การประยุกต์เพชรที่มีโครงสร้างผลึกต่างกัน

เพชรธรรมชาติต้องการให้อะตอมของคาร์บอนเกิดที่ระดับความลึก 150-200 กิโลเมตรใต้ดิน และผ่านอุณหภูมิและความดันสูงหลายร้อยล้านปี หากต้องการปรากฏต่อหน้าผู้คน จะต้องถูกนำขึ้นสู่พื้นผิวโลกโดยการเคลื่อนไหวทางธรณีวิทยาเมื่อเวลาผ่านไป เรียกได้ว่าหายากมาก ดังนั้น ด้วยการจำลองสภาวะการตกผลึกและสภาพแวดล้อมการเจริญเติบโตของเพชรธรรมชาติ ผู้คนจึงใช้วิธีการทางวิทยาศาสตร์เพื่อสังเคราะห์เพชรเทียมที่มีคุณสมบัติดีเยี่ยม เช่น ความแข็งขั้นสุดยอด ความต้านทานการสึกหรอ และความต้านทานการกัดกร่อน ทำให้ระยะเวลาการสังเคราะห์เพชรสั้นลงเหลือมากกว่าสิบวันหรือ แม้กระทั่งไม่กี่วัน เพชรสังเคราะห์แบ่งออกเป็นผลึกเดี่ยวและโพลีคริสตัล แต่ละชนิดมีโครงสร้างและลักษณะเฉพาะของผลึกที่เป็นเอกลักษณ์ ทำให้มีความแตกต่างในการใช้งาน

1. เพชรคริสตัลเม็ดเดียว

เพชรผลึกเดี่ยวเป็นคริสตัลที่ถูกพันธะโควาเลนต์ด้วยความอิ่มตัวและทิศทาง เป็นคริสตัลเพชรประเภทที่พบมากที่สุด อนุภาคภายในคริสตัลจะถูกจัดเรียงอย่างสม่ำเสมอและซิงโครไนซ์ในพื้นที่สามมิติ โดยมีข้อบกพร่องเล็กน้อย โดยไม่มีข้อจำกัดขอบเขตของเกรน จึงมีข้อได้เปรียบที่โดดเด่นในด้านการนำความร้อน ความแข็ง การส่งผ่านแสง และคุณสมบัติทางไฟฟ้า

การประยุกต์ใช้การนำความร้อน

โดยทั่วไปการนำความร้อนของเพชรมาจากการแพร่กระจายของการสั่นของอะตอมคาร์บอน (นั่นคือ โฟนัน) องค์ประกอบที่ไม่บริสุทธิ์ การเคลื่อนตัว รอยแตกร้าว และข้อบกพร่องของคริสตัลอื่นๆ ในเพชร ตัวเร่งปฏิกิริยาโลหะที่ตกค้าง การวางแนวของโครงตาข่าย และปัจจัยอื่นๆ จะชนกับโฟนอน มันกระจาย ซึ่งจำกัดเส้นทางอิสระของโฟนันและลดการนำความร้อน เพชรผลึกเดี่ยวมีโครงสร้างขัดแตะที่มีลำดับสูง ซึ่งทำให้แทบไม่ได้รับผลกระทบจากการกระเจิงของขอบเขตเกรน ดังนั้นจึงมีค่าการนำความร้อนสูงถึง 2200 W/(m·K)

การใช้งานออปติคัล

เพชรผลึกเดี่ยวคุณภาพสูงที่เตรียมโดยวิธี CVD จะไม่มีสีและโปร่งใสโดยแทบไม่มีสิ่งเจือปนเลย โครงสร้างคริสตัลที่ได้รับการจัดลำดับอย่างสูงยังป้องกันไม่ให้แสงถูกรบกวนจากความผิดปกติของโครงสร้างเมื่อแพร่กระจายในคริสตัล จึงแสดงประสิทธิภาพด้านการมองเห็นที่ยอดเยี่ยมยิ่งขึ้น

การใช้งานตัด

ความแข็งระดับไมโครของเครื่องมือเพชรผลึกเดี่ยวสูงถึง 10,000HV จึงมีความทนทานต่อการสึกหรอได้ดี เนื่องจากคมตัดของเพชรผลึกเดี่ยวสามารถให้ความตรงและความคมระดับอะตอมได้ คมตัดที่สมบูรณ์แบบจึงสามารถคัดลอกลงบนชิ้นงานได้โดยตรงในระหว่างการตัด เพื่อสร้างพื้นผิวกระจกที่มีผิวเคลือบเรียบมาก ทำให้มั่นใจในความแม่นยำของมิติที่สูงมาก และสามารถรักษาอายุการใช้งานของเครื่องมือและประสิทธิภาพที่มั่นคงภายใต้การตัดด้วยความเร็วสูงและงานหนัก เหมาะสำหรับการตัดแบบบางพิเศษและการตัดเฉือนที่มีความแม่นยำสูงเป็นพิเศษ

บดและขัด

เพชรผลึกเดี่ยวมีการกระจายตัวที่ดีและอัตราการใช้มุมที่แหลมคมสูงขึ้น ดังนั้น เมื่อเตรียมเป็นของเหลวสำหรับการบด ความเข้มข้นจึงต่ำกว่าเพชรโพลีคริสตัลไลน์มาก และประสิทธิภาพด้านต้นทุนก็ค่อนข้างสูง

2. เพชรโพลีคริสตัลไลน์

โครงสร้างของเพชรโพลีคริสตัลไลน์ประกอบด้วยอนุภาคขนาดนาโนเมตรเล็กๆ จำนวนมากที่ถูกพันธะผ่านพันธะไม่อิ่มตัว ซึ่งคล้ายกับเพชรสีดำธรรมชาติมาก (เพชรโพลีคริสตัลไลน์ธรรมชาติที่มีสีดำหรือสีเทาเข้มเป็นสีหลัก)

สาขาสารกึ่งตัวนำ

เนื่องจากวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ ทิศทางการใช้งานของเพชรโพลีคริสตัลไลน์และวัสดุผลึกเดี่ยวจึงค่อนข้างแตกต่างกัน คุณสมบัติทางแสงและทางไฟฟ้าของเพชรโพลีคริสตัลไลน์นั้นไม่ดีเท่ากับคุณสมบัติทางแสงและไฟฟ้าของเพชรผลึกเดี่ยว การใช้ฟิล์มเพชรโพลีคริสตัลไลน์เกรดออปติคอลและเกรดอิเล็กทรอนิกส์นั้นมีความต้องการค่อนข้างมาก การเตรียมการต้องใช้อัตราการสะสมที่เหมาะสมและความหนาแน่นของข้อบกพร่องต่ำมากหรือควบคุมได้

บดและขัด

เนื่องจากไม่จำเป็นต้องจัดเรียงเม็ดเพชรโพลีคริสตัลไลน์ การแตกหักระดับไมโครที่เกิดขึ้นเมื่ออยู่ภายใต้ความดันสูงจึงสามารถจำกัดให้อยู่ที่ระดับไมโครคริสตัลขนาดเล็กได้ โดยไม่มีรอยแตกร้าวของระนาบร่องแยกขนาดใหญ่ และมีคุณสมบัติในการลับคมในตัวเองที่ดี ดังนั้นจึงได้รับอนุญาต ให้บดระหว่างการบด และใช้แรงกดหน่วยที่สูงขึ้นเมื่อทำการขัดเงา

เครื่องมือตัด

เมื่อเปรียบเทียบกับเพชรเม็ดเดี่ยวขนาดใหญ่ โครงสร้างผลึกที่ไม่เป็นระเบียบของเพชรโพลีคริสตัลไลน์ทำให้ทนทานต่อแรงกระแทกได้มากกว่าและมีโอกาสแตกร้าวน้อยกว่าในระหว่างการตัด