Applications de diamants avec différentes structures cristallines
Un diamant naturel nécessite que des atomes de carbone naissent à une profondeur de 150 à 200 kilomètres sous terre et subissent des centaines de millions d’années de température et de pression élevées. Pour apparaître devant les hommes, il doit continuer à être amené à la surface de la terre par les mouvements géologiques au fil du temps. , on peut dire que c’est très rare. Ainsi, en simulant les conditions de cristallisation et l’environnement de croissance des diamants naturels, les gens ont utilisé des méthodes scientifiques pour synthétiser des diamants artificiels qui possèdent également d’excellentes propriétés telles qu’une super dureté, une résistance à l’usure et une résistance à la corrosion, raccourcissant le temps de synthèse des diamants à plus de dix jours ou même quelques jours. Les diamants synthétiques sont divisés en monocristaux et polycristaux. Ils ont chacun des structures et des caractéristiques cristallines uniques, ce qui les rend différents dans leurs applications.
1. Diamant monocristallin
Le diamant monocristallin est un cristal lié par des liaisons covalentes avec saturation et directionnalité. C’est le type de cristal de diamant le plus courant. Les particules à l’intérieur du cristal sont disposées de manière régulière et synchronique dans un espace tridimensionnel, avec peu de défauts. , sans restrictions aux limites des grains, il présente donc des avantages exceptionnels en termes de conductivité thermique, de dureté, de transmission de la lumière et de propriétés électriques.
Applications de conduction thermique
La conductivité thermique du diamant provient essentiellement de la propagation des vibrations des atomes de carbone (c’est-à-dire des phonons). Les éléments d’impuretés, les dislocations, les fissures et autres défauts cristallins du diamant, les catalyseurs métalliques résiduels, l’orientation du réseau et d’autres facteurs entreront en collision avec les phonons. Il se diffuse, limitant ainsi le libre parcours moyen des phonons et réduisant la conductivité thermique. Le diamant monocristallin a une structure de réseau hautement ordonnée, ce qui le rend presque insensible à la diffusion aux limites des grains. Il présente donc une conductivité thermique allant jusqu’à 2 200 W/(m·K).
Applications optiques
Le diamant monocristallin de haute qualité préparé par la méthode CVD peut être complètement incolore et transparent, avec presque aucune impureté. Sa structure cristalline hautement ordonnée empêche également la lumière d’être perturbée par des irrégularités structurelles lors de sa propagation dans le cristal, montrant ainsi d’excellentes performances optiques.
Applications de découpe
La microdureté des outils diamantés monocristallins atteint 10 000 HV, ce qui leur confère une bonne résistance à l’usure. Étant donné que le tranchant du diamant monocristallin peut atteindre une rectitude et une netteté de niveau atomique, le tranchant parfait peut être copié directement sur la pièce pendant la coupe pour produire une surface miroir avec une finition extrêmement lisse, garantissant une précision dimensionnelle extrêmement élevée. , et peut maintenir la durée de vie de l’outil et des performances stables sous une coupe à grande vitesse et une charge lourde. Il convient aux coupes ultra fines et aux usinages ultra précis.
Meulage et polissage
Le diamant monocristallin a une bonne dispersion et un taux d’utilisation plus élevé des angles vifs. Par conséquent, lorsqu’il est préparé dans un liquide de broyage, la concentration est bien inférieure à celle du diamant polycristallin et son rapport coût-performance est relativement élevé.
2. Diamant polycristallin
La structure du diamant polycristallin est composée de nombreuses petites particules de taille nanométrique liées par des liaisons insaturées, ce qui est très similaire au diamant noir naturel (diamant polycristallin naturel avec le noir ou le gris foncé comme couleur principale).
Domaine des semi-conducteurs
En tant que matériaux semi-conducteurs, les directions d’application des matériaux diamant polycristallins et monocristallins sont très différentes. Les propriétés optiques et électriques du diamant polycristallin ne sont pas aussi bonnes que celles du diamant monocristallin. L’application de films de diamant polycristallin de qualité optique et électronique est relativement exigeante. La préparation nécessite une vitesse de dépôt idéale et une densité de défauts extrêmement faible ou contrôlable.
Meulage et polissage
Étant donné que les grains de diamant polycristallin n’ont pas besoin d’être disposés, les microfractures produites lorsqu’elles sont soumises à une pression élevée peuvent être limitées à une petite gamme de microcristaux, sans grandes fractures planes de clivage, et ont de bonnes propriétés d’auto-affûtage, elles sont donc autorisées. à broyer pendant le broyage. Et utilisez une pression unitaire plus élevée lors du polissage.
Outils de coupe
Comparée aux gros monocristaux de diamant, la structure cristalline désordonnée du diamant polycristallin lui confère une plus grande résistance aux chocs et est moins susceptible de se fissurer lors de la coupe.