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金刚石市场前景一片大好!17种应用大盘点!
作者: 张南 来源: 本站 时间:2020年10月13日 留言

金刚石市场前景一片大好!17种应用大盘点!

提起金刚石的用途,我们想到的应该就是做磨具。其实,它的应用非常广泛,磨友们,赶快来看一看吧~

1.金刚石膜应用于水处理新技术中

20086月,西班牙城市萨拉戈萨(Zaragoza)举办了主题为水与可持续发展的世界博览会。德国展示了其可持续的水处理创新和创意。他们使用金刚石薄膜电极净化饮用水,参观者可以通过一个曲柄发电机启动(Condias公司的一项技术),一个火花点燃金刚石电极,氧化过程开始,净化过程由此启动。利用电极去水中有害的有机物质,完全不使用任何化学物质。这种方法有效地避免了饮用水中诸如杀虫剂或药物残留等不受欢迎的物质。专家认为这是一种大有前途的创新方法。

2.钻石有望成为有史以来最强洗衣粉

这是一项由英国工程和自然科学研究委员会以及宝洁集团发起,华威大学和阿斯顿大学多方共同合作的研究成果。华威大学的Andrew Marsh博士表示:“每年消费者都需要将自己的衣服在6090摄氏的水中洗大约80次,只为去掉衣服上的油脂。我们的研究可以让人们即使用冷水洗衣服也能轻松解决油脂问题。即使在低至15摄氏度的水温中,这些纳米级别的钻石也将轻松洗去油脂。其物理化学原理可以为未来的研究打下坚实的基础”。

除了用作装饰点缀,钻石也许很快就将具备另一种技能——洗衣服,成为名副其实的主妇之友。英国科学家日前发现,在洗衣粉中加入一些钻石粒子(一粒钻石纳米粒子的直径大概是你头发直径的十万分之一),其去污效果会提升数倍,改良后的洗衣粉对顽固污渍尤其是油渍特有效。研究人员相信这个发现有助于解决洗衣服时烦人的油渍问题——至少比你重新买一件衣服要便宜。

3.金刚石进军全球水射流切割领域

当水刀切割应用发生大幅增长时,用户在提高设备生产率以及缩短更换零件时间方面提出了更高要求,这就推动了金刚石水切刀的发展。高压水切割技术的工业应用非常广泛,它可用于切割巧克力、钢材、纸张、塑料、木材、花岗岩等各种材料。其应用的增长源于它的快捷、灵活、精确、绿色、高性价比等优势。

与蓝宝石相比,金刚石刀头的使用寿命可延长1520倍。实验证实,通过在3500帕压强下使用纯净水加工1000小时后,水射流切割质量以及水用量二者基本无变化。同样地,带有磨料的水切割实验在进行10万个周期实验之后,其水切割质量和水用量二者也没有什么变化。

4.火灾探测系统中使用金刚石紫外传感器

传统传感器是通过探测火情早期发展阶段的热和烟来报警的,不同于传统传感器的是,这种新型的紫外线探测型火灾传感器用的是一种全新的技术,这种技术在火情发展到发热和冒烟的危险阶段之前就能迅速发现火情。

这种新的探测系统由一个传感器和一个报警装置组成,这种系统的紫外光敏器使用了由NIMS公司特为此开发的人造金刚石薄膜窗口材料。另外,这种新的探测系统不仅比传统传感器有更迅速的反应时间,而且在能量消耗和尺寸大小方面均有优势。

这种金刚石紫外传感器只需要一节9V的干电池就能运转,而且金刚石紫外光敏器件使用寿命长,能量消耗低。通过比较可知,传统的火灾探测系统使用真空电子管光电电池,其正常运转需一个300V以上的电压,因此该装置能量消耗很大。此外,传统传感器尺寸大并容易被撞坏,相反,新型金刚石紫外传感装置结构紧凑(8×5mm),并有好的抗冲击性。

5.金刚石刀具新换代,打造“精密机械之王”

新型光栅刻划机性能优越,最大刻划面积达400mm×500mm,最大刻线密度为6000线/mm,均为国际一流水平。该精密机械系统还将包括采用完全符合“阿贝原则”的多层台结构、承重兼导向一体式石英刀架导轨、金刚石刀具的中途连续切换技术以及实现连续运行与间歇刻划相结合的独特工作方式等多个创新点。

说起被称为“精密机械之王”的光栅刻划机,很多人觉得很陌生,认为离自己生活很远,其实大到空间探测,小到血糖化验,都少不了光栅发挥作用,而光栅刻划机就是制造光栅的工作母机。

光栅光谱仪核心元件,只有拥有了新光栅技术,才能催生新光谱仪器,推动整个光谱仪器行业快速发展。研制大型高精度衍射光栅刻划机将大幅度提升我国光栅制造水平,促进光谱仪器产业及光谱测试技术快速发展,提升我国精密机械制造行业的自主创新能力。

6.金刚石在微创手术中的应用

中南大学湘雅二医院介入治疗中心首次采用冠状动脉旋磨仪成功治愈两名“瓷器”冠心病患者,两名病友对医生树起大姆指感激道:“你们真是了不起,真是有了金刚钻,不怕瓷器活”。

冠状动脉旋转磨术是微创手术的一种。这种手术是通过将一根带有金刚石磨头的导管送到患者心脏冠状动脉钙化的部分,磨头以十几万转每秒的转速将钙化部分磨掉,钙化碎屑比红细胞还小,碎屑将随着全身血液的流动而逐渐被清除,为患者心肌的血流打通了通道。

7. 金刚石成为飞机制造商的好朋友

碳纤维塑料(CFRP)已经成为航天工业不可缺少的材料,作为一种重量极轻的替代材料,在某些呈增长趋势的应用中,它们的地位已经居于铝之上,但是对材料进行机械加工时需要大量的工具。使用多层金刚石涂层,用户对于这种具有高度磨蚀作用的材料进行经济的加工,同样能够获得理想的效果。

用于工业生产的,大量使用的金刚石涂层,是根据客户和具体的应用而构建的,因为每个工具制造商,对于其工具的性能都有自己的要求。只有通过高品质和完美适合的金刚石涂层,才能实现要求的工具使用寿命或进给速度。与无涂层的工具相比,在某些应用中,以这种方式,性能有可能提高500%以上。例如,使用无涂层的工具可以钻90个孔,使用没有故障的有涂层工具却可钻500个孔。使用金刚石涂层,甚至飞机制造商要求的高达H8级的高公差也可以实现。

金刚石涂层是精心开发的钻孔或铣削工具最理想的涂层,因此在完整的工具“概念”中,它是一个重要组成部分,或换句话说:“金刚石涂层是飞机制造商最好的朋友”。

8.金刚石被认为是最适合做抗菌橱柜台面的材料之一

台面是橱柜的重要构成部分,台面的抗污能力、硬度、耐配酸碱度等特性直接影响到橱柜的美观和稳定性,金刚石因各项性能指标优异而被公认为最适合做台面的材料之一。捷西公司成功开发出新一代抗菌金刚石台面。

开发的新金刚石台面不仅结合了之前人造台面的全部优点,而且表面色彩更亮、光浩洁度更佳,开裂几率几乎为零,相比人造台面,更具有硬度大、耐高温、耐酸碱、环保无毒害的优越特性。

新型金刚石台面石英含量高达93%,石英晶体是自然界中硬度仅次于钻石的天然矿物,其表面硬度可高达巴氏81以上,远大于厨房中所使用的刀、铲等利器,不会被刮伤。煤气炉、油锅等产生的热量也不会对金刚石表面产生任何直接伤害,具有其他台面无法比拟的耐高温特性,令其避免了因高温而造成的凹痕、焦斑等现象。

金刚石是表里如一,致密无孔的复合材料,其石英表面对厨房中的酸碱等有优秀的抗腐蚀能力,日常使用的酱油、醋等有色液体物质不会渗进台面内部。日常的清洁只须用清水冲洗即可,即使经过长时间的使用,其表面亦同新装台面一样亮丽,无需维护和保养。

9.人造金刚石应用于网络安全通信系统之中

窃听一直是全球性的经济问题,每年都会造成巨大的财政损失。解决这一问题的方法是切断所有可能被截取信息的通道。澳大利亚墨尔大学的物理学教授Shane Huntingdon发明了一种技术,即利用人造金刚石解决通信系统的安全问题。这套系统并不能阻止罪犯侵入通信网络,但是一旦有窃听者入侵,网络中的所有用户都能立即知道有侵入者,迅速做出反应,选择其它通道传输信息。这对现有的安全系统是一个极大的改进。

这项技术的关键是量子密码技术,它利用光纤传输信息时,每次只传输一个光子。人造金刚石可以生长出一些缺陷,满足这种单光子要求。因为量子态不能复制,所以用户立刻知道是否有人在窃听信息。

10.金刚石用于反应堆的墙体材料

ITER计划是当今世界科技界为解决人类未来能源问题而展开的重大国际合作计划。其目标是发展无污染且对全球变暖问题无影响的核能源。

由于金刚石对下一代核反应堆所产生的热量具有独一无二的承受能力,因此苏格兰爱丁堡的赫瑞瓦特大学将带有金刚石涂层的基体选作反应堆的墙体材料。此外,金刚石的抗轴辐射能力以及它在氢等离子体环境中的化学稳定性也是金刚石成为被选择材料的重要原因。

“我们相信,我们正在进入一个金刚石性能被挖掘的时代,并且金刚石将会成为越来越多领域中的不二选择”,美国SP3公司的Dwain Aidala如是说,“我们的650型热丝法CVD金刚石沉积设备,得以采纳的主要原因是由于它能够实现大面积且低成本地沉积金刚石薄膜,沉积厚度可以根据需要在200nm50μm之间选择,直径达300mm。”

11.纳米金刚石可用于输送脑瘤化疗药物

加州大学琼森综合癌症中心的研究人员,研发出一种创新性药物输送系统,利用纳米金刚石的微小颗粒来输送化疗药物,且达脑部肿瘤处。该新型治疗方法能有效地杀死癌细胞,并比现有治疗方法副作用发生机率低。

阿霉素是一种常见的化疗剂。直接注射进肿瘤处时,担当药物来治疗肿瘤。加州大学牙科学院迪安让阿霉素分子附在纳米金刚石表面,创造出一种化合物ND-DOX

研究发现,肿瘤的ND-DOX水一直保持稳定超过单独注射阿霉素,显示出附着在纳米金刚石上的阿霉素进入到肿瘤中且保留时间更长。还发现,ND-DOX能增加癌细胞的死亡,且减少神经胶质瘤细胞存活性。

研究第一次显示出ND-DOX运输有限量的阿霉素,分散在肿瘤外部。这一运输方式减少了毒副作用,并确保药物在肿瘤处的时间更长,增加药物杀死肿瘤的有效性,而不影响周边的组织。

12.用于HTC金刚石地面清洁系统

HTC金刚石地面清洁系统(Diamond Cleaning SystemDCS)是一种全新的地面处理和维护技术,它采用微粒金刚石技术,用机械方式来进行。金刚石地面清洁技术共有两个系统,分别叫做TwisterHybrid,两种体系都是HTC生态友好型的清洁革新技术的一部分。

Twister是一种革新清洁系统,由一系列盘式清洁垫所组成,每个清洁垫均植入数以亿计的微细金刚石颗粒并经固化处理,从而可以使用机械方式而非传统使用化学清洁剂的方式对地面进行清洁和抛光。

Hybrid体系为受损、磨损严重的天然石材和水磨石面带来新生。其易于使用,对环境友好,是一种消除瑕疵、刮痕和橙皮状缺陷的有效工具,只需使用一般的地面清洁机械和水即可。

 

13.金刚石刀具用于瞄准微电子的加工

美国西密歇根大学的John Patten博士开发了一种称为“μ-LAM”的微激光辅助加工技术,该方法将激光与金刚石刀具结合起来,对硅半导体和陶瓷材料进行加热软化和切削加工。

“μ-LAM”加工装置集成了一种红外光纤激光(波长范围10001500nm),汾激光束通过一个具有很高光学清晰度的单点金刚石刀具照射到工件上,将工件材料加热到600℃以上,刀尖圆弧半径为5μm5mm的金刚石刀具通过环氧树脂粘接(适用于毫瓦级激光功率的加工)或焊接/钎焊(适用于1瓦或更大激光功率的加工)的方式,连接到装在钨或硬质合金壳体中的激光器上。

Patten说,μ-LAM加工技术还可以削减加工时间和加工成本,并获得非常光滑的光学表面。“采用常规方法时,如果想要制造一个光学元件(如反射镜),通常需要从浇铸工件毛坯开始,然后进行一系列加工步骤:粗磨、精磨、研磨,才能最终成形。而我们的加工方法取代了原来的一系列工序,在CNC数控机床上用单点金刚石刀具进行切削,并且也能得到很好的表面粗糙度(Ra110nm)。”

Patten表示“我们最初的目标是瞄准光学和半导体行业,但现在看来,可能其大部分应用将在高能、高温微电子设备上。在半导体行业中,硅片是芯片和集成电路的载体,在温度较高的工作条件下,人们就会使用碳化硅。因此,现在我们的全部精力几乎都集中在碳化硅的加工上”。

14.CVD金刚石用于新型电火花加工电极

在电火花加工中,工具电极是一项非常重要的因素,电极材料的性能将影响电极的电火花加工性能,如材料去除率、工具损耗率、工件表面质量等,因此,正确选择电极材料对于电火花加工至关重要。

K/Suzuki等研究了用导电的CVD金刚石厚膜(0.5mm)作为电极材料进行电火花加工。这种CVD金刚石在CVD过程中通过掺杂硼而具有导电性,其电阻小,导热系数高,对电火花加工时油类工作介质中析出的碳有很强的吸附能力。试验表明,在一定的加工条件下,CVD金刚石电极可达到很高的材料去除率,而电极损耗几乎为零,尤其是它在无法采用Cu或石墨电极的高电流密度下进行加工。

15.人造单晶金刚石应用于激光微加孔技术中

近年来,集成电路产业得到了迅猛发展,也帮助了相关产业,特别是上游基础产业的蓬勃发展。作为集成电路,大规模集成电路的关键材料,随着集成电路及半导体器件向封装多引线化、高集成度和小型化发展,键合金丝的技术指标也越来越高,高纯度、高温、超细、超长的丝材需求量迅速大大增加。人造单晶金刚石是集成电路引线模具理想的材料,研究和开发单晶金刚石集成电路精密引线模具是全世界科技工作者的重要任务。

张勤俭等的研究指出:激光微打孔技术是人造单晶金刚石集成电路引线模具加工的重要方法,采用传统的激光数控打孔模型很难达到精确的孔径。我们提出的控制工件旋转速度和激光脉冲能量进行激光打孔的新模型是有效的。

采用新的数控模型对集成电路引线模具进行激光打孔,孔型精度大大提高,可以得到3.5μm的孔径。

16.用做耐磨金刚石涂层

美国SP3公司可提供从表面粗糙度低于10nm的超光滑纳米晶金刚石到表面粗糙度达10μm以上的可控微米晶产品,可理想的应用在耐磨表面包括密封及轴承等场合,微米晶金刚石薄膜则非常适合应用在化学机械抛光领域。这两种CVD金刚石薄膜产品均适用在条件恶劣以及对环境有苛刻要求的场合,它们表现出的高硬度、低摩擦系数、高耐磨性以及出色热导率超过其它任何材料。

当前,晶圆制造业正向着22nm以及高腐蚀磨料(包括铜和钨)加工环境下的更小几何尺寸方向发展,而粗糙度可控的金刚石正在发展成为一种用于化学机械抛光的新型材料。

17.在钽喷丝头表面覆加金刚石膜

喷丝头是化纤纺织上的关键部件,其性能好坏将影响到纺丝质量、生产率、成本等多项经济指标。一般情况下,喷丝头的材质应符合以下几个要求:

(1) 机械加工性能好;

(2) 耐腐蚀性能好,能承受酸碱环境的腐蚀;

(3) 有足够的强度和硬度,能承受一定的冲击和工作压力,且在纺丝过程中不易变形;

(4) 成本低。

化纤行业用喷丝头过去一直用金铂合金,制造成本太高,现在人们尝试着用相对价廉的钽来代替金铂合金制作喷丝头。钽喷丝头面临以下两个问题:

(1) 提高其硬度,防止变形所造成的喷丝头报废;

(2) 提高其在碱性工作条件下的耐腐蚀能力。

对钽衬底进行碳化处理有助于提高金刚石薄膜在其表面的附着力,从而使金刚石薄膜能成功地沉积于钽喷丝头表面。

 

通过改变热丝CVD的工艺参数可在钽喷丝头表面得到不同粒径的金刚石薄膜。

所制备出的成品金刚石薄膜钽喷丝头,其可纺性能及纺丝质量都达到或超过传统喷丝头,完全可以取代金铂喷丝头,从而大幅度降低生产成本,同时,金刚石薄膜粒径的减小对喷丝头表面的硬度及纺丝质量有着有利影响。

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