神奇的人造金刚石.ppt

神奇的人造金刚石
钻石由金刚石加工琢磨而成,是珠宝中的贵族,它通明剔透,散发着清冷高贵的光辉,颇有“出淤泥而不染”的气质。拥有一枚钻戒,是许多新娘的梦想,但是钻石昂贵的价格,却是可望而不可即。
金刚石不仅可以加工成价值连城的珠宝,在工业中也大有可为。它硬度高、耐磨性好,可广泛用于切削、磨削、钻探;由于导热率高、电绝缘性好,可作为半导体装置的散热板;它有优良的透光性和耐腐蚀性,在电子工业中也得到广泛应用。
而今,人造金刚石的实现,使得新娘们的梦想不再遥不可及。
而今,人造金刚石的实现,使得金刚石的工业应用触手可及。
人造金刚石的两大神奇方法
高温高压法人造金刚石
低温低压法人造金刚石
自从人工生长金刚石获得成功以后,人们一方面以生产的规模大量合成工业用金刚石,另一方面则力图生长出优质的金刚石大单晶,以便满足它在电子技术中的潜在应用。
高温高压法人造金刚石
C(石墨) C(金刚石)
高温高压
1954年Bundy等人利用金属触媒在高温高压条件下首次实现人造金刚石单晶的合成。
原理:
利用静态超高压(50~100kb,即5~10GPa) 和高温(1100~3000°C)技术通过石墨等碳质原料和某些金属(合金)反应生成金刚石,其典型晶态为立方体(六面体)、八面体和六-八面体以及它们的过渡形态
高温高压法人造金刚石
人造金刚石单晶
随着高温高压技术的发展,人造单晶金刚石最大尺寸已经可以做到8mm
我国研制的人造金刚石
高温高压法人造金刚石
到20世纪70年代开发的金属烧结聚晶金刚石(PCD),人工合成金刚石材料已经成为自然单晶金刚石的唯一替代物.
金刚石聚晶是由金刚石微粉与少量结合剂在高温高压下烧结而成,具有耐磨性高,抗冲击韧性强,热稳定性好和结构致密均匀等特点,广泛应用于制造石油,地质钻头和机加工工具和宝石加工等。
C(碳源,CH4,CO等) C(金刚石)
低温低压
低温低压法人造金刚石
低温低压制备金刚石起始于1970年前苏联Deryagin,Spitsyn和Fedoseev等人的成功试验,1980年前后,日本Setaka等人验证了在低压条件下非金刚石衬底上气相生长金刚石晶体是可行的。
原理:
反应气体在高温下被分解,生成碳氢自由基,烃类分子和原子氢,气体组分在气流的导向下,在沉积基底表面发生气-固相反应,生长金刚石薄膜。
低温低压下化学相沉积(CVD)金刚石薄膜,是当今的一大研究热点。
低温低压法人造金刚石
CVD金刚石膜作为切削刀具材料的有利条件是其无与伦比的硬度所导致的优良组合性质:
1. 好耐磨性和其尺寸稳定性。
2. 具有较小的摩擦系数。
3. 允许刀具承受的进攻性机械加工温度可达800℃。
4. 化学性能更稳定,抵御刀具切削液的腐蚀。
但是,目前生产CVD金刚石膜,作为切削刀具使用尚处于试验阶段,有待进一步研究和开发。
低温低压法人造金刚石
当今CVD沉积金刚石膜选用衬底多种多样,硅,不锈钢,钛基体,钛合金,铱,铬,铝,铜,钼,镍,铂等等多种衬底上沉积。
CVD金刚石涂层刀具