5、CVD金剛石膜—21世紀的材料

　　早在20世紀50年代和60年代末，蘇聯(lián)、美國等國的科學家已先后在低壓下實現(xiàn)了多晶薄膜的化學氣相沉積（CVD）。雖然當時其沉積速度非常之低，但無疑是奠基性之舉。由于80年代初期金剛石薄膜的低壓氣相生成取得了突破性進展，全世界掀起了一股金剛石薄膜研究的高潮。國家科委高技術計劃新材料領域及時安排了金剛石薄膜的制備與應用研究這個跟蹤項目。
　　研究證實高質量的CVD金剛石多晶薄膜硬度、導熱、密度、彈性（以楊氏模量表征）和透光性物理性質已達到或天然金剛石。
　　進入20世紀80年代以來，成功地發(fā)展了多種CVD金剛石多晶薄膜的制備方法，薄膜的生長速率、沉積面積和結構性質已逐步達到應用的程度。
　　在CVD金剛石薄膜的應用基礎研究中，有很多課題可以根據(jù)應用方向的需要加以選擇，研究條件中最重要的是測試、分析的診斷手段，國內(nèi)已基本具備，因而是能夠有所作為的。
　　侯立指出，金剛石膜近期和未來的重要應用是國民經(jīng)濟的基礎—機械加工工業(yè)。金剛石膜產(chǎn)品已在汽車行業(yè)、航天行業(yè)、拉絲制網(wǎng)行業(yè)得到廣泛的應用，部分產(chǎn)品已經(jīng)小批量銷往國外市場；而且要不斷開發(fā)CVD金剛石新的生長技術，開拓CVD金剛石膜在更高層次的聲學、熱學、光學、電學的應用。
　　匡同春等指出，隨著現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)加工中心、流動機加工車間（FMS），計算機集成制造系統(tǒng)（CIMS）的問世，以及機械加工正朝著精密、高速、高生產(chǎn)率切削的方向發(fā)展，對刀具性能提出了相當高的要求，開發(fā)各種耐磨性優(yōu)良、能長時間進行穩(wěn)定加工的超硬切削刀具是必然趨勢。
　　為此，國內(nèi)的一些高等院校、科研院所和工具生產(chǎn)廠家，如吉林大學、清華大學、上海交通大學、湖南大學、沈陽金屬研究所、人工晶體研究所、廣州有色金屬研究所、株洲硬質合金廠等也正加緊相關的產(chǎn)品開發(fā)研究，實現(xiàn)CVD金剛石刀具產(chǎn)業(yè)化已為時不遠。
　　近年來，國內(nèi)加工CVD金剛石膜的技術也得到了迅速發(fā)展，最基本的金剛石膜的切割、研磨、拋光以及金剛石膜與其它刀體材料的粘結（釬焊）技術。目前，傳統(tǒng)的機械拋光方法在金剛石膜的加工中，仍占有一定的地位，但其加工質量和成本，已遠遠不能適應CVD金剛石膜實用化的進程。不久的將來，各種先進的熱化學方法、激光技術、光學加工方法、分子剝離技術、離子轟擊技術和涂層技術將成為CVD金剛石膜熱學、電子學、聲學和半導體應用及其產(chǎn)品制備的只要加工手段。
　　據(jù)國際資源開發(fā)（IRD）公司統(tǒng)計數(shù)字表明：CVD金剛石膜產(chǎn)品將以幾乎兩年增長一倍的極快速度走向市場，全世界金剛石膜的銷售額，1990年約為2億美元，1995年約為20億美元，2000年預計可達到40億美元。有關專家預計，2010—2020年金剛石膜直接市場將超過100億美元，相當于目前合成人造金剛石產(chǎn)品市場的2倍。因此，金剛石膜被譽為二十一世紀的材料。
　　盡管由于金剛石膜的某些加工的制備關鍵技術，還沒有完全解決，導致實際市場的規(guī)模低于預測的結果，但人們十分清楚，某些問題的解決將會使金剛石膜市場成倍，甚至成數(shù)量級的增長。
　　可以預期，通過在金剛石膜科學技術領域中從事應用基礎研究的我國科學工作者的共同努力，將會有更多的研究成果達到國際前沿的研究水平，從而推動我國CVD金剛石膜這一重要的新型功能材料領域中的技術發(fā)展與產(chǎn)業(yè)形成作出應有的貢獻。

6、21世紀的“工業(yè)維他命”—納米結構金剛石

　　納米結構金剛石是一種兼具有金剛石和納米顆粒雙重特性的新型材料。這種金剛石自然界不蘊藏，靜壓法也制造不出來，由于其生長條件苛刻，所以其合成技術直到1987年才由俄羅斯在實驗室率先研制成功，90年代初才投入批量生產(chǎn)。1993年中科院蘭州化學物理研究所，在國內(nèi)首先用炸藥爆轟法合成得到了平均粒徑為1—10nm的納米結構金剛石。據(jù)了解目前從事這一研究的單位還有：中國人民解放軍第二炮兵工程學院、北京理工大學、東南大學材料系、西南流體物理研究所、西北核技研究所、北京溥澤科技開發(fā)中心等?？梢?，一支高素質的納米結構金剛石研究開發(fā)技術隊伍已基本形成，并在爆轟技術、機理研究、提純處理、物理測試等方面取得可喜進展。
　　炸藥爆炸合成金剛石的方法與傳統(tǒng)的石墨相變法（包括靜壓法和動壓法）和化學氣相沉積（CVD）法不同，它是以負氧平衡炸藥TNT和黑索金RDX經(jīng)一定比例混配作原料（其中TNT為碳源，RDX為高壓源），置入密閉爆炸罐中，內(nèi)充惰性氣體（如CO和N），通過引爆和一定的爆溫（3000—5000K）爆壓（20—30Gpa)控制，有機炸藥分子解離成碳原子或是原子團，在短瞬間（若干微秒）冷卻，收集爆炸固相（爆轟灰）；除去雷管導索等雜質，用強酸除去無定形碳及金屬雜質，再用蒸餾水沖洗至中性，即可得到納米結構金剛石。
　　為了解納米結構金剛石特性，人們利用X射線衍射、透射電鏡、激光拉曼光譜、紅外吸收光譜、差熱和熱失重等對納米結構金剛石的特性進行了表征，分析了不同合成條件對納米結構和性質的影響。
　　納米結構金剛石的應用在美、日、俄、烏等國家已經(jīng)取得了很大進展。我國開展納米結構金剛石應用研究雖然起步較晚，但經(jīng)過努力也已取得成果，例如，第二炮兵工程學院與西安交大合作，研究開發(fā)了一種高效專用內(nèi)燃機磨合油，顯著縮短磨合時間，提高磨合品質，改善發(fā)動機配合副表面耐磨性能；與第四軍醫(yī)大學合作，把納米結構金剛石作為生物抗體的載體，因它具有很好的表面惰性，不含重金屬雜質，不會使生物抗體發(fā)生結構和性能上的變化，不會影響其功能的發(fā)揮，有可能在醫(yī)療上得到廣泛的應用；中科院蘭州化學物理研究所、西安核技術研究所在復合鍍層、橡膠和樹脂增強方面作了有益嘗試，哈爾濱工業(yè)大學用含有納米結構金剛石的研磨液對陶瓷滾珠進行磁流體研磨，得到了粗糙度只有0.013μm的表面等等。以上應用只是個初步的，但是個良好的開端。納米結構金剛石能否產(chǎn)業(yè)化，主要取決于應用。因此，加大納米結構金剛石應用技術的研究與開發(fā)力度則是關鍵，而實行科研、生產(chǎn)、應用的“三結合”對加速應用步伐又是十分重要的。

綜上所述

　　1. 需求拉動了超硬材料的發(fā)展，而超硬材料的發(fā)展又推動著機械加工技術、地質和石油鉆探技術，以及石材加工技術等的技術進步和發(fā)展。
　　2. 隨著超硬材料合成技術的不斷發(fā)展，物性研究的不斷深入，將為其應用領域的繼續(xù)擴大提供了可能。因此，我們應該積極能動的去搜索，去發(fā)現(xiàn)，去開拓它的應用，以求擴大其新的需求。
　　3. 超硬材料未來的發(fā)展，仍離不開應用的需求，由于超硬材料所具有的一系列優(yōu)異技術特性，隨著現(xiàn)代化工程技術的高速發(fā)展，可以肯定它的應用領域會越來越寬的。

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