Aplicações de diamantes com diferentes estruturas cristalinas
Um diamante natural requer que os átomos de carbono nasçam a uma profundidade de 150-200 quilómetros no subsolo e passem centenas de milhões de anos de alta temperatura e pressão. Para aparecer diante das pessoas, deve continuar a ser trazido à superfície da terra por movimentos geológicos ao longo do tempo. , pode-se dizer que é muito escasso. Assim, ao simular as condições de cristalização e o ambiente de crescimento dos diamantes naturais, as pessoas usaram métodos científicos para sintetizar diamantes artificiais que também possuem excelentes propriedades como superdureza, resistência ao desgaste e resistência à corrosão, encurtando o tempo de síntese dos diamantes para mais de dez dias ou mesmo alguns dias. Os diamantes sintéticos são divididos em monocristais e policristais. Cada um deles possui estruturas e características cristalinas únicas, tornando-os diferentes em aplicações.
1. Diamante de cristal único
O diamante monocristalino é um cristal ligado por ligações covalentes com saturação e direcionalidade. É o tipo mais comum de cristal de diamante. As partículas dentro do cristal estão dispostas regular e sincronicamente no espaço tridimensional, com poucos defeitos. , sem restrições de limite de grão, por isso possui excelentes vantagens em condutividade térmica, dureza, transmitância de luz e propriedades elétricas.
Aplicações de condução térmica
A condutividade térmica do diamante vem basicamente da propagação das vibrações dos átomos de carbono (isto é, fônons). Elementos de impureza, deslocamentos, rachaduras e outros defeitos cristalinos no diamante, catalisadores metálicos residuais, orientação da rede e outros fatores colidirão com os fônons. Ele se espalha, limitando assim o caminho livre médio dos fônons e reduzindo a condutividade térmica. O diamante monocristalino tem uma estrutura de rede altamente ordenada, o que o torna quase não afetado pela dispersão dos limites dos grãos. Portanto, possui uma condutividade térmica de até 2.200 W/(m·K).
Aplicações ópticas
O diamante de cristal único de alta qualidade preparado pelo método CVD pode ser completamente incolor e transparente, quase sem impurezas. Sua estrutura cristalina altamente ordenada também evita que a luz seja interferida por irregularidades estruturais ao se propagar no cristal, apresentando assim um desempenho óptico mais excelente.
Aplicações de corte
A microdureza das ferramentas diamantadas de cristal único chega a 10.000HV, portanto, apresentam boa resistência ao desgaste. Como a aresta de corte do diamante de cristal único pode atingir retilineidade e nitidez de nível atômico, a aresta de corte perfeita pode ser copiada diretamente na peça de trabalho durante o corte para produzir uma superfície espelhada com acabamento extremamente liso, garantindo precisão dimensional extremamente alta. , e pode manter a vida útil da ferramenta e desempenho estável sob corte de alta velocidade e carga pesada. É adequado para corte ultrafino e usinagem de ultraprecisão.
Moagem e polimento
O diamante de cristal único tem boa dispersão e maior taxa de utilização de cantos afiados. Portanto, quando é preparado em um líquido de moagem, a concentração é muito inferior à do diamante policristalino e seu custo é relativamente alto.
2. Diamante policristalino
A estrutura do diamante policristalino é composta por muitas partículas minúsculas do tamanho de nanômetros ligadas por ligações insaturadas, o que é muito semelhante ao diamante negro natural (diamante policristalino natural com preto ou cinza escuro como cor principal).
Campo semicondutor
Como materiais semicondutores, as direções de aplicação de materiais policristalinos de diamante e de cristal único são bastante diferentes. As propriedades ópticas e elétricas do diamante policristalino não são tão boas quanto as do diamante monocristalino. A aplicação de filmes de diamante policristalino de grau óptico e eletrônico é relativamente exigente. A preparação requer taxa de deposição ideal e densidade de defeitos extremamente baixa ou controlável.
Moagem e polimento
Como os grãos de diamante policristalino não precisam ser dispostos, as microfraturas produzidas quando submetidas a alta pressão podem ser limitadas a uma pequena faixa de microcristais, sem grandes fraturas no plano de clivagem, e possuem boas propriedades de autoafiação, portanto são permitidas para ser moído durante a moagem. E use uma pressão de unidade mais alta ao polir.
Ferramentas de corte
Em comparação com grandes cristais únicos de diamante, a estrutura cristalina desordenada do diamante policristalino confere-lhe mais resistência ao impacto e tem menos probabilidade de rachar durante o corte.