想必大家都知道钻石可以镶嵌在戒指上,作为点缀。在婚礼上许多人也用钻戒作为婚戒,它象征着爱情、浪漫和忠诚。但是大家可知道钻石除了作为宝石之外还可以有什么用吗?
钻石
一、作为工业加工刀头
钻石即金刚石(diamond),是世界上最硬的天然材料。它的硬度自然是人类最先想到的用出。正所谓“没有金刚钻,莫揽瓷器活。”从古代就已经有匠人发现了金刚石的妙用。在现代工业中金刚石可以作为切、削和钻的刀头/钻头。而且因为金刚石的硬度很大,在同样的应力下应变十分小。所以在加工零件时可以极大的提高加工的精度。
工业金刚石刀头
但是金刚石刀头也不是万能的,虽然它很硬、化学稳定性好。但是它的热稳定性并不好。在切削过程中产生的热量极易使它氧化。而且在加工一些过渡金属时,如含有铁元素的器件时,它容易就碳化了。金刚石本身就是一种碳的单质,只是其晶体结构和石墨不同。碳化严重的金刚石刀头就不具备切削的作用了。
当然除了切削,好可以作为磨具、钻头等。
二、作为导弹头的光学窗口
导弹都是带有自身的雷达的,而雷达的光学窗口就是需要一种透光性极好、光学窗口宽的材料,(光学窗口宽是指材料本身吸收电磁波的波段少,最好完全不吸收任何的电磁波)作为导弹上的材料还需要硬度较大不易损坏,这两点正好是金刚石所具备的。现在的导弹大部分的光学窗口都是氧化铝晶体,也就是红宝石。氧化铝晶体也是一种很优秀的光学窗口材料,但和金刚石相比还是略输一筹。
但是这一应用也存在着现实的问题就是成本,要是尺寸小一些的光学窗口的话那还可以,要是这个窗口的尺寸较大,那就会面临成本过高的问题。
三、需要超高压时的器件材料
当我们需要特别高的压强时,一般的、比较软的材料就显得特别鸡肋。比如超水高压切割和极端条件的实验时。在实验中如果需要极高的压强的话,一般会使用金刚石对顶针,金刚石对顶针的结构十分简单就是两个互相对顶的金刚石(当然实验中这个结构是很复杂的,因为不仅要压还要保持压力的平衡),对其两端加压力在金刚石的顶端的压强就会特别高。这就是利用金刚石的硬度,如果是比较软的材料的话,在受力时就会产生形变对顶针的接触面积就会变大,压强变小。前段时间比较热门的金属氢,正式利用金刚石对顶针获得的。当然后来发现金属氢的实验小组在保存样品的过程中,金属氢发生了相变,最后都丢失了,这反而成了一个不可证真,也无法证伪的研究了。
金刚石对顶针示意图
四、作为散热材料
在人们的一般印象中,散热材料一般是金属材料比较多。这是因为金属中存在自由电子,自由电子对导热的贡献要远远大于声子对导热的贡献,(声子是一种晶体原激发产生的准粒子)而像金刚石这种共价晶体在常温下自由电子极其少,也可以认为是没有。但是金刚石的晶体十分的致密使他的声子对导热的贡献也十分的大,且金刚石是声音传播最快的天然材料。所以在一些半导体器件中金刚石经常被用来做为导热器件。
五、作为宽禁带半导体材料
我们日常所用的大部分芯片都是由硅来构成的。而硅并不是万能的它的禁带宽度比较窄。而金刚石的禁带宽度约为6.4eV,是一种良好的宽禁带半导体材料。