CVD金刚石应用前景探讨

CVD金刚石应用前景探讨①

谈耀麟

(桂林矿产地质研究,广西桂林　541004)

摘　要:阐述CVD金刚石发展及其在工业金刚石中的重要地位。聚晶质和单晶质CVD金刚石在切削工具、散热元件、耐磨零件、高强度复合线材以及检测器等方面已取得成功的应用,但有些问题仍待解决。对单晶质CVD金刚石的突出性能及其在高科技应用的可能性与发展远景作了评述。关键词:CVD金刚石;应用领域;高科技;发展远景中图分类号:TQ164 文献标识码:A 文章编号:1673-1433(2009)04-0049-05

DiscussionontheprospectfortheapplicationsofCVDdiamond

TANYao2lin(GuilinResearchInstituteofGeologyforMineralResources,Guilin541004,China)

Abstract:ThedevelopmentofCVDdiamondanditsimportantstatusintheindustrialdia2

mondsweredescribed.BothpolycrystallineandsinglecrystalCVDdiamondhaveitssuc2

cessfulapplicationsincuttingtools,heatspreaders,wear2resistantparts,detectors,and

high2strengthcomplexwiresetc,butsomeproblemsremaintobesolved.Theoutstanding

propertiesofsinglecrystalCVDdiamondanditspotentialapplicationsinhigh2techaswell

asitsdevelopmentprospectswerediscussed.

Keywords:CVDdiamond;applicationarea;high2tech;developmentprospect

经济的发展动力在于工业,工业要提高生产率与

加工精度则和金刚石的应用密切相关。天然金刚石资

源稀缺,显然满足不了需求,人造金刚石遂应运而生。

在诸多工业加工领域中,金刚石已被公认为首选之超

硬材料。选用天然金刚石抑或人造金刚石则取决于各

自的突出优异性能与可论证的性价比。因此,在有些

应用领域中,至今人造金刚石尚无法取代天然金刚

石,而在另一些应用领域中人造金刚石则完全取代了

天然金刚石。关键问题在于金刚石的粒度(块度)大

小。迄今,以高温高压方法合成的人造金刚石的粒度

尚不能满足工业特别是军事工程与高端科学技术发

展之需。从技术上说,高温高压合成法有可能生产出4～6mm或以上的大块度人造金刚石,但从经济方面说是不可取的。原因是工艺过程难控、周期长、再现率

差、成本高。金刚石的最大特点就是其硬度,是公认的

已知的最硬物质。就工业应用而言,金刚石的这一优

点也恰恰是它的缺点,因为极难加工成所需之形状。

众所周知,工业与科技应用的金刚石需要各种各样的

形状。鉴于以上原因,作为世界上最大工业金刚石的

研发机构与供应商,元素6公司于上世纪90年代初即

改变研究重点,由大力研究高温高压合成大颗粒人造

金刚石转向研发CVD金刚石。因为CVD金刚石的最

大优点是可以沉积生长成大块度,可以具有所需的形

状与特定的性能。为此,该公司一方面在英国设立了

4①收稿日期:2009-03-10作者简介:谈耀麟(1936-),男,高级工程师,长期从事超硬材料方面的科研和情报工作。

中国等劳动力价格低廉的发展中国家。美国是工业发达的大国,因此也是工业金刚石消

耗的大国,然而它又是天然金刚石资源奇缺的国家。美国对工业金刚石的需求主要是制造业与建筑部门,尤其是国家高速公路网的建设与维修每年要耗用大量工业金刚石。而美国空间技术在军工部门对大块度工业金刚石的需求有增无减,常年重金购买与储备。

从战略高度考虑,不掌控大块度工业金刚石将处于军备竞争与高端科技发展的被动地位。因此近年来美国

一家研究机构一直在研发一种化学气相沉积法的技术,据称可使CVD金刚石的沉积生长速度高于微波等离子化学气相沉积法的生长速度,并认为CVD金

刚石将在计算机技术中起重大作用,因为用金刚石制

造的半导体的性能比硅半导体优越得多,运算速度可更快,而且允许的工作温度可以更高。起初CVD金刚石在机械工业中主要是利用其硬

度与耐磨性而用于制造切削工具,嗣后随着科学技术的发展,它的其它优异性能如热学性能、光学性能、电

子学性能和电化学性能等逐渐被开发应用。目前元素

6公司生产的CVD金刚石产品计有光学级、热学级、机械级、电化学级、单晶质金刚石片、电子级单晶质金

刚石片和用户要求的特型等七大类。现将CVD金刚

石的应用领域与发展前景论述如下。

1　切削工具

CVD金刚石用于切削有两种形式:聚晶质CVD金刚石薄膜和单晶质CVD金刚石厚膜或片,可切割

成不同形状。单晶质CVD金刚石切削工具主要用于加工强度高而质量轻的结构材料如金属基体复合材料(MMCS)等,存在问题是不能制成形状复杂的切削工具。聚晶质CVD金刚石薄膜常用作超硬覆层材

料附着于切削工具刀头或刃部,如钻头、铰刀、扩孔器、尖底锪等来加工有色金属、塑料、复合材料(碳素纤维或玻璃纤维增强)等,与碳化钨硬合金刀具相比,切削速度更快,使用寿命更长、加工的光洁度更高。

CVD金刚石薄膜还用于拉丝模芯,可拉制钨、钼、铝、铜、不锈钢等金属或合金的线材。由于汽车制造业与航空航天工业的发展,高强度、高耐磨性的铝基轻合金的应用越来越广泛。采用

CVD金刚石切削工具加工超低共熔体铝硅合金比用传统的碳化钨硬质合金刀具优越得多。目前用热丝极化学气相沉积工艺可以将聚晶质金刚石膜直接沉积

在不同材质的基体上并在各种基体形状上获得高质

量的金刚石附着层。微晶质金刚石沉积附着层具有较

高的耐磨性和附着力;而纳微晶质金刚石沉积附着层

则可制成较小的切削刃半径,而且与工件接触面的摩

擦系数较小。纳微晶质金刚石存在大量晶界,裂纹不

易扩展,所以破裂强度较高。应指出的是,作为基体的

碳化钨硬合金的含钴量较低为好,以免影响金刚石膜

之生长与附着。为此,用作基体的碳化钨硬合金需经

过机械和化学预处理以去除表面层附近的钴并使表

面均匀化。对于形状较复杂的切削工具如螺纹铣刀

等,采用较高硬度和抗弯强度而含钴量中等的碳化钨

硬合金作基体有可能克服目前形状复杂刀具表面上

金刚石沉积层附着力不够大的问题[1]。

2　散热元件

CVD金刚石的导热率比铜高五倍,是制作散热

片的极佳材料,其性能远优于传统材料。热学级CVD金刚石膜制作大功率光电子器件和大功率半导体二

极管激光器的热扩散元件已应用于光通讯和军事工

程。目前用于激光二极管、大功率晶体管、大功率分立

二极管等用的散热元件是用CVD金刚石膜经激光切

割成25mm见方,并经磨光后厚度为0.2～1.0mm的

薄片制成,具有很好的热扩散和热传导性。随着生产

成本的降低还可广泛应用于热敏器件、发光二极管、

射频功率晶体管以及小型微波集成电路等。核心技术

在于导体化(金属化),使金刚石与金属元件很好接

触,从而很快降低器件的温度,使它的性能更好更可

靠、使用寿命更长[1]。

3　医疗器具

CVD金刚石用作外科手术刀具有十分锋利的刀

刃,比传统的钢刀片锋利许多倍,可精确操控切割过

程使伤口更快愈合。

利用CVD金刚石的特殊综合性能可以之制造人

工股关节的杯形支承件。CVD金刚石制作的放射性

剂量计已应用于医疗剂量控制。

在牙科治疗中使用超声波驱动的CVD金刚石针

状磨头替代传统的高速金刚石牙钻可以更精确地磨

掉龋齿的腐败部分而保留健康的牙齿结构,操作时噪

音、振动、发热和压迫感显著降低,因而减少了牙病患

者特别是儿童牙病患者的痛楚[3]。CVD金刚石牙科

CVD金刚石在癌症治疗中也有许多应用,如制

作离子射束检测器等。离子射束对人体细胞组织可产

生特殊的物理和生物作用,因而可有针对性地摧毁某

些癌细胞而保留健康的细胞组织。此外,在癌症治疗

之前也需用CVD金刚石制作的检测器来检测辐射束

的断面大小和确定辐射的绝对剂量。前者应用的是聚

晶质CVD金刚石,后者则是单晶质CVD金刚石[4]。

4　光学器件

CVD金刚石的纯度高具有很好的透光性。光学

级CVD金刚石膜在紫外线到红外线的长波范围内有

很高的光谱通过性能,加之优良的热学性能、机械性

能,并结合其低漫射性,在光学领域中有着重要而广

阔的应用,是极好的光学窗口材料,可在恶劣环境中

使用,例如用作紫外光、红外光、大功率CO2激光出射

窗口、大功率微波窗口等。半球形CVD金刚石窗口在

军事工程上有很重要的应用,如高速导弹的头罩和机

载红外热成像装置的窗口等。传统的红外光窗口用

ZnS、ZnSe或Ga制造,由于性脆易坏而采用CVD金

刚石薄膜强化,但CVD金刚石薄膜是聚晶质的,而且

表面光滑度不够高,可使红外线信号产生衰减和散射

从而降低析像能力。因此,目前已趋向于采用单晶质

CVD金刚石厚膜(片)来制作红外光窗口。此外还用作单色光镜、分光镜等。

在无线电远程通信中用的喇曼激光器一直是采

用硅等材料制作。目前采用CVD金刚石制成的喇曼

激光器是一种新型的固态激光器,在水下成像、内科

成像、眼科学、癌症治疗以及多光谱成像等方面将开

创新的应用领域。用CVD金刚石作固态激光器可以

使其结构小而紧凑,具有更大的功率操作能力,并可

用目前无法利用的波长工作,因此具有广阔的应用前

景。特别是元素6公司研制的超低重析率单晶质CVD金刚石为金刚石在光电子学上尤其是在激光器上的

应用迈出了坚实的一步[5]。

5　声学器件

特殊的穹面形CVD金刚石结合其极好的刚性和

相对较轻的质量是制造高保真灵敏度的高频扬声器

的理想材料。此种产品已于2004年面市。CVD金刚

石在声学上的进一步应用尚有待研究开发。6　耐磨零件

利用CVD金刚石的高硬度高耐磨性结合其很好

的抗拉强度和断裂韧性可镀覆在有色金属、塑料和复

合材料等表面上制作耐磨零件,目前已成功应用于高

压水喷射切割装置和电化学仪器。不过对黑色金属而

言。目前尚不适合使用这种CVD金刚石耐磨保护层。

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CVD金刚石技术和应用(下)

第２４卷第２期　

２０１２年４月　超　硬　材　料　工　程　

ＳＵＰＥＲＨＡＲＤ　ＭＡＴＥＲＩＡＬ　ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ　Ｖｏ１．２４　Ａｐｒ．２０１２　

ＣＶＤ金刚石技术和应用（下）①　

秦松岩，陈磊，何敬晖，玄真武　

（北京天地东方超硬材料股份有限公司，北京１０００１８）　

摘要：通过大量文献资料和有关网页，叙述了近年来国内外化学气相沉积金刚石的制备、加工和应用技　术研究的进展、商业化现状等。文章列举了大量图片和数据，试图展示近几年ＣＶＤ金刚石有关方面的信　息。文章显示，ＣＶＤ金刚石技术研究和商业开发虽然都取得了长足的进步，但仍然有巨大的发展空间，特　别是在传统的佥刚石无法涉足的一些高技术应用领域。　关键词：ＣｖＤ金刚石；技术；应用；市场　中圈分类号：ＴＱ１６４　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７３—１４３３（２０１２）０２—００３０—０５　

Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ　ａｎｄ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ＣＶＤ　ｄｉａｍｏｎｄ　

ＱＩＮ　Ｓｏｎｇ－ｙａｎ，ＣＨＥＮ　Ｌｅｉ。ＨＥ　Ｊｉｎｇ－ｈｕｉ。ＸＵＡＮ　Ｚｈｅｎ－ｗｕ　

（Ｂｅｉｊｉｎｇ　Ｔｉａｎｄｉ　Ｏｒｉｅｎｔ　Ｓｕｐｅｒ－ｈａｒｄ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ　Ｃｏ．－Ｌｔｄ．．ＢｅＯｉｎｇ　１０００１８　Ｊ　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｕｎｄｅｒ　ｃａｒｅｆｕｌ　ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎｓ　ｏｆ　ｐｕｂｌｉｃａｔｉｏｎｓ　ａｎｄ　ｒｅｌａｔｅｄ　ｗｅｂｓｉｔｅｓ。ｅｎｕｍｅｒａｔｅｄ　ａ　

ｍａｓｓ　ｏｆ　ｄｉａｇｒａｍｓ－ｐｈｏｔｏｓ　ａｎｄ　ｄａｄａ，ｗｅ　ａｒｅ　ｔｒｙｉｎｇ　ｔｏ　ｍａｋｅ　ａｎ　ｏｖｅｒａｌｌ　ｒｅｖｉｅｗ　ｏｎ　ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ，　ｍａｃｈｉｎｉｎｇ－ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ　ａｎｄ　ｍａｒｋｅｔ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　ｃｈｅｍｉｃａｌ　ｖａｐｏｒ　ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ　ｄｉａｍｏｎｄ　

ｆｉｌｍ（ＣＶＤ　ｄｉａｍｏｎｄ）．Ｅｖｅｎ　ｔｈｏｕｇｈ　ｇｒｅａｔ　ｐｒｏｇｒｅｓｓ　ｈａｓ　ｂｅｅｎ　ａｃｈｉｅｖｅｄ　ｒｅｃｅｎｔ　ｙｅａｒｓ，ｔｈｅｒｅ　ａｒｅ　ｓｔｉｌｌ　ｅｘｃｉｔｉｎｇ　ｐｒｏｓｐｅｃｔｓ　ｆｏｒ　ｔｈｉｓ　ｅｘｔｒａｏｒｄｉｎａｒｙ　ｍａｔｅｒｉａｌ，ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｆｉｅｌｄ　ｔｈａｔ　

cvd金刚石磁化率的标准

摘要：

1.引言：CVD金刚石概述及磁化率的重要性

2.CVD金刚石磁化率的测量方法

3.标准大气条件下CVD金刚石的磁化率数值

4.磁化率测量结果的误差分析

5.结论：CVD金刚石磁化率标准在实际应用中的意义

正文：

【引言】

化学气相沉积（CVD）金刚石因其卓越的物理和化学性能，在工业领域具有广泛的应用。磁化率是描述材料磁性的重要参数，对于研究和应用CVD金刚石的材料来说，了解其磁化率标准具有重要意义。本文将介绍CVD金刚石磁化率的标准，并探讨其在实际应用中的重要性。

【CVD金刚石磁化率的测量方法】

CVD金刚石磁化率的测量方法主要包括以下几种：

1.振动磁化法：通过测量金刚石在磁场中振动频率的变化，计算磁化率。

2.扭矩磁化法：通过测量金刚石在磁场中扭矩的变化，计算磁化率。

3.磁阻抗法：通过测量金刚石在磁场中磁阻抗的变化，计算磁化率。

【标准大气条件下CVD金刚石的磁化率数值】

在标准大气条件下（温度293K，压力101.3kPa），CVD金刚石的磁化率数值约为10^-9～10^-7 J/T。需要注意的是，这个数值只是一个大致的范围，实际测量结果可能因金刚石的生长条件、结构和质量等因素而有所不同。

【磁化率测量结果的误差分析】

磁化率的测量误差主要来源于以下几个方面：

1.测量设备的精度：测量设备的精度直接影响到磁化率的测量结果。

2.金刚石样品的制备和处理：金刚石样品的制备和处理过程可能导致磁化率的测量误差。

3.磁场强度和测量角度：磁场强度和测量角度的改变可能导致磁化率的测量误差。

【结论】

CVD金刚石磁化率的标准对于研究和应用CVD金刚石的材料具有重要的指导意义。了解CVD金刚石的磁化率标准，有助于提高磁性材料的性能，优化磁性材料的结构和制备工艺。同时，对磁化率的测量方法和误差分析的掌握，也为实验研究和工程应用提供了有力的支持。

单晶CVD金刚石作为功能材料的应用

谈耀麟

【期刊名称】《超硬材料工程》

【年(卷),期】2008(020)003

【摘要】阐述单晶CVD金刚石的发展、特性及应用.分析了单晶CVD金刚石在工业与技术应用方面的优越性.目前其重要应用领域主要包括:半导体器件;微波技术;监测器件与检测系统;光纤通讯以及光信息存储技术等.

【总页数】5页(P35-39)

【作者】谈耀麟

【作者单位】桂林矿产地质研究院,广西,桂林,541004

【正文语种】中文

【中图分类】TQ164

【相关文献】

1.高速生长CVD金刚石单晶及应用 [J], 王启亮;吕宪义;成绍恒;张晴;李红东;邹广田

2.单晶质CVD金刚石的特性及其制作切削工具的应用 [J], 谈耀麟

3.CVD金刚石大单晶外延生长及高技术应用前景 [J], 吕反修;黑立富;刘杰;宋建华;李成明;唐伟忠;陈广超

4.应用CVD金刚石涂层工具研磨单晶蓝宝石 [J], 卢文壮;杨斌;冯伟;杨旭;蔡文俊

5.MPCVD金刚石单晶的制备及其应用前景 [J], 刘晓晨;姜龙;安晓明

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2024年金刚石市场前景分析

概述

本文对金刚石市场的前景进行深入分析，包括市场规模、发展趋势、竞争态势等方面的内容，旨在帮助读者了解金刚石市场的潜力和机遇。

市场规模

金刚石作为一种高硬度、高热导率、高耐磨性的材料，在工业领域有广泛的应用。根据市场研究机构的数据显示，金刚石市场从2017年到2021年的年均增长率约为6%，市场规模逐渐扩大。

金刚石市场主要分为人造金刚石和天然金刚石两大板块。目前，人造金刚石市场占据主导地位，占据金刚石市场总体份额的70%以上。随着技术的进步和工艺的不断改进，人造金刚石的品质不断提高，对于一些特定领域的需求将进一步增长。

发展趋势

技术创新驱动市场增长

随着科技的发展，金刚石的制备技术也在不断创新，为金刚石市场的增长提供了有力支持。目前，纳米金刚石、单晶金刚石、多晶金刚石等新型金刚石材料得到广泛应用，为金刚石市场带来了新的增长点。应用领域不断拓展

金刚石在工业、电子、建筑、医疗等领域有广泛的应用。随着各行各业对高性能材料的需求不断增加，金刚石市场的应用领域也在不断拓展。尤其是在电子行业和汽车行业，金刚石材料的应用增长迅猛，将为金刚石市场带来新的发展机遇。

区域市场发展不平衡

金刚石市场的发展在全球范围内存在一定的不平衡性。目前，北美地区和欧洲地区是金刚石市场的主要消费地区，占据了全球市场份额的较大比例。而亚太地区和中东地区的金刚石市场发展相对滞后。随着亚太地区经济的不断发展和工业结构的调整，金刚石市场在这些地区的潜力逐渐释放。

竞争态势

金刚石市场竞争激烈，主要厂商包括De Beers、Element Six、Saint Gobain等知名金刚石生产商。这些公司通过技术创新、品牌建设和市场定位等手段来提高市场份额。此外，一些新兴厂商也在不断涌现，加剧了市场的竞争。

结论

综上所述，金刚石市场在技术创新、应用拓展和市场需求推动下呈现出良好的发展态势。尽管市场竞争激烈，但金刚石市场仍然存在巨大的潜力和机遇。对于厂商来说，关注技术创新、加强市场营销和品牌建设将有助于抓住市场机遇，取得更好的发展。

单晶质CVD金刚石的特性及其制作切削工具的应用

第１９卷第６期　２００７年１２月　超　硬　材　料　工　程　ＳＵＰＥＲＨＡＲＤ　ＭＡＴＥＲＩＡＬ　ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ　Ｖｏｌ－１９　Ｄｅｃ．２００７　

单晶质ＣＶＤ金刚石的特性及其制作切削工具的应用①　

谈耀麟　（桂林矿产地质研究院，广西桂林５４１００４）　摘要：阐述单晶质ＣＶＤ金刚石作切削工具所应考虑的力学与热学性质。元素６公司进行的研究试验表　明，单晶质ＣＶＤ金刚石切削工具在加工强度高质量轻的结构材料如金属基体复合材料（ＭＭＣｓ）等方面具　有广阔发展前景。ＣＶＤ金刚石镀覆工具在现代飞机制造业中加工碳纤维增强塑料（ＣＦＰｓ）和ＣＦＰ一金属复　合材料已显示出其重要作用。在汽车工业中用单晶金刚石镀覆刀片高效高精度车削含硅铝合金（Ａｌ—　Ｓｉｌ１Ｃｕ２Ｆｅ）材料的试验取得了良好的效果。　关键词：单晶质ＣＶＤ金刚石；特性；切削工具；金属基体复合材料；碳纤维增强塑料　中图分类号：ＴＱ１６４　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７３—１４３３（２００７）０６－－ＯＯ４２一Ｏ３　Ｔｈｅ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　ｍＯｎＯｃｒｙｓｔａＩｌｉｎｅ　ＣＶＤ　ｄｉａｍｏｎｄ　ａｎｄ　ｉｔｓ　ａｐｐｌ　ｉｃａｔｉｏｎｓ　ｆｏｒ　ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ　ｃｕｔｔｉｎｇ　ｔｏｏｌｓ　ＴＡＮ　Ｙａｏ—ｌｉｎ　（Ｇｕｉｌｉｎ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｇｅｏｌｏｇｙ　ｒ　Ｍｉｎｅｒａｌ　Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ，Ｇｕｉｌｉｎ　５４１００４，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ａｎｄ　ｔｈｅｒｍａｌ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｔｈａｔ　ｓｈｏｕｌｄ　ｂｅ　ｔａｋｅｎ　ｉｎｔｏ　ａｃｃｏｕｎｔ　ｏｆ　ｍｏｎｏｃｒｙｓｔａＵｉｎｅ　ＣＶＤ　ｄｉａｍｏｎｄ　ｆｏｒ　ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ　ｃｕｔｔｉｎｇ　ｔｏｏｌｓ　ｗｅｒｅ　ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ．Ｂｒｏａｄ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｐｒｏｓｐｅｃｔｓ　ｏｆ　ｍｏｎｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ　ＣＶＤ　ｄｉａｍｏｎｄ　ｃｕｔｔｉｎｇ　ｔｏｏｌｓ　ｉｎ　ｍａｃｈｉｎｉｎｇ　ｈｉｇｈ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ，ｌｉｇｈｔ　ｗｅｉｇｈｔ，ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｓ　ｍａｔｅｒｉａｌｓ　ｓｕｃｈ　ａｓ　ｍｅｔａｌ　ｍａｔｒｉｘ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ（ＭＭＣｓ）　ｗｅｒｅ　ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｅｄ　ｂｙ　ｓｔｕｄｉｅｓ　ａｎｄ　ｔｅｓｔｓ　ｃａｒｒｉｅｄ　ｏｕｔ　ａｔ　Ｅｌｅｍｅｎｔ　Ｓｉｘ　Ｌｔｄ．Ｔｈｅ　ｉｍｐｏｒｔａｎｔ　ｒｏｌｅ　ｏｆ　ＣＶＤ　ｄｉａｍｏｎｄ　ｃｏａｔｅｄ　ｔｏｏｌｓ　ｉｎ　ｍａｃｈｉｎｉｎｇ　ｃａｒｂｏｎ—ｆｉｂｒｅ　ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ　ｐｌａｓｔｉｃｓ（ＣＦＰｓ）ａｎｄ　ＣＦＰ—ｍｅｔａｌ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ　ｗａｓ　ｍａｎｉｆｅｓｔｅｄ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｍｏｄｅｒｎ　ａｉｒｐｌａｎｅ　ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ．Ｉｎ　ｔｈｅ　ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ　ｉｎｄｕｓｔｒｙ　ｇｏｏｄ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｏｆ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ　ｕｓｉｎｇ　ｓｉｎｇｌｅ—ｃｒｙｓｔａｌ　ｄｉａｍｏｎｄ　ｗｉｐｅｒ　ｉｎｓｅｒｔ　ｉｎ　ｈｉｇｈ—ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ　ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ　ｔｕｒｎｉｎｇ　ｓｉｌｉｃｏｎ—ｂｅａｒｉｎｇ　ａｌｕｍｉｎｕｍ　ａｌｌｏｙ（Ａ１一ＳｉｌｌＣｕ２Ｆｅ）ｗｅｒｅ　ｏｂｔａｉｎｅｄ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｍｏｎｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｇ　ＣＶＤ　ｄｉａｍｏｎｄ；ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ；ｃｕｔｔｉｎｇ　ｔｏｏｌ；ｍｅｔａｌ　ｍａｔｒｉｘ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ；ｃａｒｂｏｎ—ｆｉｂｒｅ　ｒｅｉｎｆｏｃｃｅｄ　ｐｌａｓｔｉｃ　金刚石切削工具材料通常根据其来源分为天然　金刚石与人造金刚石。人造金刚石由于合成方法不同　分为高温高压合成金刚石与化学气相沉积（ｃＶＤ）金　刚石。高温高压合成金刚石包括人造单金刚石和聚晶　金刚石。ＣＶＤ金刚石因显微结构不同而有单品质与　多晶质之分。　综观工业金刚石的发展，目前已应用到第六代产　品Ｌ１］，即速效沉积ＣＶＤ金刚石。第一代是天然金刚　石，第二代是人造金刚石（晶粒），第三代是聚晶金刚　石（ＰｃＤ）。第四代是大颗粒单晶金刚石。第五代是惰　态沉积ＣＶＤ金刚石。元素６公司近期研制投产并积　极开发应用的单晶质ＣＶＤ金刚石即属于第六代工业　金刚石。作为第一代工业金刚石的天然金刚石资源稀　缺，价格昂贵。第二代的高温高压合成的人造金刚石　①收稿日期：２００７—１Ｏ一２９　作者简介：谈耀耪（１　９３６一）、男，高级工程师，长期从事超硬材料专业的科研和情报工作。　

我国金刚石锯片的应用前景与发展对策

・综述・　《工　业金刚　石》　第２期　

摘要　本文通过对石材加工业、建筑业以及公路建设等各方面的分析，阐述了我国金　刚石锯片的应用前景，并就存在的问题提出了几点建议。　关键词人造金刚石超硬材料金刚石锯片应用前景对策　

１　人造金刚石的发展与应用　自５Ｏ年代初实验确定金刚石人工合成必　须高温高压，必须有触媒以来，１９５４年１２月１６　日，美国Ｇ．Ｅ．公司以粉末态的金属和石墨为　原料，合成了世界上第一批人造金刚石。我国　超硬材料的发展从１９６３年第一次实验室合成　金刚石至今，已走过了３Ｏ多年的历程。历经了　从小到大，从实验室到商业化生产的全过程，已　成为全球的金刚石生产大国，人造金刚石的产　量已位居世界第一。金刚石制造的发展阶段见　表１。　表１金刚石制造发展阶段　第一代　天然金刚石　第二代　合成金刚石（及立方氮化硼）　第三代　第四代　第五代　第六代　聚晶金剐石（及立方氮化硼）　大单晶　ＣＶＤ金刚石（不可控镪的）　ＣＶＤ金剐石（可人为控镪的）　由于金刚石的结构特殊而具有许多特异的　性质，金刚石是目前自然界中最坚硬的一种物　质。在以相对刻划为基础的摩氏硬度级别中，　被列为最硬的一级——十级。它的绝对硬度是　刚玉的１５０倍，是石英的１１５０倍。将其与结合　剂通过烧结、电镀等方法结合起来做成的超硬　材料工具，广泛应用于地质勘探、石材、机械、汽　车及国防工业等各个领域。随着机械加工用的　磨具、刀头、地质钻头及石材锯切工具的制造工　艺水平的不断提高，超硬材料工具生产已系列　化、标准化，规格齐全、质量稳定，其中的激光焊　接金刚石锯片等产品更是在国际市场上得到广　泛地应用。近５Ｏ年人造金刚石应用领域的发　展见表２。　这些应用主要是利用它的力学物理性能作　为结构材料使用。近年来，随着超硬材料薄膜　和超硬材料纳米技术的开发，超硬材料的应用　逐步拓展到它的热学、光学、电学等功能方面。　超硬制品的逐步推广及扩大应用，无疑是　超硬材料发展的直接动力，在具有知识产权的　六面顶压机制造技术和中低档人造金刚石合成　技术、金刚石制品制造技术、耐热型聚晶制作技　术等方面具有优势，部分产品如金刚石切割锯　

CVD合成金刚石简介

检测方法 FT-IR，XRR，拉曼

这个方法是一个俄罗斯人首先提出的，由此可见俄罗斯人的确很牛。

这种方法可以合成大面积金刚石薄膜，大面积哦，这是由于现在可以得到很大规模的等离子

体，所以这种方法在研究领域可谓不可多得，只用甲烷就可以得到大面积的金刚石。

CVD金刚石可以用各种方法合成，其中晶粒生长速度最快的则为热等离子体CVD工艺。我

们试验室过去曾试图用DC等离子体CVD工艺合成金刚石厚膜，并就膜与基底的附着强度

和膜的性质作过探讨。但是，热等离子体工艺存在沉积面积和膜质量都不如其它CVD工艺

等问题。CVD金刚石薄膜应用中对扩大沉积面积有着强烈的需求。

金刚石在所有已知物质中具有最高的硬度、高耐磨率、良好的抗腐蚀性、低的摩擦系数、高

的光学透射率(对光线而言从远红外区到深紫外区完全透明) 、高的光学折射率、高空穴迁

移率、极佳的化学惰性,既是热的良导体,又是电的绝缘体,掺杂后可形成P和N型的半导体。

金刚石有如此多优异性能,因而在国民经济上有着广泛的用途。金刚石从真空紫外光波段到

远红外光波段对光线是完全透明的，因此金刚石膜作为光学涂层的应用前景非常好，可用作

红外光学窗口和透镜的保护性涂层。以及在恶劣环境下工作的红外在线监测和控制仪器的光

学元件涂层。在工业制造领域，需要大量轻量化、高强度的材料，用具有高硬度、高耐磨性

的金刚石制成的刀具有长寿命、高加工精度、高加工质量等优异特性，而将金刚石薄膜直接

沉积在刀具表面不仅价格大大低于聚晶金刚石刀具，而且可以制备出具有复杂几何形状的金

刚石涂膜刀具，在加工非铁系材料领域具有广阔的应用前景。金刚石在室温下具有最高的热

导率，又是良好的绝缘体，因而是大功率激光器件、微波器件、高集成电子器件的理想散热

材料。金刚石能掺杂为P和N型的半导体,与现有半导体材料相比，具有最低的介电常数，

最高的禁带宽度，较高稳定性,很高的电子及空穴迁移率和最高的热导率,性能远优于Si半导

体,是替代Si的理想材料。它有可能用于制备微波甚至于毫米波段超高速计算机芯片，高电

CVD金刚石厚膜刀具及应用研究

２０１０年ｏ４月第２期　第３０卷总第１７６期　金刚石与磨料磨具工程　Ｄｉａｍｏｎｄ＆Ａｂｒａｓｉｖｅｓ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ａｐｒ．２０１０　Ｎｏ．２　Ｖｏ１．３０　Ｓｅｒｉａ１．１７６　

文章编号：１００６—８５２Ｘ（２０１０）０１—００２９—０６　

ＣＶＤ金刚石厚膜刀具及应用研究　

邓福铭　卢学军　赵志岩　刘瑞平　李文铸　（１．中国矿业大学（北京）超硬刀具材料研究所，北京１０００８３）　（２．北京迪蒙特佳工模具技术有限公司，北京１０００８３）　

摘要热丝ＣＶＤ法沉积金刚石厚膜为全晶质纯多晶金刚石材料，是制造切削刀具的理想材料。本文针　对国内外ＣＶＤ金刚石厚膜焊接刀具研究与应用中存在的关键技术问题，结合我所近期相关技术研究进　展，重点介绍了其制造工艺及关键技术。　

关键词化学气相沉积（ＣＶＤ）；ＣＶＤ金刚石厚膜；刀具　中图分类号ＴＱ１６４；ＴＧ５８文献标识码Ａ　ＤＯＩ编码１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００６—８５２Ｘ．２０１０．０２．００７　

Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｎ　ｃｈｅｍｉｃａｌ　ｖａｐｏｒ　ｄｅｐｏｓｉｔｅｄ　ｄｉａｍｏｎｄ　ｔｈｉｃｋ　

ｆｉｌｍ　ｔｏｏｌ　ａｎｄ　ｉｔｓ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ　

Ｄｅｎｇ　Ｆｕｍｉｎｇ　Ｌｕ　Ｘｕｅｊｕｎ　・　Ｚｈａｏ　Ｚｈｉｙａｎ　Ｌｉｕ　Ｒｕｉｐｉｎｇ　Ｌｉ　Ｗｅｎｚｈｕ　（１．Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｓｕｐｅｒｈａｒｄ　Ｃｕｔｔｉｎｇ　Ｔｏｏｌ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｃｈｉｎａ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｍｉｎｉｎｇ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（Ｂｅｏ＇ｉｎｇ），　

Ｂｅ￣ｉｉｎｇ　１０００８３，Ｃｈｉｎａ）　（２．Ｂｅｏ＇ｉｎｇ　Ｄｉａｍｏｎｄ　Ｂｅｓｔ　Ｃｕｔｔｉｎｇ　Ｔｏｏｌ　ａｎｄ　Ｗｉｒｅ　Ｄｒａｗｉｎｇ　Ｄｉｅｓ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｌｔｄ．Ｃｏ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　１　０００８３，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ　ＣＶＤ　ｄｉａｍｏｎｄ　ｔｈｉｃｋ　ｆｉｌｍ，ｓｙｎｔｈｅｓｉｚｅｄ　ｂｙ　ｈｏｔ・ｆｉｌａｍｅｎｔ　ｃｈｅｍｉｃａｌ　ｖａｐｏｒ　ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄ，ｉｓ　ｐｕｒｅ　

金刚石膜的应用以及制备方法

——————微波等离子体ＣＶD制备金刚石膜

前言:

随着对金刚石的深入研究以及广泛应用，对硬质碳素材料有了进一步探索和需求，因此渴望找到一种可以代替金刚石的的材料。自从1971年Aisｅnberｇ和Chaｂｏt第一次利用碳的离子束沉积技术制备出具有金刚石特征的非晶碳膜以后，全球范围内掀起了制备类金刚石薄膜的浪潮。金刚石膜具有高硬度、低摩擦系数、高弹性模量、高热导、高绝缘、高稳定性、宽能隙和载流子高迁移率等优异性质和这些优异特性的组合，是一种在传统工业、军事、航天航空和高科技领域具有广泛应用前景的新材料，被称为是继石器时代、青铜器时代、钢铁时代、硅时代以来的第五代新材料，亦被称为是继塑料发明以来在材料科学领域的最伟大的发明。

微波等离子体化学气相沉积金刚石膜（简称：ＣＶD金刚石膜），具有沉积速度快、纯度高、成膜均匀、面积大、结晶好、成本低等优点，是当今国际上制备金刚石膜的最先进方法,亦是金刚石膜制备技术的发展方向。世界上各大金刚石膜制品公司皆主要采用微波等离子体化学气相法制备金刚石膜。

一、金刚石膜在当代社会中的重要作用。

(1）金刚石膜刀具应用

金刚石膜硬度高、热导率高、摩擦系数低、生物相容性好以及这些优异性能的组合,可制成金刚石膜的切削刀具、机芯、密封件、人工关节等。使用金刚石膜工具不仅可以极大提高工具的使用寿命与工效，还可以极大提高加工精度。更重要的是解决了超硬合金、陶瓷材料、碳纤维、玻璃纤维等超难加工材料的切削加工难题，为高、新、精、尖技术和工艺的发展奠定了基础。

（２）金刚石膜光学应用 --

-- 使用微波等离子体化学气相法沉积金刚石膜于镜头、钟表、仪表等表面，可制造真正的永不磨损镜头和钟表等,并极大提高光学镜头的适用范围和成像质量,适应各种恶劣的环境。美国哈勃望远镜的镜头使用了表面沉积金刚石薄膜技术，以适应外太空的恶劣环境和提高成像质量。

(３）金刚石膜航天应用

论CVD金刚石合成技术及其发展趋势

第２２卷第３期　２０１０年６月　超　硬　材　料　工　程　

ＳＵＰＥＲＨＡＲＤ　ＭＡＴＥＲＩＡＬ　ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ　Ｖｏ【．２２　

Ｊｕｎ．２０１０　

论ＣＶＤ金刚石合成技术及其发展趋势①　

谈耀麟　

（桂林矿产地质研究院，广西桂林５４１００４）　

摘要：阐￣ＨＰＨＴ金刚石发展的局限性与ＣＶＤ金刚石的进展历程。论述ＣＸＣＶＤ技术合成金刚石的方法　及其发展趋势，包括提高ＣＶＤ速度和改进ＣＶＤ金刚石性质　关键词：ＣＶＤ金刚石；ＨＰＨＴ金刚石；ＣＶＤ技术；发展趋势　中图分类号：ＴＱ１６４　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７３～１４３３（２０１０）０３－－ｏ０２９一ｏ５　

Ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎ　ｏｎ　ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ　ｏｆ　ＣＶＤ　ｄｉａｍｏｎｄ　ａｎｄ　ｉｔｓ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｔｒｅｎｄ　

ＴＡＮ　Ｙａｏ—ｌｉｎ　（Ｇｕｉｌｉｎ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｇｅｏｌｏｇｙ　ｆｏｒ　Ｍｉｎｅｒａｌ　Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ，Ｇｕｉｌｉｎ　５４１００４，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｌｉｍｉｔａｔｉｏｎｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　ＨＰＨＴ　ｄｉａｍｏｎｄ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ａｄｖａｎｃｅｍｅｎｔ　ｃｏｕｒｓｅ　ｏｆ　ＣＶＤ　ｄｉａｍｏｎｄ　ａｒｅ　ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ　ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ．Ｔｈｅ　ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ　ｏｆ　ｄｉａｍｏｎｄ　ｕｓｉｎｇ　ＣＶＤ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ　ａｎｄ　ｉｔｓ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｔｒｅｎｄｓ　ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ　ｔｏ　ｉｎｃｒｅａｓｅ　ｔｈｅ　ｇｒｏｗｔｈ　ｒａｔｅ　ｏｆ　ＣＶＤ　ａｎｄ　

ｅｎｈａｎｃｅｄ　ｔｈｅ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　ＣＶＤ　ｄｉａｍｏｎｄｓ　ａｒｅ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．　

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＣＶＤ　ｄｉａｍｏｎｄ；ＨＰＨＴ　ｄｉａｍｏｎｄ；ＣＶＤ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ；ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｔｒｅｎｄ　

金刚石以其极高的硬度用作工具与磨料历史悠　

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