金刚石工业应用领域有哪些？

1．机械加工工业

金刚石磨具是磨削硬质合金的特效工具。最大的成功是利用树脂结合剂金刚石砂轮刃磨硬质合金刀具，包括车刀、铣刀、拉刀、铰刀、滚刀、钻头的刃磨，推动了刀具硬质合金化的发展。同时，还适用于磨削硬质合金量具、模具、夹具以及其他硬质合金工件。

刃磨硬质合金车刀时，每磨除1g金属要消耗绿碳化硅磨料4~15g，而金刚石仅消耗2~4mg。金刚石砂轮磨削硬质合金比普通砂轮磨削比高1000倍，成本降低10％以上。金刚石砂轮刃磨硬质合金刀具，可以避免用碳化硅砂轮加工时容易产生的裂纹、锯口等缺陷，加工出的刀具粗糙度和精度高，刀具寿命可延长50%~100%，而且可以省掉刃磨后的抛光工序，生产效率可提高数倍。

汽车制造工业中，用金刚石磨具取代普通磨具获得了明显的效果。用金刚石磨石珩磨汽车发动机汽缸时，一块金刚石磨石相当于300块碳化硅磨石；加工表面粗糙度（Ra）由0.8~0.4 μm 提高到0.2~0.1 μm，汽缸椭圆度和锥度从0.03 mm减少到0.015~0.02 mm。

金刚石磨具磨削合金工具钢时，磨削比比普通砂轮提高10倍以上，成本下降10%，还避免了用普通砂轮加工容易引起的烧伤现象。

2．电子电器工业

硬而脆的贵重半导体材料，如硅、锗、砷化镓、磷化镓等，欲制成小片状的半导体器件，需要切割和研磨加工。使用钢丝锯切割效果不佳，切口损耗也大；激光切割尚未进入广泛实用阶段。目前，最合适的方法是用金刚石切割锯片加工。用金刚石研磨膏抛光半导体材料，不仅效率高，而且可达到最高一级表面粗糙度0.006μm。

金刚石拉丝模可拉制电子电器工业用的超细金属丝导线，精度可达到1~2μm，比硬质合金拉丝模寿命长200多倍。

电器工业上使用的夹布胶木和环氧树脂纤维板等非均质绝缘材料，用金刚石薄片砂轮加工，废品少、效率高、成本低，解决了用其他工具切割时存在的烧伤、表面粗糙度差、尺寸不准、废品多、效率低等各种难题。

在加工硬脆的铁氧体磁性材料以及高硬度的电绝缘陶瓷材料方面，金刚石工具同样是最有效的工具。例如，可加工含刚玉35％的高压电瓷（用SiC也很难加工的材料）。

3．光学玻璃和宝石加工业

以前利用碳化硅加工光学玻璃，效率低，劳动条件差。现在已经全部采用金刚石磨具加工，包括下料、套料、切割、铣磨、磨边以及凸凹曲面的精磨，综合生产效率提高数倍至数十倍。随着金刚石成本的降低，除了光学和精密玻璃器件外，许多本来用普通磨料加工的一般性玻璃制品（如汽车窗玻璃等），现在也都用金刚石加工。

在加工宝石、玛瑙、玉器等方面的应用，也具有类似的效果，金刚石工具是不可缺少的。

4．钻探与开采工业

在石油、煤炭、冶金、地质勘探等钻探和开采方面，广泛使用金刚石钻头。由于其硬度高、耐用性好，不仅能钻进最硬的岩层，而且起钻次数少、钻进快、井斜小、可小口径钻进、减轻劳动强度、节约钢材，比用硬质合金钻头总成本反而降低。

5．建筑与建材工业

在大理石、花岗石、人造玻化砖、混凝土建筑材料的切割加工和磨削加工方面，广泛使用金刚石工具，如大型圆锯和排锯、中等切边锯片、小规格的干（湿）切割片以及金刚石绳锯等。此外，还有金刚石磨辊和磨边轮，用于板材磨面和磨边。

在石材开采、锯切、磨光及现场施工全过程中，石材加工效率随着这些新型金刚石工具的应用而成倍提高。

在涂附磨具方面，金刚石砂带以尼龙为基体，金属切除量比普通砂带高出100倍。

6．金刚石作为功能材料的应用

（1）光学

人造金刚石可广泛应用于激光光学元件，如CO2激光器、光束传输系统（像分束器和布鲁斯特窗）、VCSEL（垂直腔面发射激光器）及拉曼激光器的输出耦合器和出射窗。

激光光学元件综合运用人造金刚石的光学、热学和力学性能，使CO2激光器实现最高功率，且不会因热透镜效应损失光束质量。由于人造金刚石极其坚硬，因此比较薄的窗口也可以抵抗一个标准大气压的压力差，同时还能保持最低的吸收水平。人造金刚石的耐用性保证了其光学性质在极端条件下也能够保持很长时间。

(2）声学

具有复杂形状的特定厚度CVD（化学气相沉积）金刚石材料，用以生产具有优异声学特性的球顶形声学元件，成为高性能扬声器的一个组件。CVD金刚石扩音器可达到70kHz的频率。英国宝华韦健公司（Bowers&Wilkins）将人造金刚石高音振动膜用于其旗舰800系列扬声器产品中，从而缔造出无与伦比的清澈、高保真音质。

(3）热学

人造金刚石最早是作为热沉材料应用在电信行业的敏感电子元件上的。现已开发出聚晶／多晶金刚石和人造金刚石复合材料，并广泛用于热管理领域。Diafilm 200产品是全球首款热导率超过2000 W/(m.K）的人造金刚石热管理材料。这一新型高端CVD金刚石材料可满足高级用户在高功率及高功率密度设备方面对封装热管理的极端性能需求。

(4）辐射探测器

人造金刚石是辐射探测应用的想材料。满足各种苛刻辐射探测应用的系列电子级CVD金刚石产品（包括单晶及多晶金刚石晶片），可用于高能物理、医疗放射剂量监测、民用中子核辐射水平探测、国土安全以及地球物理勘探等领域。例如，元素六人造金刚石已经被用作欧洲核子研究中心大型强子对撞机大型探测器CMS和ATLAS的重要组件，该对撞机的研究中新近发现了与希格斯玻色子一致的新粒子。

(5）传感器

将人造金刚石的极端特性应用于特定市场的传感器。这里说的"传感器"是一种电化学传感器，对金刚石电极材料进行硼掺杂以实现导电性，金刚石电极与流体接触，并被用来测量流体中存在的化学杂质。

人造金刚石的所有极端特性，特别是它的硬度、耐磨性和化学惰性，都可以应用在传感器上。与其他任何传感器相比，人造金刚石的性能使其对水中更广范围的杂质更敏感。人造金刚石有望成为污染物探测器的首选，应用于各种环境中可能会危害健康的污染物探测。

(6）量子／磁力测定

在量子应用中，人造金刚石作为杂质或瑕疵的宿主，扮演固态原子陷阱的角色。这些杂质（如氮空位缺陷）的量子特性可被单独操控，也可以相互影响，而且可通过这些杂质中所发出的光子读取它们的量子信息。与其他材料相比，人造金刚石的优势在于其寄宿缺陷的量子特性可以在室温下被操控和探测。在量子计算中，人造金刚石可以用作量子位元或量子位（类似于传统计算机的1和0)，有望使量子计算机解决标准计算机无法解决的问题。

(7）半导体

金刚石可作为间接带隙半导体材料，禁带宽度约为5.5eV，热导率高达2 200W/(m.K),室温电子和空穴迁移率高达4 500 cm2/(V ·s)、3 800 cm2/(V.s)，远高于第三代半导体材料GaN和SiC，因此金刚石被业界人士认为是终极半导体材料。但是金刚石半导体目前所面临的困难仍有很多，例如，尺寸较大的高质量金刚石半导体材料制备困难，n型半导体掺杂问题，等等。但是随着新技术、新方法的产生，金刚石器件的研发取得了一定的成功，所制备的金刚石器件性能也在不断地提高，特别是在二极管和开关器件上取得了一定程度的发展。

(8）环保

掺硼金刚石（BDD）可以作为环保的新型电极材料。BDD膜电极在水溶液和非水溶液电解质中均有很宽的电位窗口，BDD膜电极在电化学反应中，电流密度高，具有极低的背景电流值和很好的化学惰性，表面不易钝化，抗污染能力和抗中毒能力强，在高强度环境中显示了较长的使用寿命。在水中以这种材料作为阳极对染料、农药、抗生素等多种难降解的有机污染物和大分子物质等都表现出了很好的去除效果，并且可以使用适配体来增强其特异性。BDD膜电极还在微量化合物成分检测方面表现出极高的灵敏性和可重复性。

(9）生物医学

金刚石，因其具有极好的耐磨性和化学稳定性，良好的生物相容性，极高的硬度，可以作为手术用刀具，所产生的伤口较小，容易愈合，目前广泛用于神经外科、骨科、眼科等。此外，金刚石也可作为医用植入物的涂层起到防止植入物释放有害离子，提高植入物生物相容性的作用。

纳米金刚石，因其物理化学稳定性好、生物毒性低、表面官能团多，在生物医药领域也有广泛的应用，包括载药、标记、蛋白质分离、抗癌治疗、杀菌等。例如，胺化纳米金刚石用于癌细胞的标记，其对于细胞的毒性较小且发射出的荧光稳定性较好；或使用纳米金刚石与抗癌药物结合，能提高靶向性，有效降低药物的副作用。

河南合赢激光，目前围绕着河南的优势产业—超硬材料，金刚石材料行业，目前已经开发了钻石激光切割机、钻石同轴视觉激光打标机、CVD内腔激光清洗机、PDC-3D激光雕刻机（金刚石复合片3D激光雕刻机）、PCD激光研磨减薄机、PCD激光切割机、PCD缺陷识别激光标记机等设备，欢迎大家垂询。

免责声明：部分内容及图片源自网络，版权归原作者所有。如涉侵权，请联系我们处理。重要来源《超硬材料及制品，郑州大学出版社》