金刚石表面特性及表面金属化
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金刚石手册目录2金刚石介绍3物理性能4金刚石分类5金刚石合成6 CVD 金刚石类型7晶体学8力学强度9金刚石抛光10金刚石表面11性能光学性能12光学常数13拉曼散射14单晶光学器件15多晶光学器件16发射率和射频窗口17精密部件18热学性能19金刚石散热片20超精加工21电子性能22金刚石的量子应用23电化学性能24数据表光学级和射频级25热学级26机械级27电化学加工级28电子级29 DNV 级材料30延伸阅读31延伸阅读1. 单片金刚石拉曼激光器随着CVD金刚石合成和加工技术不断进步,在实际应用中能够使用具有优异性能的金刚石材料。
工程单晶 CVD 金刚石具有超低吸收率和双折射率,并且光程长,使单片金刚石拉曼激光器得以成为现实。
订购 CVD 金刚石产品,请访问在以下社交媒体上关注我们金刚石介绍3金刚石的特点是具有优异的硬度、鲁棒性以及光学与热学性能,可用于制造精美的宝石和精良的工业刀具。
但天然金刚石固有的可变性和稀缺性限制了其在工程应用中的使用。
合成工艺的发展让制造持续稳定的工程人造金刚石成为可能。
人们最初在 20 世纪 50 年代运用高温高压法、后来在 80 年代运用化学气相沉积法来制造优异的共价晶体金刚石。
现代工业消耗的人造金刚石约有 800 吨,大约是作为宝石开采的天然金刚石的150 倍。
一切在于结构金刚石的特性源自其结构,任一原子都被相邻的四个原子包围,通过共价键结合在立方晶格中,形成四面体结构。
这种结合坚固、堆积紧凑、致密、刚性的结构使其具有优异的性能。
能够操控缺陷和合成条件的影响,意味着材料科学家已经可以针对广泛的应用优化和定制金刚石的特性。
通过控制缺陷和合成条件的影响,材料科学家能够优化和定制金刚石的显著性能,以获得广泛的应用。
延伸阅读2. 科学瑰宝BC N510.81112.01114.00767Al aluminium1326.981Si silicon1428.085Pphosphorus1530.973高温高压合成的金刚石通常掺氮,因此具有独特的黄色色调。
金刚石金刚石是碳在高温高压条件下的结晶体,是自然界最硬的矿物。
其名称来源于希腊文“Adamas”,意为坚硬无敌。
金刚石是一种稀有、贵重的非金属矿产,在国民经济中具有重要的作用。
金刚石按用途分为两类:质优粒大可用作装饰品的称宝石级金刚石,质差粒细用于工业的称工业用金刚石。
宝石级金刚石,又称钻石,光泽灿烂,晶莹剔透,被誉为“宝石之王”,价值昂贵,是世界公认的第一货品,其占有程度和消费水平往往被视为是衡量个人和国家经济富裕程度的标志。
达不到宝石级的金刚石(工业用金刚石),以其超硬性广泛用于机电、光学、建筑、交通、冶金、地勘、国防等工业领域和现代高、新技术领域。
金刚石按所含微量元素可分为Ⅰ型金刚石和Ⅱ型金刚石两个类型。
Ⅰ型金刚石多为常见的普通金刚石。
Ⅱ型金刚石比较罕见,仅占金刚石总量的1%~2%。
Ⅱ型金刚石因常具有良好的导热性、解理性和半导体性等,多用于空间技术和尖端工业。
具微蓝色彩的优质大粒Ⅱ型金刚石视为钻石中之珍品,如重 3 106ct(Carat,克拉)世界著名的“库利南”钻石,即属此类。
人类对金刚石的认识和开发具有悠久的历史。
早在公元前 3 世纪古印度就发现了金刚石。
自公元纪年起至今,钻石一直是国家与王宫贵族、达官显贵的财富、权势、地位的象征。
世界金刚石矿产资源不丰富,1996年世界探明金刚石储量基础仅19 亿ct,远不能满足宝石与工业消费的需要。
20 世纪60 年代以来,人工合成金刚石技术兴起,至90 年代日臻完善,人造金刚石几乎已完全取代工业用天然金刚石,其用量占世界工业用金刚石消费量的90%以上(在中国已达99%以上)。
金刚石主要生产国为澳大利亚、俄罗斯、南非、博茨瓦纳和扎伊尔等。
世界钻石的经销主要由迪比尔斯中央销售组织控制。
中国发现金刚石约在200~300 年前,在明清朝之际(约17 世纪),湖南省农民在河砂中淘到过金刚石。
金刚石的地质勘查工作始于20 世纪50 年代。
迄今,在中国发现的重量大于90 ct的著名金刚石有6 颗,如重约158 ct的“常林钻石”等。
性质:最高硬度,最高热导率,最高传声速度,最宽透光波段,抗强酸强碱腐蚀,抗辐射,击穿电压高,介电常数小,载流子迁移率大,既是电的绝缘体,又是热的良导体,而掺杂后又可成为卓越的P 型(硼)或N 型(磷)半导体。
莫氏硬度为10,是所有已知材料中最硬的,可作耐磨涂层、切削工具、磨料、钻头等常温下金刚石的热导率为20W/cm▪K,是所有物质中最高者,可用作散热器或热交换器金刚石不仅在上述各独立领域具有优越的性质,更重要的是这些极限性能的综合作用,使其成为不可替代的特殊物质金刚石和石墨是碳的两种同素异构体,金刚石的化学成分是纯碳,石墨的化学成分也是纯碳。
金刚石坚硬无比,而石墨质地非常软,这是因为石墨中的碳原子是成层排列的,原子间的结合力很小,金刚石中的碳原子则是交错整齐地排列成八面体结构,每个碳原子都紧密地与其他4个碳原子直接连接,构成一个牢固的结晶体。
在常温常压下石墨是碳的稳定结晶形式,而金刚石是一种亚稳定状态,金刚石只有在高温高压下才是最稳定的,天然金刚石就是炭在地幔高温高压的条件下形成的。
要在常温常压下破坏金刚石中的C-C键需要很高的能量,因此金刚石不会自动转变为石墨。
在高温高压下,石墨中的碳原子会重新按金刚石的结构排列,而形成金刚石。
人工合成金刚石的方法从原理上基本可分为:高压法(静压法,动压法)和低压法(气相沉积法)。
静压法指的是通过液压机产生压力,通过电流加热产生高温,在金属熔剂作用下使原本在石墨稳定区饱和的碳在金刚石稳定区内变得过饱和,从而析出金刚石。
该方法可以随意调节保温保压时间,可以根据需要控制晶体粒度、质量和晶形等,具有很强的操作性,是目前工业用磨料级金刚石合成使用的唯一方法。
动压法,又叫爆炸法。
也要求高温高压条件,是利用烈性炸药TNT 等爆炸时产生的平面波直接作用于石墨,产生足够的温压。
但高压高温是瞬间产生与消失,可瞬间形成细微粒金刚石,不需要复杂庞大的高温高压装置,费用低,设备较简单。
金刚石表面化学镀Ni工艺研究摘要:由于金刚石表面能较高,在热压成型时很难与金属基体牢固的结合起来,因此刀具受到高的切削载荷时,金刚石很容易脱落,致使出现刀具寿命明显降低的问题,采用对金刚石的表面进行金属化处理。
本文研究了在金刚石表面金属化的各种处理方法及优化了在金刚石表面进行化学镀Ni的工艺。
关键词:金刚石;化学镀;增重率0前言金刚石具有高的热导率、低的密度、高的硬度、高的抗压强度及热膨胀系数与半导体材料好匹配等优点,但由于目前金刚石锯切工具和钻机工具多用粉末冶金的方法生产,烧结温度一般可以高达900℃,然而金刚石在空气中加热到700℃左右的时候,就开始出现氧化失重,抗压能力下降的问题;在1000℃以上时金刚石会发生石墨化,同时因为金刚石表面能很高,而且金刚石与基体润湿性比较差,与基体粘合力较弱,金刚石一般与金属基体的连接仅仅靠机械镶嵌力,却不能形成强的化学键粘合力,使金刚石在工作过程中容易脱落。
为了达到增强金刚石和金属之间的润湿性的目的,本文采用以次亚磷酸钠做为还原剂在金刚石表面进行化学镀镍的方法来降低金刚石和基体的界面能,改善他们之间的润湿性。
同时分析了金刚石表面镀覆前后不同的增重率对金刚石性能的影响。
研究了金刚石表面化学镀镍,给出了化学镀前的预处理过程和化学镀的工艺流程,并确定了化学镀镍的合理配方。
用金刚石单颗粒抗压强度测定仪测试镀覆前后单颗金刚石的抗压强度,利用扫描电镜(SEM)分析镀覆前后金刚石表面形貌、疏松致密程度等,利用X射线衍射仪(XRD)分析特征峰判断晶型非晶型、镀覆金属与金刚石有无界面生成物等。
1金刚石表面处理的发展及应用目前,在金刚石表面镀层中使用的材料主要是金属材料,所以又称之为金刚石的表面金属化处理。
在这其中根据使用地方的差异又可分为两种不同的情况:(1)表面镀钛、镀钨、镀铬等的金刚石适用于使用金属结合剂和陶瓷结合剂的砂轮;(2)镀镍和镀铜的金刚石适用于使用树脂结合剂的砂轮;1.1金刚石表面镀覆条件在金刚石表面进行镀覆时,存在非常多的形成条件和影响因素,主要有:成分条件、结构条件、工艺条件。
金刚石知识大全简介物竞编号:1747中文名称:金刚石英文名称:Diamond分子式:C分子量:12.01编号系统CAS号:7782-40-3MDL号:MFCD00211867EINECS号:231-953-2RTECS号:HL4158550BRN号:PubChem号:物性数据1. 性状:粉末2. 密度(g/mL at 25°C):3.5分子结构数据1.金刚石的化学成分为C,与石墨同是碳的同质多象变体。
在矿物化学组成中,总含有Si、Mg、Al、Ca、Mn、Ni等元素,并常含有Na、B、Cu、Fe、Co、Cr、Ti、N等杂质元素,以及碳水化合物。
2.金刚石矿物晶体构造属等轴晶系同极键四面体型构造。
碳原子位于四面体的角顶及中心,具有高度的对称性。
单位晶胞中碳原子间以同极键相连结,距离为154pm。
常见晶形有八面体、菱形十二面体、立方体、四面体和六八面体等。
3. 金刚石矿物晶体构造属等轴晶系同极键四面体型构造。
碳原子位于四面体的角顶及中心,具有高度的对称性。
单位晶胞中碳原子间以同极键相连结,距离为154pm。
常见晶形有八面体、菱形十二面体、立方体、四面体和六八面体等。
4. 在钻石晶体中,碳原子按四面体成键方式互相连接,组成无限的三维骨架,是典型的原子晶体。
每个碳原子都以SP3杂化轨道与另外4个碳原子形成共价键,构成正四面体。
由于钻石中的C-C键很强,所以所有的价电子都参与了共价键的形成,没有自由电子,所以钻石不仅硬度大,熔点极高,而且不导电。
在工业上,钻石主要用于制造钻探用的探头和磨削工具,形状完整的还用于制造手饰等高档装饰品,其价格十分昂贵。
5.钻石的摩氏硬度为10;由于硬度最高,钻石的切削和加工必须使用钻石粉来进行。
钻石的密度为3.52g/cm3,折射率为2.417,色散率为0.044。
计算化学数据1、疏水参数计算参考值(XlogP):-1.12、氢键供体数量:03、氢键受体数量:24、可旋转化学键数量:05、互变异构体数量:6、拓扑分子极性表面积(TPSA):34.17、重原子数量:28、表面电荷:09、复杂度:010、同位素原子数量:011、确定原子立构中心数量:012、不确定原子立构中心数量:013、确定化学键立构中心数量:014、不确定化学键立构中心数量:015、共价键单元数量:1性质与稳定性1. 金刚石晶体膜是一种人工合成的新型功能材料,它由金刚石微晶体构成,具有高硬度、低摩擦、高热导率(为铜的5倍)、低膨胀系数、良好抗热冲击性能、良好抗腐蚀性、极高电绝缘强度、宽波段高透过率和高电子折射率等多项复合性能。