Ứng dụng của kim cương với các cấu trúc tinh thể khác nhau
Một viên kim cương tự nhiên đòi hỏi các nguyên tử carbon được sinh ra ở độ sâu 150-200 km dưới lòng đất và trải qua hàng trăm triệu năm nhiệt độ và áp suất cao. Để xuất hiện trước mặt con người, nó phải tiếp tục được đưa lên bề mặt trái đất bởi các chuyển động địa chất theo thời gian. , có thể nói là rất khan hiếm. Vì vậy, bằng cách mô phỏng các điều kiện kết tinh và môi trường phát triển của kim cương tự nhiên, người ta đã sử dụng các phương pháp khoa học để tổng hợp những viên kim cương nhân tạo cũng có những đặc tính ưu việt như siêu cứng, chống mài mòn và chống ăn mòn, rút ngắn thời gian tổng hợp kim cương xuống hơn mười ngày hoặc thậm chí một vài ngày. Kim cương tổng hợp được chia thành đơn tinh thể và đa tinh thể. Mỗi loại đều có cấu trúc và đặc điểm tinh thể độc đáo, khiến chúng có những ứng dụng khác nhau.
1. Kim cương đơn tinh thể
Kim cương đơn tinh thể là tinh thể được liên kết bởi liên kết cộng hóa trị với độ bão hòa và tính định hướng. Đây là loại tinh thể kim cương phổ biến nhất. Các hạt bên trong tinh thể được sắp xếp đều đặn và đồng bộ trong không gian ba chiều, ít khuyết tật. , không bị hạn chế về ranh giới hạt nên có ưu điểm vượt trội về tính dẫn nhiệt, độ cứng, độ truyền ánh sáng và tính chất điện.
Ứng dụng dẫn nhiệt
Độ dẫn nhiệt của kim cương về cơ bản đến từ sự lan truyền dao động của nguyên tử carbon (tức là phonon). Các nguyên tố tạp chất, sự sai lệch, vết nứt và các khuyết tật tinh thể khác trong kim cương, chất xúc tác kim loại còn sót lại, hướng mạng tinh thể và các yếu tố khác sẽ va chạm với phonon. Nó phân tán, do đó hạn chế đường đi tự do trung bình của phonon và làm giảm độ dẫn nhiệt. Kim cương đơn tinh thể có cấu trúc mạng có trật tự cao, khiến nó gần như không bị ảnh hưởng bởi sự tán xạ ranh giới hạt. Do đó, nó có độ dẫn nhiệt lên tới 2200 W/(m·K).
Ứng dụng quang học
Kim cương đơn tinh thể chất lượng cao được điều chế bằng phương pháp CVD có thể hoàn toàn không màu và trong suốt, hầu như không có tạp chất. Cấu trúc tinh thể có trật tự cao của nó cũng ngăn chặn ánh sáng bị cản trở bởi sự bất thường về cấu trúc khi truyền trong tinh thể, do đó cho thấy hiệu suất quang học tuyệt vời hơn.
Ứng dụng cắt
Độ cứng vi mô của dụng cụ kim cương đơn tinh thể cao tới 10000HV nên có khả năng chống mài mòn tốt. Vì lưỡi cắt của kim cương đơn tinh thể có thể đạt được độ thẳng và độ sắc nét ở cấp độ nguyên tử nên lưỡi cắt hoàn hảo có thể được sao chép trực tiếp lên phôi trong quá trình cắt để tạo ra bề mặt gương với độ hoàn thiện cực kỳ mịn, đảm bảo độ chính xác kích thước cực cao. , và có thể duy trì tuổi thọ dụng cụ và hiệu suất ổn định khi cắt tốc độ cao và tải nặng. Nó phù hợp cho việc cắt siêu mỏng và gia công siêu chính xác.
Mài và đánh bóng
Kim cương đơn tinh thể có độ phân tán tốt và tỷ lệ sử dụng các góc nhọn cao hơn. Do đó, khi nó được điều chế thành chất lỏng nghiền, nồng độ thấp hơn nhiều so với kim cương đa tinh thể và hiệu suất chi phí của nó tương đối cao.
2. Kim cương đa tinh thể
Cấu trúc của kim cương đa tinh thể bao gồm nhiều hạt cực nhỏ có kích thước nanomet liên kết với nhau bằng liên kết không bão hòa, rất giống với kim cương đen tự nhiên (kim cương đa tinh thể tự nhiên với màu đen hoặc xám đen làm chủ đạo).
Trường bán dẫn
Là vật liệu bán dẫn, hướng ứng dụng của vật liệu đơn tinh thể và đa tinh thể kim cương khá khác nhau. Các tính chất quang và điện của kim cương đa tinh thể không tốt bằng kim cương đơn tinh thể. Việc ứng dụng màng kim cương đa tinh thể cấp quang học và cấp điện tử là tương đối khắt khe. Việc chuẩn bị đòi hỏi tốc độ lắng đọng lý tưởng và mật độ khuyết tật cực thấp hoặc có thể kiểm soát được.
Mài và đánh bóng
Do các hạt kim cương đa tinh thể không cần phải sắp xếp nên các vết nứt vi mô tạo ra khi chịu áp suất cao có thể được giới hạn ở một phạm vi nhỏ các vi tinh thể, không có vết nứt mặt phẳng phân cắt lớn và có đặc tính tự mài tốt nên được phép sử dụng. được nghiền trong quá trình nghiền. Và sử dụng áp suất đơn vị cao hơn khi đánh bóng.
Dụng cụ cắt
So với các tinh thể kim cương đơn lớn, cấu trúc tinh thể không đều của kim cương đa tinh thể giúp nó có khả năng chống va đập tốt hơn và ít bị nứt hơn trong quá trình cắt.