膜熱沉的大量應(yīng)用將引起電子工業(yè)的一場巨大變革伸头。 CVD金剛石膜在X射線—紫外光—可見光—紅外光很寬的波長范圍內(nèi)都具有高透過性且能抗高溫、抗腐蝕舷蟀、機械強度大恤磷,因此可用作在惡劣環(huán)境中使用的光學窗口等。如各種光制導(dǎo)的高速攔截導(dǎo)彈頭罩和應(yīng)用極廣的多色紅外探測器窗口戈勾、紅外焦平面陣列熱成像裝置窗口绷煎、高功率微波窗口、高功率激光窗口等户痒;透X光特性可成為未來微電子器件制備的亞微米級光刻蝕技術(shù)的理想材料火毕。優(yōu)異光學性能和較低的價格使得CVD金剛石膜在軍用和民用光學領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用前景。 利用CVD金剛石膜優(yōu)異的電學特性赠槽,可用于高溫剃炬、高功率、高頻率幢戳、強輻射環(huán)境中工作的電子器件及各種特性的傳感器等莫诲。它的冷陰極發(fā)光特性,已有可能獲得低功耗外抓、高清晰撇涡、超薄、超大屏幕多種色彩的顯示屏福耐。其最有前途的高溫半導(dǎo)體器件工作溫度可達到600℃葫羡,金剛石高溫半導(dǎo)體器件的問世,將是電子技術(shù)的一場革命。 室溫時可耐所有酸哭懈、堿及溶劑灾馒,即使在高溫時,也抗所有的酸腐蝕遣总〔锹蓿可見,金剛石極其穩(wěn)定旭斥,可用作抗腐蝕防護層容达。在醫(yī)療器械領(lǐng)域,由于金剛石手術(shù)刀極其鋒利并和人體血液不相容垂券,手術(shù)效果佳花盐,病人康復(fù)快,CVD金剛石手術(shù)刀將代替目前使用的金屬手術(shù)器械菇爪;CVD金剛石膜為純碳元素組成且耐磨算芯、耐腐蝕是植入人體內(nèi)金屬元件表面最好的涂層。
CVD金剛石膜在機械凳宙、熱學属圃、光學、聲學尽诀、電子叉砰、航天等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用將對這些領(lǐng)域產(chǎn)生革命性的影響。因此CVD金剛石膜材料被材料學家認為是二十一世紀材料陆宝,“金剛石膜時代已露出曙光”众抽。
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