Применение алмазов с различной кристаллической структурой

Природный алмаз требует, чтобы атомы углерода родились на глубине 150-200 километров под землей и подверглись сотням миллионов лет воздействию высокой температуры и давления. Чтобы предстать перед людьми, его необходимо с течением времени выносить на поверхность земли геологическими движениями. можно сказать, что его очень мало. Таким образом, моделируя условия кристаллизации и среду роста природных алмазов, люди использовали научные методы для синтеза искусственных алмазов, которые также обладают превосходными свойствами, такими как сверхтвердость, износостойкость и коррозионная стойкость, сокращая время синтеза алмазов до более чем десяти дней или более. даже несколько дней. Синтетические алмазы делятся на монокристаллы и поликристаллы. Каждый из них имеет уникальную кристаллическую структуру и характеристики, что делает их разными для применения.

1. Монокристаллический алмаз

Монокристаллический алмаз — это кристалл, связанный ковалентными связями с насыщенностью и направленностью. Это наиболее распространенный тип кристаллов алмаза. Частицы внутри кристалла расположены в трехмерном пространстве регулярно и синхронно, с небольшим количеством дефектов. , без ограничений по границам зерен, поэтому он имеет выдающиеся преимущества в теплопроводности, твердости, светопропускании и электрических свойствах.

Применение теплопроводности

Теплопроводность алмаза в основном обусловлена распространением колебаний атомов углерода (то есть фононов). Примесные элементы, дислокации, трещины и другие кристаллические дефекты в алмазе, остаточные металлические катализаторы, ориентация решетки и другие факторы будут сталкиваться с фононами. Он рассеивается, тем самым ограничивая длину свободного пробега фононов и уменьшая теплопроводность. Монокристаллический алмаз имеет высокоупорядоченную структуру решетки, что делает его практически не подверженным влиянию рассеяния на границах зерен. Поэтому он имеет теплопроводность до 2200 Вт/(м·К).

Оптические приложения

Монокристаллический алмаз высокого качества, полученный методом CVD, может быть совершенно бесцветным и прозрачным, практически без примесей. Его высокоупорядоченная кристаллическая структура также предотвращает помехи свету из-за структурных нарушений при распространении в кристалле, тем самым демонстрируя более превосходные оптические характеристики.

Применение резки

Микротвердость монокристаллических алмазных инструментов достигает 10000HV, поэтому они обладают хорошей износостойкостью. Поскольку режущая кромка монокристаллического алмаза может достигать прямолинейности и остроты на атомном уровне, идеальную режущую кромку можно скопировать непосредственно на заготовку во время резки, чтобы получить зеркальную поверхность с чрезвычайно гладкой поверхностью, обеспечивая чрезвычайно высокую точность размеров. и может поддерживать срок службы инструмента и стабильную работу при высокоскоростной резке и большой нагрузке. Подходит для сверхтонкой резки и сверхточной обработки.

Шлифование и полировка

Монокристаллический алмаз имеет хорошую дисперсию и более высокий коэффициент использования острых углов. Поэтому, когда из него готовят шлифовальную жидкость, его концентрация намного ниже, чем у поликристаллического алмаза, а его экономическая эффективность относительно высока.

2. Поликристаллический алмаз.

Структура поликристаллического алмаза состоит из множества мельчайших частиц нанометрового размера, связанных ненасыщенными связями, что очень похоже на природный черный алмаз (природный поликристаллический алмаз с черным или темно-серым цветом в качестве основного цвета).

Полупроводниковая область

В качестве полупроводниковых материалов направления применения поликристаллических и монокристаллических алмазных материалов весьма различны. Оптические и электрические свойства поликристаллического алмаза не так хороши, как у монокристаллического алмаза. Применение поликристаллических алмазных пленок оптического и электронного качества является относительно требовательным. Подготовка требует идеальной скорости осаждения и чрезвычайно низкой или контролируемой плотности дефектов.

Шлифование и полировка

Поскольку зерна поликристаллического алмаза не требуют упорядочения, микротрещины, образующиеся под воздействием высокого давления, могут быть ограничены небольшим диапазоном микрокристаллов без больших трещин в плоскости спайности и иметь хорошие свойства самозатачивания, поэтому их можно использовать измельчать во время шлифования. И используйте более высокое давление при полировке.

Режущие инструменты

По сравнению с крупными монокристаллами алмаза неупорядоченная кристаллическая структура поликристаллического алмаза придает ему большую ударопрочность и снижает вероятность растрескивания во время резки.