金刚石的介绍

单晶金刚石的制造工艺
1.静压触媒法 是指在金刚石热力学稳定的条件下，在恒定的超高压 高温和触媒参与的条件下合成金刚石的方法。 2.动压法 动压法主要是爆炸法，爆炸法压力温度条件与不用触 媒的静压法相似（压力一般在20Gpa以上），但产生高温 高压的方法不同，不是用压机，而是用炸药。 3.亚稳态生长法 亚稳态生长法是在金刚石亚稳态的压力温度条件下的 生长方法。这种方法不需要高压，往往是在常压或负压 （真空）下进行。
金刚石和石墨的物理性质的比较
金刚石 色态 硬度 导电性 用途
无色 透明、正八 面体形状的固体
石 墨
深灰色、有金属光 泽、细鳞片状固体
最软的矿物质之一
天然最硬的物质
不导电
钻石、钻探机的钻 头、切割玻璃等
导电良好
铅笔芯、电极等
由于天然金刚石的出产量比较低，不足以满足现 代工业化生产的需要，19世纪人造金刚石兴起了。 金刚石以其最大的硬度、半导体性质以及光彩夺目 的光泽，分别应用于钻头切割、电子工业和宝石工 业上。故人造金刚石的意义显得尤为重大。 与天然金刚石相比，它具有生产成本低，应用 效果好的优点。由于非金属材料和其他硬脆材料， 如大理石、花岗石、耐火材料、玻璃、陶瓷、混凝 土等加工工业的发展，对锯片、钻头用金刚石质量 的要求越来越高，需求量越来越大，目前世界上工 业用金刚石的８５％ 以上已由人造金刚石代替。
金刚石的介绍
•金刚石属于碳的一种单质
纯净的金刚石是无色、透明、 正八面体形状的固体。 加工琢磨后璀璨夺目有光泽， 可做钻石。
加工前
加工后
金刚石 — 天然最硬的物质
玻璃刀上的金刚石可以裁玻璃
金刚石很硬 ，可以用来切割玻璃，也可以 作钻探机的钻头。
金刚石的三维结构
金刚石是碳原子的 一种结晶体。其中 的碳原子都以共价 键结合，原子排列 的基本规律是每一 个碳原子的周围都 有4个按照正四面体 分布的碳原子。
单晶金刚石的应用领域
1.机械加工业 金刚石磨具是磨削硬质合金的特效工具。刃磨硬质合金车刀时，每磨除1g 金属需要消耗GC磨料4-15g,而金刚石仅消耗2-4mg。 2.电子电器工业 硬而脆的贵重半导体材料，如硅，锗，砷化镓等，欲制成小片状的半导体 器件，需要切割和研磨加工。目前最合适的方法使用金刚石切割锯片加工。用 金刚石研磨膏抛光半导体材料，不仅效率高，而且可以达到最高一级表面粗糙 度Ra0.006um。 3.光学玻璃和宝石加工业 以前利用碳化硅加工光学玻璃，效率低，劳动条件差。现在已经全部采用 金刚石磨具加工，包括下料、套料、切割、磨边以及凸、凹曲面的精磨。 4.钻探和开采工业 在石油、煤炭、冶金、地质勘探等钻探和开采方面，广泛使用金刚石钻头。 5.建筑与建材工业 在大理石、花岗岩、人造铸石、混凝土建筑材料的切割加工和磨削加工方 面，广泛使用金刚石工具。
多晶金刚石
多晶金刚石（微粉）是利用 独特的定向爆破法由石墨制 得，高爆速炸药定向爆破的 冲击波使金属飞片加速飞行， 撞击石墨片从而导致石墨转 化为聚晶金刚石。其结构与 天然的金刚石极为相似，通 过不饱和键结合而成，具有 很好的韧性。
多晶金刚石的特点
• 结构与天然的Carbonado极为相似，由球 形的微晶聚集而成，微晶尺寸仅有3-10nm。 • 优异的磨削性能：高的去除率和韧性，具 有自锐性 • 与单晶金刚石比起来，更不容易产生表面 划伤 • 更适合用来研磨表面由不同硬度材料构成 的工件
多晶金刚石的生产工艺
多晶金刚石最初的生 产发明是由美国的杜 邦公司发明的。生产 的关键在于必须采用 爆轰法才能获得微粉 的原料。
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多晶金刚石的应用领域
作为精密磨料，用于蓝宝石、磁头、硬盘、 硬质玻璃和晶体、陶瓷以及硬质合金的超精密 研磨和抛光，如用于LED蓝宝石的减薄。 作为镀膜添加剂，用于金属模具、工具、 部件等的镀膜，能够大大提高表面耐磨性、表 面硬度、延长使用寿命。 主要用于研磨，一般 配制成研磨液来使用。 也有可能制作刀具，切割时不容易产生 崩裂。
金刚石的的结构
金刚石的 碳原子在空间 构成连续的， 坚固的骨架的 结构，所以坚 硬。
金刚石的晶胞
性质
用途
纯净的金刚石是 经过仔细琢磨后， 无色透明正八面 可以成为璀璨夺目的 金 体形状的固体。 装饰品——钻石。 刚 自然界存在的 划玻璃、切割大石、 加工坚硬的金属，装 石 最硬的物质 在钻探机的钻头上钻 (质坚硬) 凿坚硬的岩层。
单晶金刚石
金刚石的形态可分为单晶体， 连生体和聚晶体。单晶体可进 一步分为立方体，八面体，菱 形十二面体。下图为人造金刚 石的晶体形态，其中以六-八 面体形态最为常见。人造金刚 石单晶体呈平面状，具有明显 的晶棱和顶角。
单晶金刚石的特点
单晶金刚石是由具有饱和性 和方向性的共价键结合起来 的晶体，因此它具有极高的 硬度和耐磨性。
多晶金刚石与单晶金刚石的比较
由于多晶晶粒的自由取向和 晶界的存在，从性质上多晶 金刚石比单晶金刚石具有更 多的优异性能。例如：无方 向性、无介理面、韧性高、 硬度高、耐磨、尺寸大，与 硬质合金复合可制成性能优 越的工具材料。
根据金刚石颗粒之间结合的性质，多晶金 刚石可分为两类：一是金刚石颗粒之间为金刚 石键合；二是金刚石颗粒以碳化物结合起来； 当然还可以说有第三类，即这两种类型的混合 型。 金刚石键合的多晶金刚石，其金刚石颗粒 之间结合牢固，耐磨性好，但不耐高温，因为 它含有某些金属。当然也可以将这种多晶金刚 石中的金属除掉。用碳化物结合起来的多晶金 刚石，金刚石颗粒之间结合强度就小一些，耐 磨性也随之差一些，但可以耐高温