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              金剛石單晶、多晶、類多晶、聚晶的區別小結

                金剛石是我們都非常熟悉的超硬材料,金剛石晶體有多種不同的類型,每種類型都具有不同的特性和應用,在本文中,我們將梳理一下金剛石晶體的不同類型及應用。

              圖片 1

                一、金剛石單晶

                金剛石單晶是原子排列規律相同,晶格位相一致的晶體,是金剛石晶體中最常見的類型,它具有非常高的硬度和優異的熱導率等性能。

                1.晶體結構:金剛石單晶是由具有飽和性和方向性的共價鍵結合起來的晶體,結晶體內部的微粒在三維空間呈有規律地、同期性地排列,或者說晶體的整體在三維方向上由同一空間格子構成,整個晶體中質點在空間的排列為長程有序。晶體結構均勻、完整,具有均勻的化學、熱力學性質。

                2.制造方法:在熱力學穩定的高溫高壓及觸媒參與的條件下合成,國內基本都采用六面頂壓機合成。

                3.物理性質:金剛石單晶硬度大、抗磨損性能好,具有良好的導熱性能和耐高溫性能,能夠在高溫高壓環境下保持穩定的物理和化學性質。

                4.切割性能:金剛石單晶可用于切削工具、磨料、高壓電極及高效光學器件等領域。

                二、金剛石多晶

                金剛石多晶是由很多具有相同排列方式但位向不一致的小晶粒組成。多晶金剛石最初的生產發明是由美國的杜邦公司發明的。

                1.晶粒結構:多晶金剛石是由眾多細小的納米級小顆粒聚集而成,經過提純分級等后續處理得到不同粒度范圍的多晶金剛石微粉,粒度一般不超過10微米。晶體結構不均勻,缺陷嚴重、脆弱,具有尖銳棱角的不規則外形。結構與天然的Carbonado極為相似。通過不飽和鍵結合而成,具有很好的韌性。

                2.制造方法:金剛石多晶(微粉)是利用獨特的爆破法由石墨制得,高爆速炸藥定向爆破的沖擊波產生高溫高壓,金屬飛片加速飛行撞擊石墨片從而導致石墨轉化為多晶金剛石。一般只有幾微秒的瞬間,產品多是5~20納米的細小多晶體。

                3.物理性質:金剛石多晶硬度不如單晶高,但仍具有優異的耐磨性能和導熱性能,能夠在高溫高壓環境下保持一定穩定性。

                4.磨削性能:金剛石多晶的切割性能不如單晶,但具有獨特的韌性和自銳性,多晶金剛石具有更多的晶棱和磨削面,在磨削過程中每條晶棱都具有磨削力,并且粗顆粒在磨削過程中會破碎脫落成更小的顆粒,這樣既可以保持持續的磨削力,又避免尖銳棱角對工件表面造成劃傷,既保證了樣品表面的磨拋質量,又提高了研磨切削效率。與單晶金剛石比起來,更適合用來研磨表面由不同硬度材料構成的工件。

                因此,多晶金剛石多用于以下應用:

                作為精密磨料,多晶金剛石用于藍寶石、磁頭、硬盤、硬質玻璃和晶體、陶瓷以及硬質合金的超精密研磨和拋光,如用于LED藍寶石的減薄。

                作為鍍膜添加劑,多晶金剛石用于金屬模具、工具、部件等的鍍膜,能夠大大提高表面耐磨性、表面硬度、延長使用壽命。

                用于研磨,多晶金剛石一般可配制成研磨液來使用。

                多晶金剛石也可制作刀具,切割時不容易產生崩裂。

              圖片 2

                三、金剛石類多晶

                由于多晶金剛石有很大的市場需求,就衍生了類多晶金剛石產品。類多晶,也就是使用單晶金剛石做原材料,經過表面刻蝕處理形成蜂窩孔洞結構,以此達到類似多晶金剛石的磨拋效果,所以叫做“類多晶”金剛石。

                類多晶金剛石微粉,是介于單晶金剛石和多晶金剛石之間的新型磨料。由單晶金剛石微粉采用特殊工藝加工制成。

                四、金剛石聚晶

                人造金剛石聚晶是一種把金剛石與結合劑在高溫、高壓條件下燒結而成的金剛石聚合物,它具有極高的耐熱性和很高的熱穩定性。廣泛應用于制造石油,地質鉆頭,鉆石加工和機械加工工具等。

                五、小結

                這幾種晶體可從以下幾方面簡單區別:

                1.生產方法上:單晶金剛石是石墨和觸媒經六面頂壓機合成;多晶金剛石是經過爆炸法合成;制備金剛石多晶相對簡單,成本低,廣泛應用于砂輪、磨料等領域。聚晶金剛石是把單晶金剛石與結合劑在高溫高壓下燒結而成的金剛石聚合物。

                2.從微觀結構上看:在金剛石的生長過程中會出現很多種晶面,如(100)、(110)、(111)面,若單獨按照某個晶面規律的外延生長,就形成單晶的,若是混合生長的就是多晶。

                -----轉載自中國超硬材料網磨料磨具


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