超硬材料的工业应用

一、机械加工工业

金刚石磨具是磨削硬质合金的特效工具。金刚石砂轮磨削硬质合金，比用普通砂轮的磨削比高1000倍，成本降低10%以上。金刚石砂轮刃磨硬质合金刀具，可以避免用碳化硅砂轮加工时容易产生的裂纹、锯口等缺陷，即加工出的刀具粗糙度低和精度高，寿命可延长50%～100%，还可以省掉刃磨后的抛光工序，生产效率可提高数倍。

在汽车制造工业中，用金刚石磨石来搪磨汽车发动机汽缸时，一块金刚石磨石相当于300块碳化硅油石；加工表面粗糙度由Ra0.8～0.4 μm提高到Ra0.2～0.1μm，而汽缸的椭圆度和锥度从0.03mm减少到0.015～0.02mm。

硬而脆的贵重半导体材料，如硅、锗、砷化镓、磷化镓等，欲制成小片状的半导体器件，需要切割和研磨加工。使用钢丝锯切割，效果不佳，切口损耗也大；激光切割尚未进入实用阶段。目前最合适的方法是用金刚石切割锯片加工。用金刚石研磨膏来抛光半导体材料，不仅效率高，而且可达到最高一级表面粗糙度Ra0.006μm。

金刚石拉丝模可以拉制电子电器工业用的超细金属丝导线，精度可达到1～2μm，且比硬质合金拉丝模寿命长200多倍。

电器工业上使用的夹布胶木和环氧树脂纤维板等非均质绝缘材料，用金刚石薄片砂轮加工时，废品少，效率高、成本低，解决了用其他工具切割时存在的烧伤、表面粗糙度差、尺寸不准、废品多、效率低等各种困难问题。

在加工硬脆的铁氧体以及高硬度的电绝缘陶瓷材料方面，金刚石工具同样是最有效的工具。例如，可加工含刚玉35%的高压电瓷［它是一种使用碳化硅（SiC）也很难加工的硬脆材料］。

二、光学玻璃和宝石加工业

以前利用碳化硅加工光学玻璃，效率低，劳动条件差。现在已经全部采用金刚石磨具加工（包括下料、套料、切割、铣磨、磨边以及凸、凹曲面的精磨），综合生产效率提高数倍至数十倍。随着金刚石成本的降低，除了光学和精密玻璃器件外，许多本来用普通磨料加工的一般性玻璃制品，如汽车窗玻璃等，现在也都用金刚石磨具加工。

在加工宝石、玛瑙、玉器等方面，金刚石磨具是不可缺少的工具。

三、钻探与开采工业

在石油、煤炭、冶金、地质勘探等钻探和开采方面，广泛使用金刚石钻头。由于其硬度高，耐用，不仅能钻进最坚硬的岩层，而且钻速快，提钻次数少，孔斜小，可实现小口径钻进，减轻劳动强度，节约钢材，比用硬质合金钻头总成本反而降低。

大约在1860年前后，世界上产生了第一个金刚石钻头。当时是采用手工镶嵌粗颗粒天然金刚石的方法制造的。在1945年前后，开始采用用粉末冶金方法制造细颗粒金刚石地质钻头。这一方法沿用至今，并且随着人造金刚石的发展而不断发展。20世纪70年代以后，采用金刚石聚晶制造的石油钻头，得到了迅速推广应用。20世纪90年代以来，在全世界地质钻头和石油钻头钻探总量中，金刚石钻头工作量约占70%。目前，用于钻探工具的金刚石数量，约占工业金刚石消耗总量的20%。

四、建筑与建材行业

在大理石、花岗岩、人造铸石、混凝土建筑材料的切割、加工和磨削加工方面，广泛使用金刚石工具。如大型圆锯和排锯，以及金刚石绳锯等。此外，还有金刚石磨辊和磨边轮，用于板材的磨面和磨边。

五、电子、计算机工业

利用金刚石良好的导热性、红外透性、对紫外光敏感性、声光振动特性、半导体性能和禁带宽度大等性能，目前已广泛用它制作大规模、高效率集成电路基片、计算机显示屏、固体激光散热片、光电元件、金刚石整流器、金刚石温度计、红外窗口和紫外窗口保护膜、音响板等。

新型无机非金属材料

高频绝缘材料

氧化铝、氧化铍、滑石、镁橄榄石质陶瓷、石英玻璃和微晶玻璃等

铁电和压电材料

钛酸钡系、锆钛酸铅系材料等

磁性材料

锰-锌、镍-锌、锰-镁、锂-锰等铁氧体、磁记录和磁泡材料等

导体陶瓷

钠、锂、氧离子的快离子导体和碳化硅等

半导体陶瓷

钛酸钡、氧化锌、氧化锡、氧化钒、氧化锆等过渡金属元素氧化物系材料等

光学材料

钇铝石榴石激光材料，氧化铝、氧化钇透明材料和石英系或多组分玻璃的光导纤维等

高温结构陶瓷

高温氧化物、碳化物、氮化物及硼化物等难熔化合物

超硬材料

碳化钛、人造金刚石和立方氮化硼等

人工晶体

铌酸锂、钽酸锂、砷化镓、氟金云母等

生物陶瓷

长石质齿材、氧化铝、磷酸盐骨材和酶的载体等

无机复合材料

陶瓷基、金属基、碳素基的复合材料

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