5、CVD金刚石膜—21世纪的材料

　　早在20世纪50年代和60年代末，苏联、美国等国的科学家已先后在低压下实现了多晶薄膜的化学气相沉积（CVD）。虽然当时其沉积速度非常之低，但无疑是奠基性之举。由于80年代初期金刚石薄膜的低压气相生成取得了突破性进展，全世界掀起了一股金刚石薄膜研究的高潮。国家科委高技术计划新材料领域及时安排了金刚石薄膜的制备与应用研究这个跟踪项目。
　　研究证实高质量的CVD金刚石多晶薄膜硬度、导热、密度、弹性（以杨氏模量表征）和透光性物理性质已达到或天然金刚石。
　　进入20世纪80年代以来，成功地发展了多种CVD金刚石多晶薄膜的制备方法，薄膜的生长速率、沉积面积和结构性质已逐步达到应用的程度。
　　在CVD金刚石薄膜的应用基础研究中，有很多课题可以根据应用方向的需要加以选择，研究条件中最重要的是测试、分析的诊断手段，国内已基本具备，因而是能够有所作为的。
　　侯立指出，金刚石膜近期和未来的重要应用是国民经济的基础—机械加工工业。金刚石膜产品已在汽车行业、航天行业、拉丝制网行业得到广泛的应用，部分产品已经小批量销往国外市场；而且要不断开发CVD金刚石新的生长技术，开拓CVD金刚石膜在更高层次的声学、热学、光学、电学的应用。
　　匡同春等指出，随着现代集成制造系统加工中心、流动机加工车间（FMS），计算机集成制造系统（CIMS）的问世，以及机械加工正朝着精密、高速、高生产率切削的方向发展，对刀具性能提出了相当高的要求，开发各种耐磨性优良、能长时间进行稳定加工的超硬切削刀具是必然趋势。
　　为此，国内的一些高等院校、科研院所和工具生产厂家，如吉林大学、清华大学、上海交通大学、湖南大学、沈阳金属研究所、人工晶体研究所、广州有色金属研究所、株洲硬质合金厂等也正加紧相关的产品开发研究，实现CVD金刚石刀具产业化已为时不远。
　　近年来，国内加工CVD金刚石膜的技术也得到了迅速发展，最基本的金刚石膜的切割、研磨、抛光以及金刚石膜与其它刀体材料的粘结（钎焊）技术。目前，传统的机械抛光方法在金刚石膜的加工中，仍占有一定的地位，但其加工质量和成本，已远远不能适应CVD金刚石膜实用化的进程。不久的将来，各种先进的热化学方法、激光技术、光学加工方法、分子剥离技术、离子轰击技术和涂层技术将成为CVD金刚石膜热学、电子学、声学和半导体应用及其产品制备的只要加工手段。
　　据国际资源开发（IRD）公司统计数字表明：CVD金刚石膜产品将以几乎两年增长一倍的极快速度走向市场，全世界金刚石膜的销售额，1990年约为2亿美元，1995年约为20亿美元，2000年预计可达到40亿美元。有关专家预计，2010—2020年金刚石膜直接市场将超过100亿美元，相当于目前合成人造金刚石产品市场的2倍。因此，金刚石膜被誉为二十一世纪的材料。
　　尽管由于金刚石膜的某些加工的制备关键技术，还没有完全解决，导致实际市场的规模低于预测的结果，但人们十分清楚，某些问题的解决将会使金刚石膜市场成倍，甚至成数量级的增长。
　　可以预期，通过在金刚石膜科学技术领域中从事应用基础研究的我国科学工作者的共同努力，将会有更多的研究成果达到国际前沿的研究水平，从而推动我国CVD金刚石膜这一重要的新型功能材料领域中的技术发展与产业形成作出应有的贡献。

6、21世纪的“工业维他命”—纳米结构金刚石

　　纳米结构金刚石是一种兼具有金刚石和纳米颗粒双重特性的新型材料。这种金刚石自然界不蕴藏，静压法也制造不出来，由于其生长条件苛刻，所以其合成技术直到1987年才由俄罗斯在实验室率先研制成功，90年代初才投入批量生产。1993年中科院兰州化学物理研究所，在国内首先用炸药爆轰法合成得到了平均粒径为1—10nm的纳米结构金刚石。据了解目前从事这一研究的单位还有：中国人民解放军第二炮兵工程学院、北京理工大学、东南大学材料系、西南流体物理研究所、西北核技研究所、北京溥泽科技开发中心等。可见，一支高素质的纳米结构金刚石研究开发技术队伍已基本形成，并在爆轰技术、机理研究、提纯处理、物理测试等方面取得可喜进展。
　　炸药爆炸合成金刚石的方法与传统的石墨相变法（包括静压法和动压法）和化学气相沉积（CVD）法不同，它是以负氧平衡炸药TNT和黑索金RDX经一定比例混配作原料（其中TNT为碳源，RDX为高压源），置入密闭爆炸罐中，内充惰性气体（如CO和N），通过引爆和一定的爆温（3000—5000K）爆压（20—30Gpa)控制，有机炸药分子解离成碳原子或是原子团，在短瞬间（若干微秒）冷却，收集爆炸固相（爆轰灰）；除去雷管导索等杂质，用强酸除去无定形碳及金属杂质，再用蒸馏水冲洗至中性，即可得到纳米结构金刚石。
　　为了解纳米结构金刚石特性，人们利用X射线衍射、透射电镜、激光拉曼光谱、红外吸收光谱、差热和热失重等对纳米结构金刚石的特性进行了表征，分析了不同合成条件对纳米结构和性质的影响。
　　纳米结构金刚石的应用在美、日、俄、乌等国家已经取得了很大进展。我国开展纳米结构金刚石应用研究虽然起步较晚，但经过努力也已取得成果，例如，第二炮兵工程学院与西安交大合作，研究开发了一种高效专用内燃机磨合油，显著缩短磨合时间，提高磨合品质，改善发动机配合副表面耐磨性能；与第四军医大学合作，把纳米结构金刚石作为生物抗体的载体，因它具有很好的表面惰性，不含重金属杂质，不会使生物抗体发生结构和性能上的变化，不会影响其功能的发挥，有可能在医疗上得到广泛的应用；中科院兰州化学物理研究所、西安核技术研究所在复合镀层、橡胶和树脂增强方面作了有益尝试，哈尔滨工业大学用含有纳米结构金刚石的研磨液对陶瓷滚珠进行磁流体研磨，得到了粗糙度只有0.013μm的表面等等。以上应用只是个初步的，但是个良好的开端。纳米结构金刚石能否产业化，主要取决于应用。因此，加大纳米结构金刚石应用技术的研究与开发力度则是关键，而实行科研、生产、应用的“三结合”对加速应用步伐又是十分重要的。

综上所述

　　1. 需求拉动了超硬材料的发展，而超硬材料的发展又推动着机械加工技术、地质和石油钻探技术，以及石材加工技术等的技术进步和发展。
　　2. 随着超硬材料合成技术的不断发展，物性研究的不断深入，将为其应用领域的继续扩大提供了可能。因此，我们应该积极能动的去搜索，去发现，去开拓它的应用，以求扩大其新的需求。
　　3. 超硬材料未来的发展，仍离不开应用的需求，由于超硬材料所具有的一系列优异技术特性，随着现代化工程技术的高速发展，可以肯定它的应用领域会越来越宽的。

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