单晶金刚石的高端应用

金刚石具备许多优异的物理化学性能，高的硬度、高的热导率、高化学稳定性、高光学透过性、极宽的禁带宽度、负的电子亲合性、高绝缘性和良好的生物兼容性等。这些独特的物理化学性质结合在一起使金刚石可以应用于众多领域，这也使得金刚石成为近几十年中最有潜力的新型功能材料之一。但天然金刚石数量少，价格高等因素很大程度上限制了其市场应用，因此科学家寻找人工的方法合成金刚石，以缓解大量的工业需求。人造金刚石具备与天然金刚石相同的结构而且有与之相媲美的性能，同时成本相对天然金刚石低廉，具有广泛的工业应用和商业前景。

单晶金刚石的人工合成方法一般分为两类：高温高压法(High Temperature High Pressure, HTHP)和化学气相沉积法（Chemical Vapor Deposition, CVD)。CVD 法所制备的高质量单晶金刚石，则可做到完全无色透明，几乎没有任何杂质，同时如果在生长过程中有选择性的通入掺杂气体，便可以制备出多种有色金刚石。正因为CVD金刚石具有如此多的优点，其将成为未来材料发展的主流，可广泛应用到如机械加工、通信、半导体、能源、国防、航空航天、军事武器等尖端领域中的关键部位。

起源于上世纪50年代，金刚石作为切削材料目前已经成功应用于超精密加工领域。相比聚晶金刚石（Poly Crystal Diamond, PCD)，单晶金刚石（Single Crystal Diamond, SCD）内部没有晶界，使用SCD作为刀头的刀具可以达到原子级的平直度及锋利度；通过SCD刀具的超光洁表面和无缺陷副切削刃的作用，可加工出光洁度极高的镜面，这是目前其它任何材料无法达到的。因此SCD刀具已广泛应用于航空航天、精密仪器仪表等领域。

金刚石在目前所有的固体材料中具有最宽的透过光谱，从紫外的225nm到红外的25μm（波长1.8μm-2.5μm除外），以及到微波范围内，金刚石都具有优良的透过性。由于金刚石此种优异的光学特性，同时抗辐照损伤性强，加上其高硬度、高热导率、高化学稳定性和低膨胀系数，金刚石是制作现代红外光学窗口的理想材料。同时MPCVD单晶金刚石还可以做成大功率激光器件的输能窗口，金刚石的耐高温及耐热震特性可使激光器件输出功率大幅度的提高。

金刚石探测器相比于传统的硅基探测器具有灵敏度高、暗电流小、抗辐射能力强以及使用年限长等优点。这是因为金刚石具有极宽的禁带宽度（5.45eV），且金刚石晶格中C-C键键能非常高，以及碳原子对高能粒子辐射的吸收截面很小等特性决定的。当高能粒子经过单晶金刚石时，由粒子的离化作用在金刚石晶体内部形成电子-空穴对，对金刚石施加外加电场时，电子和空穴分别朝反方向运动，即形成迁移电流，迁移电流的强度与入射高能粒子的强度与数量成正比，通过检测迁移电流的大小即完成对入射粒子强度的测量。

由于金刚石粒子探测器的优良特性，使其特别适用于需要检测高能粒子的装置，如核聚变堆和核裂变堆，空间辐射探测器等。

由于单晶金刚石具有高电子和空穴迁移率、高击穿电压、高热导率，在掺杂后可半导体化，使其成为目前已知的最优秀的宽禁带高温半导体材料。目前已经在MPCVD法制备的大尺寸单晶金刚石上获得高达1150m2/V的迁移率。一旦以金刚石为基体的高温半导体可以大规模应用，那么目前世界上的硅基半导体产业将面临巨大变革，金刚石高温半导体将会引领下一次半导体产业革命。

因为天然金刚石在自然界中极其稀有，基本属于不可再生资源，同时其具有特殊的性质和光泽，因此自古以来都被人们作为高级的装饰品。天然金刚石普遍较小而且售价昂贵，而使用MPCVD法可制备出大颗粒宝石级单晶金刚石，经过抛光打磨等处理得到的成品可媲美天然金刚石，其光泽和性质甚至优于天然金刚石。使用MPCVD法制备单晶金刚石的过程中如果掺入其他元素，还可以制出各种色彩的金刚石，其装饰作用远飞天然金刚石可比拟的。

河南锐强金刚石制备的CVD单晶金刚石是采用微波等离子法(Microwave Plasma Chemical Vapor Deposition)制造而成。具有硬度高、耐磨性好、强度高、导热性好、摩擦系数低、抗黏结性好以及优良的抗腐蚀性和化学稳定性，可以刃磨出极其锋利的刀刃，被认为是最理想的超精密切削用刀具材料，在机械加工领域尤其是超精密加工领域有着重要地位并得到广泛应用。

特点：适用于超精密刀具，特别是加工有色金属材料，如铝（合金）、铜、高分子材料（MMCs)、碳纤维增强塑料（CFPs)。

零件表面可达到镜面效果，其表面粗糙度可达到Ra-0.1μm以下。

随着CVD合成技术的提高，河南锐强金刚石通过采用气体原料（氢气、甲烷）在低于1个气压，800-1200℃的温度下采用外延生长的方式获得完全透明无色大尺寸金刚石单晶，其成分、硬度、密度等与天然钻石基本一致，而价格远远低于天然钻石；与高温高压法（HTHP）不同，CVD人工成合技术不需要使用催化剂，杜绝了生产中形成的金属夹杂、裂隙、孔洞等。

特点：打磨后的净度一般为VVS及以上级别，色度为D-J色。

可提供克拉级的钻石原胚。