中國粉體網(wǎng)訊  金剛石具有極其優(yōu)異的物理化學(xué)性能，在超精密加工、半導(dǎo)體、航空航天、核能等高新技術(shù)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景，甚至在許多領(lǐng)域中成為不可替代的材料。

金剛石材料的應(yīng)用

金剛石加工方法細(xì)分有二十多種。目前，研究和應(yīng)用較多的是金剛石拋光技術(shù)，主要有機(jī)械拋光、熱化學(xué)拋光、動(dòng)摩擦拋光、化學(xué)機(jī)械拋光、激光拋光、離子拋光以及電火花拋光等。

那么，在拋光過程中，材料是如何被去除的呢？關(guān)于金剛石材料的去除機(jī)理，主要有微破碎、石墨化、氣化、濺射以及化學(xué)反應(yīng)這五種類型。

微破碎

機(jī)械研磨拋光是使用最早應(yīng)用最廣的拋光技術(shù)，其材料去除方式就是金剛石表面材料的微破碎去除。

微破碎去除是金剛石試件表面與金剛石磨粒或者較硬的陶瓷拋光盤接觸、擠壓和摩擦，產(chǎn)生壓力和剪切力，使得金剛石的表面材料發(fā)生破壞，進(jìn)而達(dá)到材料去除的目的。微破碎材料去除機(jī)理往往會(huì)在被加工的金剛石表面形成微小裂紋等損傷。

石墨化

金剛石和石墨都是晶態(tài)單質(zhì)碳，僅從元素組成上看是完全一致的，但是石墨的硬度遠(yuǎn)小于金剛石的硬度�？此平饎偸�的穩(wěn)定性高于石墨，實(shí)際上石墨結(jié)構(gòu)處于穩(wěn)態(tài)而金剛石結(jié)構(gòu)處于亞穩(wěn)態(tài)。也就是說在一定條件下，金剛石可以由亞穩(wěn)態(tài)越過能量勢(shì)壘轉(zhuǎn)變?yōu)榉�(wěn)態(tài)的石墨。

在沒有鐵、鈷、鎳等催化劑的存在下，需要將金剛石加熱到1500℃，才能夠使金剛石發(fā)生石墨化；在有鐵、鈷、鎳等催化劑的存在下，只需將金剛石加熱到700℃左右，金剛石就開始發(fā)生石墨化。石墨化是金剛石晶格在吸收能量后從sp³結(jié)合狀態(tài)躍遷到sp²結(jié)合狀態(tài)的過程。熱化學(xué)拋光就是利用高溫催化的條件下，較硬的金剛石結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為較軟的石墨結(jié)構(gòu)，進(jìn)而達(dá)到材料去除的目的。

氣化

隨著科技的發(fā)展，高能束技術(shù)逐漸被應(yīng)用于金剛石的加工。激光束便是其中之一，高強(qiáng)度的激光束照射在試件表面使其發(fā)生材料溶解或氣化，進(jìn)而去除材料。這一方法使得金剛石的加工有了一種新的機(jī)理，就是利用高能束在金剛石表面瞬間產(chǎn)生高溫，材料氣化去除。

濺射刻蝕

濺射刻蝕材料去除機(jī)理是利用高能粒子束撞擊金剛石材料表面，破壞碳原子共價(jià)鍵，使碳原子從晶體中飛出。離子束拋光金剛石就是利用該機(jī)理，由于該方法是原子級(jí)的去除，所以一般拋光質(zhì)量非常高，但是效率極低、加工成本較高。

化學(xué)反應(yīng)

化學(xué)反應(yīng)主要利用的是氧化還原反應(yīng)，將金剛石中的碳氧化產(chǎn)生氣體以達(dá)到去除材料的目的。

化學(xué)機(jī)械加工方法（化學(xué)機(jī)械拋光、機(jī)械化學(xué)拋光、化學(xué)輔助拋光和真空等離子化學(xué)拋光）就是利用了化學(xué)反應(yīng)的去除機(jī)理。利用氧官能團(tuán)（O^2-，OH）加工金剛石的相關(guān)研究也是利用低溫下化學(xué)反應(yīng)達(dá)到材料去除的目的。離子拋光中的等離子體拋光利用能與碳原子反應(yīng)的等離子態(tài)的氣體（氧氣或氫氣等）拋光金剛石。

參考來源：

1.李強(qiáng). 單晶金剛石的研磨與化學(xué)機(jī)械拋光工藝.大連理工大學(xué)

2.薛洪明等. 單晶金剛石機(jī)械研磨與化學(xué)機(jī)械拋光工藝.納米技術(shù)與精密工程

3.溫海浪等. 大尺寸單晶金剛石襯底拋光技術(shù)研究現(xiàn)狀與展望.機(jī)械工程學(xué)報(bào)

4.王華祿. 納秒/皮秒激光燒蝕單晶金剛石材料的微觀特征及去除機(jī)理研究.華僑大學(xué)

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/輕言）

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