贵州首次合成出7.6 mm金刚石大单晶,你还不知道大单晶的高端应用?

爱锐网 2018-12-06 20:20:51


2017年6月,贵州省铜仁学院李勇课题组在高精密国产六面顶高压设备上采用温度梯度法成功合成了尺寸达7.6 mm,重量达1.65克拉的优质金刚石大单晶,该技术填补了贵州省人工合成金刚石大单晶领域的空白。



为了满足目前市场上金刚石大单晶供不应求的局面,本课题组正在积极开展金刚石大单晶的产业化研究。该研究的进行在吉林大学超硬材料国家重点实验室“长江学者”贾晓鹏教授、“新世纪优秀人才”马红安教授的大力支持和铜仁学院领导的关心与帮助下,得到了国家自然科学基金、中国博士后基金面上项目、贵州省教育厅自然科学基金重点项目、贵州省科技厅联合基金项目、铜仁学院博士科研项目等项目的资助。


单晶金刚石的人工合成方法一般分为两类:高温高压法(High Temperature High Pressure, HTHP)和化学气相沉积法(Chemical Vapor Deposition, CVD)。CVD 法所制备的高质量单晶金刚石,则可做到完全无色透明,几乎没有任何杂质,同时如果在生长过程中有选择性的通入掺杂气体,便可以制备出多种有色金刚石。正因为CVD金刚石具有如此多的优点,其将成为未来材料发展的主流,可广泛应用到如机械加工、通信、半导体、能源、国防、航空航天、军事武器等尖端领域中的关键部位。


单晶金刚石的高端应用


超精密加工

起源于上世纪50年代,金刚石作为切削材料目前已经成功应用于超精密加工领域。相比聚晶金刚石(Poly Crystal Diamond, PCD),单晶金刚石(Single Crystal Diamond, SCD)内部没有晶界,使用SCD作为刀头的刀具可以达到原子级的平直度及锋利度;通过SCD刀具的超光洁表面和无缺陷副切削刃的作用,可加工出光洁度极高的镜面,这是目前其它任何材料无法达到的。因此SCD刀具已广泛应用于航空航天、精密仪器仪表等领域。

光学应用

金刚石在目前所有的固体材料中具有最宽的透过光谱,从紫外的225nm到红外的25μm(波长1.8μm-2.5μm除外),以及到微波范围内,金刚石都具有优良的透过性。由于金刚石此种优异的光学特性,同时抗辐照损伤性强,加上其高硬度、高热导率、高化学稳定性和低膨胀系数,金刚石是制作现代红外光学窗口的理想材料。同时MPCVD单晶金刚石还可以做成大功率激光器件的输能窗口,金刚石的耐高温及耐热震特性可使激光器件输出功率大幅度的提高。


粒子探测器

金刚石探测器相比于传统的硅基探测器具有灵敏度高、暗电流小、抗辐射能力强以及使用年限长等优点。这是因为金刚石具有极宽的禁带宽度(5.45eV),且金刚石晶格中C-C键键能非常高,以及碳原子对高能粒子辐射的吸收截面很小等特性决定的。当高能粒子经过单晶金刚石时,由粒子的离化作用在金刚石晶体内部形成电子-空穴对,对金刚石施加外加电场时,电子和空穴分别朝反方向运动,即形成迁移电流,迁移电流的强度与入射高能粒子的强度与数量成正比,通过检测迁移电流的大小即完成对入射粒子强度的测量。


由于金刚石粒子探测器的优良特性,使其特别适用于需要检测高能粒子的装置,如核聚变堆和核裂变堆,空间辐射探测器等。


半导体及电子器件

由于单晶金刚石具有高电子和空穴迁移率、高击穿电压、高热导率,在掺杂后可半导体化,使其成为目前已知的最优秀的宽禁带高温半导体材料。目前已经在MPCVD法制备的大尺寸单晶金刚石上获得高达1150m2/V的迁移率。一旦以金刚石为基体的高温半导体可以大规模应用,那么目前世界上的硅基半导体产业将面临巨大变革,金刚石高温半导体将会引领下一次半导体产业革命。


宝石级金刚石(合成钻石)

因为天然金刚石在自然界中极其稀有,基本属于不可再生资源,同时其具有特殊的性质和光泽,因此自古以来都被人们作为高级的装饰品。天然金刚石普遍较小而且售价昂贵,而使用MPCVD法可制备出大颗粒宝石级单晶金刚石,经过抛光打磨等处理得到的成品可媲美天然金刚石,其光泽和性质甚至优于天然金刚石。使用MPCVD法制备单晶金刚石的过程中如果掺入其他元素,还可以制出各种色彩的金刚石,其装饰作用远飞天然金刚石可比拟的。


金刚石,俗称“钻石”,是当今世界物质中集最大硬度、最大热导率、最小压缩率、最宽透光波段、最快声速、抗强酸强碱腐蚀、抗辐射、击穿电压高、载流子迁移率大等多种优异性能于一体的极限性功能材料,它广泛应用于工业、军事、科技、医疗、珠宝等诸多领域。这些独特的物理化学性质结合在一起使金刚石可以应用于众多领域,这也使得金刚石成为近几十年中最有潜力的新型功能材料之一。


但天然金刚石数量少,价格高等因素很大程度上限制了其市场应用,因此科学家寻找人工的方法合成金刚石,以缓解大量的工业需求。人造金刚石具备与天然金刚石相同的结构而且有与之相媲美的性能,同时成本相对天然金刚石低廉,具有广泛的工业应用和商业前景。

工磨具行业知名品牌推荐



爱锐网

已成立行业交流群

勾搭小锐

(小锐微信:airuikefu)

备注“切磨抛交流”

即可让小锐拉你入伙哦~



长按指纹 > 识别图中二维码 > 添加关注

小平台   大时代

【热门资讯】


多家棕刚玉企业被曝停产,棕刚玉再掀价格战


爸爸,别再卖砂轮了,好吗?


广交会上,大象磨具再次满载而归~


引以为戒!南京一卖假钻头商家被查封!告诉你的客户:为什么不要买便宜货?


什么样的企业家才能当选十九大代表?


王牌:做漂亮砂布意味着什么?

更多最新行业资讯,点击下方阅读原文查看