一文读懂金刚石(附部分知名企业名单)

原标题:一文读懂金刚石(附部分知名企业名单)

导语

金刚石及金刚石工具行业在我国被称之为“朝阳产业”,随着我国人造金刚石生产和基础设施建设的迅速扩大,大批从业人员加入到金刚石及金刚石工具行业中来。

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金刚石简介

金刚石俗称“金刚钻”。也就是我们常说的钻石的原身,它是一种由碳元素组成的矿物,是碳元素的同素异形体。金刚石是目前在地球上发现的众多天然存在中最坚硬的物质。金刚石的用途非常广泛,例如:工艺品、工业中的切割工具。石墨可以在高温、高压下形成人造金刚石,也是贵重宝石。

钻石的正八面体晶体结构

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金刚石分类

金刚石的分类方法很多,例如:

(1)按来源可分为天然金刚石和人造金刚石;

(2)按晶体结构可分为立方结构金刚石和六方结构金刚石等;

(3)按物理性质可分为I型金刚石和II型金刚石;

(4)按晶质可分为工业级金刚石和宝石级金刚石。

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特性

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金刚石的用途

金刚石不仅可以加工成价值连城的珠宝,在工业中也大有可为。它硬度高、耐磨性好,可广泛应用于切削、磨削、钻探例如

被用来切割玻璃,在玻璃上雕刻花纹

被用来制作地质钻探中的钻头,钻探最硬的岩石

被用来制作车刀,切削硬质合金和钢材

制成砂轮,研磨硬质材料,钻有熔孔的金刚石版叫做拉模或抽丝金刚石

用在电器工业中抽出直径只有0.001~0.2cm的铜丝和钨丝

由于热导率高、电绝缘性好,可作为半导体装置的散热板

金刚石薄膜的出现使金刚石的应用突破了只能作为切削工具的局限,使其优异的热、电、声、光性能得以充分发挥,它有优良的透光性和耐腐蚀性,目前,金刚石薄膜已应用在半导体电子装置、光学声学装置、压力加工和切削加工工具等方面,其发展速度惊人,在高科技领域更加诱人

另外,它的耐磨性也是数一数二的,我们知道,唱片的唱针在微小的接触面上要经受极大的压力,同时要求在极长的耐磨寿命,只要在针尖上沉积上一层金刚石薄膜,它就可以轻松上阵了;如在塑料、玻璃的外面用金刚石薄膜做耐磨涂层,可以大大扩展其用途,开发性能优越又经济的产品,金刚石工具及其主要应用领域如下表所示:

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产业链介绍

金刚石产业链自上而下分别为石墨、单晶、微粉、聚晶复合片、金刚石制品

目前,我国50%左右的单晶用于生产锯切工具。根据聚晶制品应用领域的不同,聚晶复合片又分为:石油开采用、矿山开采用、刀具用、拉丝模坯。金刚石制品分为单晶制品(磨具、锯切工具)、聚晶制品(地质钻头、刀具、拉丝模)。

下游应用领域介绍

磨具主要应用于电子信息领域IC 芯片加工、汽车领域发动机加工、空调及冰箱压缩机加工、刀具加工等;锯切工具主要应用于石材工业、建筑工业;钻进工具主要应用于矿山、石油开采;刀具主要应用于车床加工。

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标准

我国天然金刚石产品质量部颁标准(JC220-79)

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金刚石制备方法

人造金刚石的制备方法目前主要有两大类,高温高压法和CVD法。

(1)高温高压法

直接法

人造金刚石或利用瞬时静态超高压高温技术,或动态超高压高温技术,或两者的混合技术,使石墨等碳质原料从固态或熔融态直接转变成金刚石,这种方法得到的金刚石是微米尺寸的多晶粉末。

原料:触媒合金粉末、触媒片、石墨烯粉

设备:合成压机(铰链式六面顶压机)、硬质合金顶锤

熔媒法

人造金刚石用静态超高压(50~100kb,即5~10GPa) 和高温(1100~3000°C)技术通过石墨等碳质原料和某些金属(合金)反应生成金刚石,其典型晶态为立方体(六面体)、八面体和六-八面体以及它们的过渡形态。在工业上显出重要应用价值的主要是静压熔媒法。采用这种方法得到的磨料级人造金刚石的产量已超过天然金刚石,有待进一步解决的问题是增大粗粒比,提高转化率和改善晶体质量。目前正在实验室中用静压熔媒法研究优质大颗粒单晶金刚石的形成。加晶种外延生长法曾得到重1克拉左右的大单晶;用一般试验技术略加改进后,曾得到2~4毫米左右的晶体。采用这种方法还生长和烧结出大颗粒多晶金刚石,后者在工业上已获得一定的应用,其关键问题在于进一步提高这种多晶金刚石的抗压强度、抗冲击强度、耐磨性和耐热性等综合性能。

外延法

人造金刚石是利用热解和电解某些含碳物质时析出的碳源在金刚石晶种或某些起基底作用的物质上进行外延生长而成的。

武兹反应法

让四氯化碳和钠在700℃反应,生成金刚石。但是同时会生成大量的石墨。

(2)CVD

目前的投入市场的CVD金刚石主要以这四种形态:

纯多晶金刚石厚片

涂层金刚石

大单晶金刚石

纳米金刚石膜

目前CVD金刚石的制备方法主要有四种,主要是反应类型(热源)不同,具体如下:

大面积的热丝直流等离子体(HFCVD)制备方法

大功率(60-100kW)微波(MPACVD)制备方法

直流电弧等离子体喷射(DC Arc plasma jetCVD)制备方法

直流热阴极(辉光)等离子体(DC PA CVD)制备方法

分类 特点 代表公司 备注
HFCVD 沉积区域大,设备结构简单,操作容易 美国的SP3、Crystallame、CVD-diamond、Diamonex、DDK等公司 压力可调,温度可至50℃,可加入多组热丝阵列。代表设备:Model600,650,700
MPACVD 纯度与高质量的天然单晶金刚石几乎完全相同,重量超过10克拉,体积大550mm⊃3; 德国AIXTRON公司、日本SEKI和PLAS公司 主要技术在IAF和美国
DCArcplasma jetCVD 技术比较完善,主要特点是沉积速度快,金刚石膜质量接近MPACVD,最大沉积直径150mm以上 Westinghouse Electric, SP3 北京科技大学和河北科学院等单位也开发并完善了该项技术
直流辉光PCVD 沉积速率高、沉积面积大、品质好、裂纹少、工作气压范围宽、可在高气压下工作、放电稳定、设备简单等 韩国、奥地利有研究 中国吉林大学有研究

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金刚石工具加工方法

金刚石工具 主要制造工艺 所用设备
金刚石圆锯片 电镀、热压烧结或者激光焊接 台式切割机
金刚石带锯 电镀或钎焊 带锯机
金刚石砂轮 热压烧结或电镀 平面研磨机外圆磨床
金刚石线锯 电镀或钎焊 金刚石线锯切割机
金刚石超薄片 热压烧结或者电镀 划片机

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中国合成金刚石关键技术的进步

合成金刚石的工艺流程优化

合成金刚石的工艺流程

合成压机的大型化

中国特色的铰链式六面顶压机,六面顶压机吨位的发展,无缸压机的崛起

硬质合金顶锤的质量提升

顶锤苛刻的服役条件,顶锤随压机大型化的发展,硬质合金顶锤内在质量的分析

粉状工艺的工业应用

粉状工艺的优点,粉状工艺关键技术的实施,粉状工艺带来明显的合成效果

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金刚石主要生产商

国际(部分)

英国的Ele-ment six 公司

美国的Diamond Innovation 公司

G.E.mesis 公司

日本Asahi Diamond(旭金刚石株式会社)

住友电气工业株式会社

韩国的ILJin公司

Novatek公司

国内(部分)

河南黄河旋风股份有限公司

中南钻石股份有限公司

郑州华晶金刚石股份有限公司

河南四方达超硬材料股份有限公司

晶日金刚石工业有限公司

金瑞新材料科技股份有限公司

山东昌润钻石股份有限公司

湖北鄂信钻石科技股份有限公司

浙江蓝龙科技有限公司

河南亚龙金刚石制品股份有限公司

博深工具股份有限公司

第二届国际碳材料大会暨产业展览会

金刚石和碳基薄膜材料论坛

2nd International Carbon Materials Conference

& ExpositionDiamond and Carbon-based

Thin-film Materials Forum

2017年11月16-17日 中国·北京

主办单位

中国新材料产业技术创新战略联盟

主要议题

模块1:金刚石和碳基薄膜材料宏观分析

全球金刚石产业现状和发展趋势解读

全球金刚石膜、类金刚石膜应用现状分析

金刚石产业发展政策解读

金刚石和类金刚石薄膜投融资介绍

模块2:金刚石和碳基薄膜材料设备、工艺

大块单晶金刚石工艺探讨

CVD金刚石合成设备研发和自主化

高温高压法人造金刚石最新进展

低压金刚石合成工艺介绍

金刚石压腔装置开发

高性能类金刚石薄膜制备工艺和工程应用

金刚石外延膜的研究进展

金刚石半导体的发展与应用

金刚石薄膜涂层硬质合金工具研究进展

单晶金刚石场效应晶体管研究进展

聚晶金刚石制备工艺及应用介绍

模块3:金刚石和碳基薄膜材料下游应用开拓及发展

金刚石涂层在工磨具领域应用发展

大块单晶金刚石在电子器件领域应用

类金刚石薄膜在信息存储领域应用

类金刚石薄膜在航空航天领域应用

类金刚石薄膜在石油工业领域应用

类金刚石薄膜在汽车工业领域应用

类金刚石薄膜在轴承零部件上的应用

类金刚石薄膜在医疗器件领域应用

金刚石薄膜做电极材料在污水处理中的应用

更多精彩话题持续更新中,欢迎大家留言补充。

联系方式

电话:0574-86688922

传真:0574-87227807

邮箱:info@polydt.com

网站:www.carbonconf.com

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