特性:
硬度极高:金刚石是自然界中最硬的物质,这使得金刚石单晶片具有出色的耐磨性和抗刮性,在加工和使用过程中能够保持较好的形状和尺寸稳定性。
热导率高:金刚石的热导率非常高,例如其热导率是铜、银的 5 倍左右,这使得金刚石单晶片在散热领域具有优异的性能,可作为高功率电子器件的散热材料,能够有效地将电子器件产生的热量传导出去,降低器件的工作温度,提高器件的可靠性和使用寿命。
绝缘性能好:金刚石是一种良好的绝缘体,这使得它在电子学领域中可以用作绝缘材料,特别是在高频、高压等特殊环境下,能够保证电子器件的正常工作。
光学性能优异:金刚石在光学领域具有良好的透光性和折射率,可用于制造光学窗口、透镜等光学元件。
制备方法:
静压触媒法:在金刚石热力学稳定的条件下,通过使用超高压高温设备,并加入触媒参与反应,来合成金刚石。这种方法可以控制金刚石的生长过程,制备出高质量的金刚石单晶片,但设备成本高、工艺复杂。
动压法(爆炸法):利用炸药爆炸产生的高温高压条件来合成金刚石。这种方法的压力和温度条件与不用触媒的静压法相似,但产生高温高压的方式不同。爆炸法的优点是反应速度快、成本相对较低,但合成的金刚石单晶片的质量和尺寸稳定性相对较差。
亚稳态生长法:在金刚石亚稳态的压力温度条件下进行生长,不需要高压设备,往往在常压或负压(真空)下进行。这种方法的优点是设备简单、操作方便,但合成的金刚石单晶片的质量和性能可能不如静压触媒法合成的产品。
应用领域:
电子电器工业:可用于制造半导体器件,如金刚石可以作为半导体材料用于制造高功率、高频电子器件,如射频开关、放大器和发射器等;在半导体器件的加工过程中,金刚石研磨膏可用于抛光半导体材料,提高表面质量。
光学玻璃和宝石加工业:以前加工光学玻璃使用碳化硅,效率低且劳动条件差,现在已普遍采用金刚石磨具,包括下料、套料、切割、磨边以及凸、凹曲面的精磨等。
钻探和开采工业:广泛应用于石油、煤炭、冶金、地质勘探等钻探和开采中,例如制作金刚石钻头,能够提高钻探效率和钻头的使用寿命。
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,金刚石工具具有广泛的应用。
散热领域:凭借高热导率成为高功率散热的首选材料,可用于高功率 IGBT 模块、半导体激光器等的散热。