钻石的应用及特性

非傳統加工期末考試 鑽石的應用 趙培軼 高硬度 鑽石是世界上最硬的物質 在摩氏10級 礦物硬度計 中鑽石等級最高 硬度10 第二位的是剛玉 硬度9 第四位的是石英 水晶 硬度7 摩氏硬度表示的是礦物硬度相對大小 實際上 鑽石的硬度比剛玉高150倍 比石英 水晶 高1000倍 鑽石的硬度比人造硬質材料碳化硼 碳化矽高2 3倍 比硬質合金高6倍 用鑽石可以刻劃任何物質 但是沒有任何物質能夠刻劃或研磨鑽石 琢磨鑽石只能用鑽石粉長時間地研磨 因此 鑽石作成的首飾特別堅固耐久 不會被劃傷或磨毛 高硬度 鑽石的極高硬度 也使其在地質和石油勘探 石油開採 金屬礦產開採等領域用於堅硬岩石的鑽進 在工業技術上用於高速切削刀具和精細拉絲模具等領域幾乎成為唯一的無可替代的材料 高折射率 鑽石的折射率N 2 40 2 48 是世界上透明物質中最高的 物質的反光能力隨折射率的增高而增大 所以鑽石的磨光表面能大量地反射光線 只要切磨比例合適 具有許多不同方向磨光面的鑽石能把表面的和射入內部的光線幾乎全部反射出來 這樣就使整個鑽石閃爍著耀眼的光芒 抗蝕性 有一些鑽石晶體及鑽石薄膜蒸鍍的產品 已經在市面上可買到 比如電子微探儀的 射線光窗 高硬度耐磨耗工業用的磨具 刀具等工具 以及擴大器中共鳴箱的振動板等 但這只是將來預期鑽石材料應用中的極小部分而已 其實就那些高溫高壓 強烈輻射線 高鹽分及其他惡劣環境 如海洋 太空 引擎內部及核子反應爐等 來說 人既無法接近或暴露其中 一般材料也容易被腐蝕破壞 抗蝕性 此刻在這種環境中 即使採用目前高成本製作的鑽石 亦是值得的 http campus2 chgsh chc edu tw science content 1991 00050257 0005 htm 耐磨性 鑽石半導體必須使用摻雜其他元素的單晶鑽石薄膜 其他方面的應用只需使用複晶鑽石薄膜即已足夠 比如說抗磨耗工具外表就是被覆一層複晶鑽石薄膜 以增加使用效率與使用年限 工業界正面臨一種新挑戰 那就是對這些不需更換而永遠銳利的刀具 鋸片 索價多高才算合理 因為鑽石膜的抗磨耗特性 它也可能用來製作高效率 低摩擦 永遠不需潤滑的機械軸承或義肢 假牙等 耐磨性 http campus2 chgsh chc edu tw science content 1991 00050257 0005 htm 高電阻 鑽石除了可能是昂貴的裝飾品 由於其硬度僅次最近幾年才發現的石墨烯 Graphene 因此原本也是工業上大量使用的材料 在半導體上更有符合需求的良好特性 以目前已經進入半導體產業的化學氣相沉積鑽石膜 CVDdiamond 而言 即提供了高熱量的電晶體強力的熱分散 heatspreader 能力 不但散熱能力是矽晶的8倍 熱擴散能力 Thermaldiffusivity 更是10倍以上 此外 鑽石的電阻率比矽晶高萬倍以上 因此漏電問題相對會減輕許多 高電阻 tw creationDetail php sn 274438 抗輻射 對於高溫高壓 強烈輻射線 高鹽分及其他惡劣環境 如海洋 太空 引擎內部及核子反應爐等 來說 人既無法接近或暴露其中 一般材料也容易被腐蝕破壞 此刻在這種環境中 即使採用目前高成本製作的鑽石 亦是值得的 http campus2 chgsh chc edu tw science content 1991 00050257 0005 htm 透光性 用於告示及警示作用的反光片 因為具有高穿透率及擴散率 可將內照式光源所產生之光線穿透出來 避免內部照度不均之情形發生 以提供日 夜間告示及警示作用 tw product detail 86987 html 低熱膨脹 低摩阻 鑽石具有高硬度 低摩擦係數 低熱膨脹係數等特點 且可製作成極高銳利度與輪廓度的刃口 將鑽石製作圓弧形車刀用以進行車削加工 其高硬度特性可維持良好的切削性 而低摩擦係數與低熱膨脹係數使其在切削過程中發熱量與熱膨脹較小 此外 因鑽石車削之切削量極小 其切削力相對也非常小 故切削系統不致產生振動 工件在切削過程中的變形量也可以獲得良好的掌握 低熱膨脹 低摩阻 tw yuehyin MagSummary aspx ID 513 MID 9810 熱傳導 當IC電路密度越來越高時 SOI結構可能面臨一些問題 其中主要的問題是二氧化矽的熱導過低 因而有人提出SOD Siliconondiamond 的概念 鑽石的成長如果是採用高方向的鑽石薄膜 HOD 會因高方向的鑽石具有較高的熱導 甚至高出無方向性的鑽石兩倍之多 國立成功大學電機工程系微電子工程研究所碩士論文 利用直流電漿化學氣象沉積法沉積鑽石薄膜與氫端鑽石導電特性量測 快傳聲 高剛性 鑽石的傳聲速 非常快 又因為它的高剛性所以可用 強化 叭之震動板 Diaphragm 使其 致因震動而導致變形http 140 124 30 80 epaper 200711 download E9 91 BD E7 9F B3 E7 A0 94 E7 A9 B6 E7 A4 BE E4 BB 8B E7 B4 B9 pdf 尖銳性 人造鑽石可以針對應用對象來調整 如硬度很高且耐磨性高的碳化鎢硬質合金 需要自銳性很高的人造鑽石 因為此種鑽石含有缺陷 所以在磨削時能沿缺陷界面破裂而產生新的尖銳切邊 對於磨削工具而言 具有耐磨性與自銳性 即可維持長時間刀刃銳利狀態 抗壓性 因鑽石具有比傳統磨料更佳的優點和特性 如 硬度 耐磨耗性 抗壓強度及熱傳導性 自銳性等性質 所以稱為超級磨料 且因具有這些的優點 所以工件要求的加工精度在0 5um以下的加工工具漸漸由鑽石工具取代傳統砂輪 其加工效率較高 大致來說鑽石工具適用在加工非鐵金屬材料及非金屬材料 如 矽晶基板 光學玻璃基板 超硬合金 陶瓷基板 鋁或銅合金等材料上 抗壓性 斥電性 鑽石的四面體鍵結 sp3 具有最高的原子濃度 176 n 3 及最大的鍵能密度 體模係數 4 4Gpa 這種緊密的原子結合不僅使鑽石的硬度最大 也使它散熱最快 斥電最力 鑽石的這些終極性能可使它成為最快速的散熱片 最高頻的振動膜及最有效的換能器 上述鑽石的創新用途將可突破目前電腦企業散熱的瓶頸 通訊時代頻寬的限制及能源產出環境的污染 斥電性 tw DocView aspx id 439 熱輻射 類鑚碳 Diamond LikeCarbon或DLC 的鍍膜可極其平滑 原子級 或相對粗糙 奈米級 前者披覆在微鑽頭 Microdrill 上時可在印刷電路板 PCB 上鉆五萬個孔 比未披覆DLC的碳化鎢 約二千孔 可高至25倍 奈米級的粗糙無晶鑽石 純碳DLC 是最有效的熱輻射面 可在約100 射出相當於太陽常數 約0 1W c 2 的遠紅外線 約8微米 無晶鑽石披覆在LED基板的表面時可降低晶片 1W 350mA 的操作溫度約18 熱輻射 tw url sa t source web cd 1 ved 0CCkQFjAA url http 3A 2F 2Fwww itri org tw 2Fchi 2Flib 2