金刚石单晶、多晶、类多晶、聚晶的区别小结

　　金刚石是我们都非常熟悉的超硬材料，金刚石晶体有多种不同的类型，每种类型都具有不同的特性和应用，在本文中，我们将梳理一下金刚石晶体的不同类型及应用。

　一、金刚石单晶

　　金刚石单晶是原子排列规律相同，晶格位相一致的晶体，是金刚石晶体中最常见的类型，它具有非常高的硬度和优异的热导率等性能。

1.晶体结构：金刚石单晶是由具有饱和性和方向性的共价键结合起来的晶体，结晶体内部的微粒在三维空间呈有规律地、同期性地排列，或者说晶体的整体在三维方向上由同一空间格子构成，整个晶体中质点在空间的排列为长程有序。晶体结构均匀、完整，具有均匀的化学、热力学性质。

2.制造方法：在热力学稳定的高温高压及触媒参与的条件下合成，国内基本都采用六面顶压机合成。

3.物理性质：金刚石单晶硬度大、抗磨损性能好，具有良好的导热性能和耐高温性能，能够在高温高压环境下保持稳定的物理和化学性质。

4.切割性能：金刚石单晶可用于切削工具、磨料、高压电极及高效光学器件等领域。

　　二、金刚石多晶

　　金刚石多晶是由很多具有相同排列方式但位向不一致的小晶粒组成。多晶金刚石最初的生产发明是由美国的杜邦公司发明的。

1.晶粒结构：多晶金刚石是由众多细小的纳米级小颗粒聚集而成，经过提纯分级等后续处理得到不同粒度范围的多晶金刚石微粉，粒度一般不超过10微米。晶体结构不均匀，缺陷严重、脆弱，具有尖锐棱角的不规则外形。结构与天然的Carbonado极为相似。通过不饱和键结合而成，具有很好的韧性。

2.制造方法：金刚石多晶（微粉）是利用独特的爆破法由石墨制得，高爆速炸药定向爆破的冲击波产生高温高压，金属飞片加速飞行撞击石墨片从而导致石墨转化为多晶金刚石。一般只有几微秒的瞬间，产品多是5~20纳米的细小多晶体。

3.物理性质：金刚石多晶硬度不如单晶高，但仍具有优异的耐磨性能和导热性能，能够在高温高压环境下保持一定稳定性。

4.磨削性能：金刚石多晶的切割性能不如单晶，但具有独特的韧性和自锐性，多晶金刚石具有更多的晶棱和磨削面，在磨削过程中每条晶棱都具有磨削力，并且粗颗粒在磨削过程中会破碎脱落成更小的颗粒，这样既可以保持持续的磨削力，又避免尖锐棱角对工件表面造成划伤，既保证了样品表面的磨抛质量，又提高了研磨切削效率。与单晶金刚石比起来，更适合用来研磨表面由不同硬度材料构成的工件。

　　因此，多晶金刚石多用于以下应用：

　　作为精密磨料，多晶金刚石用于蓝宝石、磁头、硬盘、硬质玻璃和晶体、陶瓷以及硬质合金的超精密研磨和抛光，如用于LED蓝宝石的减薄。

　　作为镀膜添加剂，多晶金刚石用于金属模具、工具、部件等的镀膜，能够大大提高表面耐磨性、表面硬度、延长使用寿命。

　　用于研磨，多晶金刚石一般可配制成研磨液来使用。

　　多晶金刚石也可制作刀具，切割时不容易产生崩裂。

　　三、金刚石类多晶

　　由于多晶金刚石有很大的市场需求，就衍生了类多晶金刚石产品。类多晶，也就是使用单晶金刚石做原材料，经过表面刻蚀处理形成蜂窝孔洞结构，以此达到类似多晶金刚石的磨抛效果，所以叫做“类多晶”金刚石。

　　类多晶金刚石微粉，是介于单晶金刚石和多晶金刚石之间的新型磨料。由单晶金刚石微粉采用特殊工艺加工制成。

　　四、金刚石聚晶

　　人造金刚石聚晶是一种把金刚石与结合剂在高温、高压条件下烧结而成的金刚石聚合物，它具有极高的耐热性和很高的热稳定性。广泛应用于制造石油，地质钻头，钻石加工和机械加工工具等。

　　五、小结

　　这几种晶体可从以下几方面简单区别：

1.生产方法上：单晶金刚石是石墨和触媒经六面顶压机合成；多晶金刚石是经过爆炸法合成；制备金刚石多晶相对简单，成本低，广泛应用于砂轮、磨料等领域。聚晶金刚石是把单晶金刚石与结合剂在高温高压下烧结而成的金刚石聚合物。

2.从微观结构上看：在金刚石的生长过程中会出现很多种晶面，如（100）、（110）、（111）面，若单独按照某个晶面规律的外延生长，就形成单晶的，若是混合生长的就是多晶。