超硬材料工業(yè)發(fā)展的材料趨勢

【中鎢在線新聞網(wǎng)-鎢新聞】

    (1)CVD材料產(chǎn)業(yè)化

　　CVD金剛石薄膜生長技術(shù)的研究始于上世紀(jì)80年代中期，從90年代后期至今，各類用途的CVD金剛石材料及其制品已經(jīng)開始工業(yè)化生產(chǎn)，其應(yīng)用前景和潛在市場極為廣泛。

　　CVD金剛石已成為加工業(yè)、汽車、信息、能源領(lǐng)域以及國防、軍工和尖端技術(shù)的關(guān)鍵材料。因此，加快CVD生長技術(shù)研究及其產(chǎn)業(yè)化，是我行業(yè)當(dāng)前急需解決的現(xiàn)實(shí)問題。

　　(2)金剛石的功能性研究與應(yīng)用

　　金剛石除了優(yōu)異的機(jī)械性能外，還具有很多卓越物理化學(xué)性能。如：金剛石的導(dǎo)熱性好，可用于微波器件、大功率固體激光器、散熱片和大規(guī)模集成電路等;金剛石晶體的電子親和勢小，是理想的場發(fā)射陰極材料，可用于冷陰極場發(fā)射器件;同時(shí)金剛石又是一種寬帶(Eg=5.5eV)、擊穿電壓(107V)和飽和電流(2.7×107cm s-1)都遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于Si、 GaAs、 InP等常用的半導(dǎo)體材料，結(jié)合其優(yōu)異的高溫性能，在微電子領(lǐng)域，基于金剛石的集成電路是現(xiàn)有硅基集成電路強(qiáng)有力的競爭者。用金剛石制造的對頂砧(DAC)是高壓物理、高壓化學(xué)研究不可缺少的手段;金剛石從深紫外到遠(yuǎn)紅外全透明，可應(yīng)用于巡航導(dǎo)彈紅外探測器的窗口、激光窗口材料、透鏡材料，和光學(xué)保護(hù)涂層;還可用來作半導(dǎo)體熱阱、熱敏電阻及高靈敏溫度計(jì)。加強(qiáng)金剛石功能性研究與應(yīng)用是行業(yè)未來可持續(xù)發(fā)展的技術(shù)保障。

　　(3)立方氮化硼的功能性研究與開發(fā)

　　立方氮化硼晶體(CBN)具有6.4eV最寬的直接帶隙，是一種十分優(yōu)異的半導(dǎo)體材料，它在高溫高功率寬帶器件微電子學(xué)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。立方氮化硼能產(chǎn)生二階非線性光學(xué)效應(yīng)，可以用于光的高次諧波發(fā)生器、電光調(diào)制器、可見-紫外光轉(zhuǎn)換器、光學(xué)整流器、光參量放大器等等。此外，立方氮化硼與金剛石一樣還具有很強(qiáng)的抗輻射能力，可用于抗輻射器件。因此，對立方氮化硼材料功能性的研究與開發(fā)有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。

　　(4)高端PDC急待突破

　　目前國內(nèi)PDC總體有了明顯的進(jìn)步，可供拉絲模、煤田鉆采、和一般的石油鉆采用。但大直徑PDC、深孔鉆進(jìn)用PDC，高速、高壽命刀具PDC還無法與國外競爭，我國髙端PDC仍然靠進(jìn)口，這種局面必須盡快解決。

　　(5)新型超硬材料的研究

　　尋找高硬度、高化學(xué)惰性和高熱穩(wěn)定性的新型類超硬材料是超硬材料研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)問題。如果從理論設(shè)計(jì)的角度出發(fā)設(shè)計(jì)新型超硬材料，再通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證能夠開發(fā)出新型的超硬材料，將使它兼有金剛石和立方氮化硼這兩種超硬材料的優(yōu)點(diǎn)，克服它們的缺點(diǎn)，必然將成為新一代的超硬材料，具有廣闊的應(yīng)用前景。

　　(6)寶石級金剛石的研發(fā)

　　20年來，寶石級金剛石合成技術(shù)方面取得了長足的進(jìn)展。1990年，日本的住友電氣公司，用大晶種方法生長出9克拉Ib型金剛石單晶，生長速度提高到15mg/h;1996年，De Beers公司用1000h合成出重量達(dá)25克拉的優(yōu)質(zhì)Ib型金剛石單晶，代表了當(dāng)今寶石級金剛石的培育最高技術(shù)水平。美國卡內(nèi)基研究院地球物理實(shí)驗(yàn)室于1998年開始CVD單晶金剛石培育技術(shù)的開發(fā)，2004年生長出對角長10mm、厚4.5mm的單晶金剛石，生長速度100μm/h、最高速度達(dá)到300μm/h，所得到的單晶呈褐色，經(jīng)高溫高壓處理后為無色，2005年生長出10克拉的透明單晶金剛石。

　　目前，我國中南鉆石有限公司、黃河旋風(fēng)股份有限公司、焦作華晶鉆石有限公司等，在已能生產(chǎn)4mm左右的金剛石大單晶。黃河旋風(fēng)股份有限公司已經(jīng)培育出10mm的寶石級大單晶金剛石;吉林大學(xué)可以生產(chǎn)0.8ct的寶石級優(yōu)質(zhì)大單晶。在此基礎(chǔ)上，我們應(yīng)繼續(xù)加強(qiáng)對寶石級人造金剛石的合成方法及工藝技術(shù)進(jìn)行深入研究與開發(fā)。

　　(7)納米金剛石產(chǎn)業(yè)化及應(yīng)用開發(fā)

　　納米金剛石除了具有金剛石的一般特性外，同時(shí)還具有納米材料的特性，在復(fù)合鍍層、研磨、拋光、潤滑、密封、高強(qiáng)樹脂和橡膠等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，顯示出良好的應(yīng)用前景，我們必須高度重視納米金剛石產(chǎn)業(yè)化及其應(yīng)用，同時(shí)關(guān)注納米立方氮化硼的研發(fā)。

　　(8)加速原輔材料的改進(jìn)與研發(fā)

　　傳壓介質(zhì)、頂錘壓缸、觸媒合金、炭源材料及氮化硼原料是超硬材料生產(chǎn)不可或缺的五大支柱，為了適應(yīng)我國超硬行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的需要，必須加速原輔材料的改進(jìn)與研發(fā)，抓緊研制新型傳壓介質(zhì)、納米—亞納米鐵基制品金屬粉、新型炭源材料及優(yōu)質(zhì)氮化硼，特別是硬質(zhì)合金件的配套跟進(jìn)尤為重要。

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