超硬材料工業(yè)發(fā)展的材料趨勢

【中鎢在線新聞網-鎢新聞】

    (1)CVD材料產業(yè)化

　　CVD金剛石薄膜生長技術的研究始于上世紀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開始工業(yè)化生產，其應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、能源領域以及國防、軍工和尖端技術的關鍵材料。因此，加快CVD生長技術研究及其產業(yè)化，是我行業(yè)當前急需解決的現實問題。

　　(2)金剛石的功能性研究與應用

　　金剛石除了優(yōu)異的機械性能外，還具有很多卓越物理化學性能。如：金剛石的導熱性好，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)都遠遠高于Si、 GaAs、 InP等常用的半導體材料，結合其優(yōu)異的高溫性能，在微電子領域，基于金剛石的集成電路是現有硅基集成電路強有力的競爭者。用金剛石制造的對頂砧(DAC)是高壓物理、高壓化學研究不可缺少的手段;金剛石從深紫外到遠紅外全透明，可應用于巡航導彈紅外探測器的窗口、激光窗口材料、透鏡材料，和光學保護涂層;還可用來作半導體熱阱、熱敏電阻及高靈敏溫度計。加強金剛石功能性研究與應用是行業(yè)未來可持續(xù)發(fā)展的技術保障。

　　(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)異的半導體材料，它在高溫高功率寬帶器件微電子學領域有著廣泛的應用前景。立方氮化硼能產生二階非線性光學效應，可以用于光的高次諧波發(fā)生器、電光調制器、可見-紫外光轉換器、光學整流器、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)有著重要的現實意義。

　　(4)高端PDC急待突破

　　目前國內PDC總體有了明顯的進步，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域的熱點問題。如果從理論設計的角度出發(fā)設計新型超硬材料，再通過實驗進行驗證能夠開發(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，克服它們的缺點，必然將成為新一代的超硬材料，具有廣闊的應用前景。

　　(6)寶石級金剛石的研發(fā)

　　20年來，寶石級金剛石合成技術方面取得了長足的進展。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25克拉的優(yōu)質Ib型金剛石單晶，代表了當今寶石級金剛石的培育最高技術水平。美國卡內基研究院地球物理實驗室于1998年開始CVD單晶金剛石培育技術的開發(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、最高速度達到300μm/h，所得到的單晶呈褐色，經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、黃河旋風股份有限公司、焦作華晶鉆石有限公司等，在已能生產4mm左右的金剛石大單晶。黃河旋風股份有限公司已經培育出10mm的寶石級大單晶金剛石;吉林大學可以生產0.8ct的寶石級優(yōu)質大單晶。在此基礎上，我們應繼續(xù)加強對寶石級人造金剛石的合成方法及工藝技術進行深入研究與開發(fā)。

　　(7)納米金剛石產業(yè)化及應用開發(fā)

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

　　(8)加速原輔材料的改進與研發(fā)

　　傳壓介質、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不可或缺的五大支柱，為了適應我國超硬行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的需要，必須加速原輔材料的改進與研發(fā)，抓緊研制新型傳壓介質、納米—亞納米鐵基制品金屬粉、新型炭源材料及優(yōu)質氮化硼，特別是硬質合金件的配套跟進尤為重要。

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