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金刚石膜的应用与抛光技术 版权信息
- ISBN：9787030738448
- 条形码：9787030738448 ; 978-7-03-073844-8
- 装帧：一般胶版纸
- 册数：暂无
- 重量：暂无
- 所属分类：>>
金刚石膜的应用与抛光技术 本书特色
本书可供高等院校机械和材料等相关专业师生、研究院所及相关领域企业的研发与应用人员参考。
金刚石膜的应用与抛光技术 内容简介
本书在第1章讲述金刚石的结构和性能技术上，第2章详细讲述金刚石在各领域的应用情况。这些应用领域大多为高技术领域，且很多还未进入到人们的视野，对推广金刚石应用有很好的帮助。第3章简要介绍金刚石膜的制备技术。第4章详细介绍金刚石膜的去除机理与抛光理论，为后续几章金刚石膜的抛光技术提供指导。第5、6、7、8章分别详细介绍金刚石膜的机械抛光技术、摩擦化学抛光技术、化学机械抛光技术和光催化抛光技术。第9章介绍金刚石膜的特种加工技术，第10章简要介绍金刚石相关材料的抛光加工技术。
金刚石膜的应用与抛光技术 目录
目录
前言
第1章 金刚石的结构及性能 1
1.1 金刚石的原子结构 1
1.2 金刚石的力学性能 3
1.2.1 金刚石的硬度 3
1.2.2 金刚石的解理与脆性 4
1.2.3 金刚石的强度 4
1.2.4 金刚石其他力学性能 6
1.3 金刚石的光学性能 6
1.4 金刚石的热学性能 7
1.5 金刚石的电子学性能 9
1.6 金刚石的化学性能 9
参考文献 10
第2章 金刚石膜的应用 11
2.1 金刚石膜在机械领域的应用 11
2.1.1 金刚石的定向 11
2.1.2 金刚石刀具 12
2.1.3 金刚石修整器 18
2.1.4 金刚石膜在医疗器械领域的应用 18
2.1.5 金刚石膜在其他机械领域的应用 20
2.2 金刚石膜在热学领域的应用 20
2.2.1 金刚石热沉片 20
2.2.2 金刚石散热片 22
2.2.3 金刚石场发射散热片 23
2.3 金刚石膜在光学领域的应用 24
2.3.1 超声速飞行器红外或雷达光学窗口 24
2.3.2 高功率激光窗口和微波窗口 26
2.3.3 苛刻环境下服役的光学窗口 28
2.3.4 金刚石膜在其他光学领域的应用 29
2.4 金刚石膜在声学领域的应用 30
2.4.1 高保真声学器件 31
2.4.2 SAW器件 31
2.5 金刚石膜在电学领域的应用 33
2.5.1 紫外探测器、辐射探测器 33
2.5.2 效应管、二极管 34
2.5.3 金刚石膜在集成电路光刻领域的应用 35
2.5.4 金刚石膜在其他电学领域的应用 36
2.6 金刚石膜的应用要求 38
2.7 金刚石膜的市场前景 39
参考文献 41
第3章 金刚石膜的制备技术 44
3.1 概述 44
3.2 金刚石膜的CVD生长机理 45
3.3 热丝CVD法 47
3.3.1 热丝CVD法的基本原理 47
3.3.2 热丝CVD过程中的化学反应 48
3.3.3 热丝的选择与碳化 49
3.3.4 电子辅助热丝CVD 50
3.3.5 热丝CVD法的基本工艺参数 51
3.4 微波等离子CVD法 52
3.4.1 常见微波等离子CVD装置 52
3.4.2 其他类型的微波等离子CVD装置 55
3.4.3 微波等离子CVD法的应用与展望 56
3.5 直流电弧等离子喷射CVD法 56
3.5.1 直流电弧等离子喷射CVD的原理 56
3.5.2 直流电弧等离子喷射CVD电弧特性及其影响 57
3.5.3 磁场对直流电弧等离子喷射CVD的影响 58
3.6 其他金刚石膜制备技术 59
3.6.1 燃烧火焰CVD 59
3.6.2 脉冲激光沉积 60
参考文献 62
第4章 金刚石膜的去除机理与抛光理论 65
4.1 概述 65
4.2 金刚石抛光的材料去除机理 69
4.3 金刚石摩擦化学抛光理论 73
4.3.1 金刚石石墨化的化学热力学分析 74
4.3.2 金刚石石墨化的化学动力学分析 77
4.3.3 加快金刚石石墨化反应的措施 78
4.3.4 摩擦化学抛光技术的催化机制及对抛光盘的要求 79
4.4 金刚石化学机械抛光理论 82
4.4.1 金刚石氧化的化学热力学分析 83
4.4.2 金刚石氧化的化学动力学分析 84
4.4.3 加快金刚石氧化反应的措施 86
4.4.4 化学机械抛光动力学模型的建立 87
4.5 金刚石膜抛光过程接触理论 99
4.5.1 摩擦化学抛光表面粗糙峰分布模型 101
4.5.2 摩擦化学抛光动态接触模型 104
4.5.3 摩擦化学抛光过程界面温升模型 105
4.5.4 接触模型的验证与讨论 106
4.6 金刚石膜抛光平坦化理论 113
4.6.1 抛光盘与工件的相对运动 113
4.6.2 仿真运动轨迹分析 114
参考文献 116
第5章 金刚石膜的机械抛光技术 120
5.1 概述 120
5.2 游离磨料机械抛光 120
5.2.1 试验条件与检测方法 120
5.2.2 试验结果与分析 122
5.3 固结磨料机械抛光 125
5.3.1 试验条件与检测方法 125
5.3.2 电镀金刚石盘粒度对抛光的影响 126
5.3.3 抛光时间对抛光的影响 128
5.3.4 抛光工艺参数对抛光的影响 130
5.3.5 金刚石膜材料机械抛光的去除机理 131
5.4 金刚石砂轮磨削 133
5.4.1 陶瓷结合剂金刚石砂轮磨削 133
5.4.2 金属催化剂金刚石砂轮磨削 135
5.5 金刚石膜对磨抛光 137
5.6 单晶金刚石的机械抛光 138
参考文献 140
第6章 金刚石膜的摩擦化学抛光技术 141
6.1 概述 141
6.2 摩擦化学抛光盘的制备 143
6.2.1 FeNiCr合金抛光盘 144
6.2.2 TiAl合金抛光盘 157
6.2.3 WMoCr合金抛光盘 165
6.3 摩擦化学抛光方法与装置 168
6.4 金刚石膜摩擦化学抛光工艺 170
6.4.1 抛光盘材料对材料去除率的影响 170
6.4.2 抛光工艺参数对抛光温度的影响 172
6.4.3 抛光工艺参数对材料去除率的影响 173
6.5 金刚石膜摩擦化学抛光机理 174
6.5.1 金刚石膜试样的表面成分分析 174
6.5.2 抛光盘的表面成分分析 175
6.5.3 摩擦化学抛光的材料去除机理 175
6.6 金刚石的热化学抛光 176
6.6.1 热金属盘抛光 176
6.6.2 热扩散刻蚀 179
参考文献 181
第7章 金刚石膜的化学机械抛光技术 183
7.1 概述 183
7.2 金刚石膜化学机械抛光关键技术分析 184
7.2.1 加热条件 185
7.2.2 金刚石膜化学机械抛光试验装置的搭建 185
7.2.3 试样的粘贴、清洗方案 187
7.2.4 抛光盘的选择 188
7.3 化学机械抛光液的配制 191
7.3.1 磨料的选择 191
7.3.2 氧化剂的选择 192
7.3.3 K2FeO4抛光液的性能表征 198
7.3.4 K2FeO4抛光液的成分优化 203
7.4 金刚石膜的化学机械抛光工艺 206
7.4.1 摩擦力测量装置的搭建 206
7.4.2 抛光工艺参数对抛光摩擦力的影响 210
7.4.3 抛光工艺参数对材料去除率的影响 213
7.4.4 化学机械抛光金刚石膜的效果 215
7.5 金刚石膜的化学机械抛光机理 217
7.5.1 金刚石膜的表面成分分析 218
7.5.2 金刚石膜表层的XPS深度分析 225
7.5.3 化学机械抛光的材料去除机理 227
7.6 金刚石的高温化学机械抛光 228
参考文献 230
第8章 金刚石膜的光催化辅助抛光技术 232
8.1 光催化辅助抛光原理 232
8.2 光催化辅助抛光液的配制 233
8.2.1 磨料的选择 233
8.2.2 光催化剂的选择 234
8.2.3 电子捕获剂的选择 236
8.2.4 pH调节剂的选择 236
8.2.5 光催化辅助抛光液的氧化性表征 236
8.3 金刚石膜的光催化辅助抛光 240
8.3.1 光催化辅助抛光方法与装置 240
8.3.2 光照条件与电子捕获剂对抛光的影响 243
8.3.3 光催化剂对抛光的影响 244
8.4 光催化辅助抛光金刚石膜的机理 246
参考文献 249
第9章 金刚石膜的特种抛光技术 251
9.1 激光抛光技术 251
9.1.1 激光抛光原理及特点 251
9.1.2 金刚石膜的激光抛光 252
9.2 离子束抛光技术 255
9.2.1 离子束抛光原理及特点 255
9.2.2 金刚石膜的离子束抛光 256
9.3 等离子刻蚀技术 258
9.3.1 等离子刻蚀原理及特点 258
9.3.2 金刚石膜的等离子刻蚀 259
9.4 电火花加工技术 261
9.4.1 电火花加工原理及特点 261
9.4.2 金刚石膜的化学镀金属 262
9.4.3 金刚石膜的电火花加工 265
9.5 等离子融合化学机械抛光技术 268
参考文献 271
第10章 金刚石相关材料应用及加工技术 273
10.1 SiC的应用及抛光技术 273
10.1.1 SiC的结构 273
10.1.2 SiC的性质与应用 274
10.1.3 SiC晶片的抛光技术概述 277
10.1.4 SiC晶片的超声振动辅助研磨技术 284
10.1.5 SiC晶片的光催化辅助抛光技术 288
10.2 Si3N4的应用及抛光技术 294
10.2.1 Si3N4的性质与应用 294
10.2.2 Si3N4的抛光技术 295
10.3 蓝宝石的应用及抛光技术 299
10.3.1 蓝宝石的性质与应用 299
10.3.2 蓝宝石的抛光技术 301
10.4 石墨烯的应用及加工技术 303
10.4.1 石墨烯的性质与应用 303
10.4.2 石墨烯的加工技术 305
10.5 DLC材料的应用及制备技术 308
10.5.1 DLC材料的性质与应用 308
10.5.2 DLC材料的制备技术 311
参考文献 311
前言
第1章 金刚石的结构及性能 1
1.1 金刚石的原子结构 1
1.2 金刚石的力学性能 3
1.2.1 金刚石的硬度 3
1.2.2 金刚石的解理与脆性 4
1.2.3 金刚石的强度 4
1.2.4 金刚石其他力学性能 6
1.3 金刚石的光学性能 6
1.4 金刚石的热学性能 7
1.5 金刚石的电子学性能 9
1.6 金刚石的化学性能 9
参考文献 10
第2章 金刚石膜的应用 11
2.1 金刚石膜在机械领域的应用 11
2.1.1 金刚石的定向 11
2.1.2 金刚石刀具 12
2.1.3 金刚石修整器 18
2.1.4 金刚石膜在医疗器械领域的应用 18
2.1.5 金刚石膜在其他机械领域的应用 20
2.2 金刚石膜在热学领域的应用 20
2.2.1 金刚石热沉片 20
2.2.2 金刚石散热片 22
2.2.3 金刚石场发射散热片 23
2.3 金刚石膜在光学领域的应用 24
2.3.1 超声速飞行器红外或雷达光学窗口 24
2.3.2 高功率激光窗口和微波窗口 26
2.3.3 苛刻环境下服役的光学窗口 28
2.3.4 金刚石膜在其他光学领域的应用 29
2.4 金刚石膜在声学领域的应用 30
2.4.1 高保真声学器件 31
2.4.2 SAW器件 31
2.5 金刚石膜在电学领域的应用 33
2.5.1 紫外探测器、辐射探测器 33
2.5.2 效应管、二极管 34
2.5.3 金刚石膜在集成电路光刻领域的应用 35
2.5.4 金刚石膜在其他电学领域的应用 36
2.6 金刚石膜的应用要求 38
2.7 金刚石膜的市场前景 39
参考文献 41
第3章 金刚石膜的制备技术 44
3.1 概述 44
3.2 金刚石膜的CVD生长机理 45
3.3 热丝CVD法 47
3.3.1 热丝CVD法的基本原理 47
3.3.2 热丝CVD过程中的化学反应 48
3.3.3 热丝的选择与碳化 49
3.3.4 电子辅助热丝CVD 50
3.3.5 热丝CVD法的基本工艺参数 51
3.4 微波等离子CVD法 52
3.4.1 常见微波等离子CVD装置 52
3.4.2 其他类型的微波等离子CVD装置 55
3.4.3 微波等离子CVD法的应用与展望 56
3.5 直流电弧等离子喷射CVD法 56
3.5.1 直流电弧等离子喷射CVD的原理 56
3.5.2 直流电弧等离子喷射CVD电弧特性及其影响 57
3.5.3 磁场对直流电弧等离子喷射CVD的影响 58
3.6 其他金刚石膜制备技术 59
3.6.1 燃烧火焰CVD 59
3.6.2 脉冲激光沉积 60
参考文献 62
第4章 金刚石膜的去除机理与抛光理论 65
4.1 概述 65
4.2 金刚石抛光的材料去除机理 69
4.3 金刚石摩擦化学抛光理论 73
4.3.1 金刚石石墨化的化学热力学分析 74
4.3.2 金刚石石墨化的化学动力学分析 77
4.3.3 加快金刚石石墨化反应的措施 78
4.3.4 摩擦化学抛光技术的催化机制及对抛光盘的要求 79
4.4 金刚石化学机械抛光理论 82
4.4.1 金刚石氧化的化学热力学分析 83
4.4.2 金刚石氧化的化学动力学分析 84
4.4.3 加快金刚石氧化反应的措施 86
4.4.4 化学机械抛光动力学模型的建立 87
4.5 金刚石膜抛光过程接触理论 99
4.5.1 摩擦化学抛光表面粗糙峰分布模型 101
4.5.2 摩擦化学抛光动态接触模型 104
4.5.3 摩擦化学抛光过程界面温升模型 105
4.5.4 接触模型的验证与讨论 106
4.6 金刚石膜抛光平坦化理论 113
4.6.1 抛光盘与工件的相对运动 113
4.6.2 仿真运动轨迹分析 114
参考文献 116
第5章 金刚石膜的机械抛光技术 120
5.1 概述 120
5.2 游离磨料机械抛光 120
5.2.1 试验条件与检测方法 120
5.2.2 试验结果与分析 122
5.3 固结磨料机械抛光 125
5.3.1 试验条件与检测方法 125
5.3.2 电镀金刚石盘粒度对抛光的影响 126
5.3.3 抛光时间对抛光的影响 128
5.3.4 抛光工艺参数对抛光的影响 130
5.3.5 金刚石膜材料机械抛光的去除机理 131
5.4 金刚石砂轮磨削 133
5.4.1 陶瓷结合剂金刚石砂轮磨削 133
5.4.2 金属催化剂金刚石砂轮磨削 135
5.5 金刚石膜对磨抛光 137
5.6 单晶金刚石的机械抛光 138
参考文献 140
第6章 金刚石膜的摩擦化学抛光技术 141
6.1 概述 141
6.2 摩擦化学抛光盘的制备 143
6.2.1 FeNiCr合金抛光盘 144
6.2.2 TiAl合金抛光盘 157
6.2.3 WMoCr合金抛光盘 165
6.3 摩擦化学抛光方法与装置 168
6.4 金刚石膜摩擦化学抛光工艺 170
6.4.1 抛光盘材料对材料去除率的影响 170
6.4.2 抛光工艺参数对抛光温度的影响 172
6.4.3 抛光工艺参数对材料去除率的影响 173
6.5 金刚石膜摩擦化学抛光机理 174
6.5.1 金刚石膜试样的表面成分分析 174
6.5.2 抛光盘的表面成分分析 175
6.5.3 摩擦化学抛光的材料去除机理 175
6.6 金刚石的热化学抛光 176
6.6.1 热金属盘抛光 176
6.6.2 热扩散刻蚀 179
参考文献 181
第7章 金刚石膜的化学机械抛光技术 183
7.1 概述 183
7.2 金刚石膜化学机械抛光关键技术分析 184
7.2.1 加热条件 185
7.2.2 金刚石膜化学机械抛光试验装置的搭建 185
7.2.3 试样的粘贴、清洗方案 187
7.2.4 抛光盘的选择 188
7.3 化学机械抛光液的配制 191
7.3.1 磨料的选择 191
7.3.2 氧化剂的选择 192
7.3.3 K2FeO4抛光液的性能表征 198
7.3.4 K2FeO4抛光液的成分优化 203
7.4 金刚石膜的化学机械抛光工艺 206
7.4.1 摩擦力测量装置的搭建 206
7.4.2 抛光工艺参数对抛光摩擦力的影响 210
7.4.3 抛光工艺参数对材料去除率的影响 213
7.4.4 化学机械抛光金刚石膜的效果 215
7.5 金刚石膜的化学机械抛光机理 217
7.5.1 金刚石膜的表面成分分析 218
7.5.2 金刚石膜表层的XPS深度分析 225
7.5.3 化学机械抛光的材料去除机理 227
7.6 金刚石的高温化学机械抛光 228
参考文献 230
第8章 金刚石膜的光催化辅助抛光技术 232
8.1 光催化辅助抛光原理 232
8.2 光催化辅助抛光液的配制 233
8.2.1 磨料的选择 233
8.2.2 光催化剂的选择 234
8.2.3 电子捕获剂的选择 236
8.2.4 pH调节剂的选择 236
8.2.5 光催化辅助抛光液的氧化性表征 236
8.3 金刚石膜的光催化辅助抛光 240
8.3.1 光催化辅助抛光方法与装置 240
8.3.2 光照条件与电子捕获剂对抛光的影响 243
8.3.3 光催化剂对抛光的影响 244
8.4 光催化辅助抛光金刚石膜的机理 246
参考文献 249
第9章 金刚石膜的特种抛光技术 251
9.1 激光抛光技术 251
9.1.1 激光抛光原理及特点 251
9.1.2 金刚石膜的激光抛光 252
9.2 离子束抛光技术 255
9.2.1 离子束抛光原理及特点 255
9.2.2 金刚石膜的离子束抛光 256
9.3 等离子刻蚀技术 258
9.3.1 等离子刻蚀原理及特点 258
9.3.2 金刚石膜的等离子刻蚀 259
9.4 电火花加工技术 261
9.4.1 电火花加工原理及特点 261
9.4.2 金刚石膜的化学镀金属 262
9.4.3 金刚石膜的电火花加工 265
9.5 等离子融合化学机械抛光技术 268
参考文献 271
第10章 金刚石相关材料应用及加工技术 273
10.1 SiC的应用及抛光技术 273
10.1.1 SiC的结构 273
10.1.2 SiC的性质与应用 274
10.1.3 SiC晶片的抛光技术概述 277
10.1.4 SiC晶片的超声振动辅助研磨技术 284
10.1.5 SiC晶片的光催化辅助抛光技术 288
10.2 Si3N4的应用及抛光技术 294
10.2.1 Si3N4的性质与应用 294
10.2.2 Si3N4的抛光技术 295
10.3 蓝宝石的应用及抛光技术 299
10.3.1 蓝宝石的性质与应用 299
10.3.2 蓝宝石的抛光技术 301
10.4 石墨烯的应用及加工技术 303
10.4.1 石墨烯的性质与应用 303
10.4.2 石墨烯的加工技术 305
10.5 DLC材料的应用及制备技术 308
10.5.1 DLC材料的性质与应用 308
10.5.2 DLC材料的制备技术 311
参考文献 311
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金刚石膜的应用与抛光技术 节选
第1章金刚石的结构及性能 1.1金刚石的原子结构 金刚石是单一碳原子的结晶体，是典型的原子晶体。碳的原子序数为6，基态电子层结构为1s22s22p2，外层电子构型是2s2、2p2。2s次层只有一个轨道，可容纳两个电子，并且两个电子成对，无成键能力。2p次层可有三个轨道，而碳的2p次层只有两个轨道，各由一个未成对电子所占有，故将碳元素划入2p组元素。由于2s和2p同属于一个电子层，它们的能级相差很小，在成键时，碳原子处于激发状态下，一个2s电子跃迁到空着的2p轨道上去，形成四个未成对的价电子，即一个2s电子和三个2p电子。因此，碳原子与碳原子结合时表现出的化合价不是+2价而是+4价。激发态碳原子的四个未成对价电子中，p电子的成键能力较s电子强，碳化合物（碳原子呈+4价）中有三个键比较稳定，另一个键比较不稳定，即四个键是不等价的。但是在金刚石晶体中，四个价电子轨道2s、2px、2py、2pz需要“重新组合”杂化轨道，形成四个新的等价轨道，其中每一个新轨道都含有1/4s电子和1/4p电子的成分。由一个s轨道和三个p轨道混合成的轨道称为sp3杂化轨道。金刚石中碳原子的结合基于碳原子外层的四个价电子2s、2p3杂化形成的sp3共价键，四个共价键是等价的，且它们的键角是109°28′，构成正四面体。如图1.1所示，每个碳原子位于正四面体的中心，周围四个碳原子位于四个顶点上，中心碳原子和顶角上每个碳原子共享两个价原子[1]，在空间构成连续的、坚固的骨架结构。因此，可以把整个晶体看成巨大的分子。 由于C-C键的键能很大（为367kJ/mol），价电子都参与了共价键的形成，晶体中没有自由电子。碳元素位于化学元素周期表中ⅣA族元素*上方，原子半径*小，因此单位体积内的原子数（176nm-3）及共价键数（704nm-3）*大，即具有*大的键能密度。键能密度外在的表现就是硬度，所以金刚石为*硬的物质，熔点高达3550℃，并不导电；金刚石的共价电子振动时，其声子的传播*快，因此它的热导率*高；金刚石的晶格振动时频率*高，因此它的传声速率*大（18km/s）；金刚石具有单一且分布均匀的强键，因此它的透光能力*强；金刚石的致密结构使得其他外来原子很难进入，因此它的原子不易散失，化学稳定性很高。此外，密实的原子排列使金刚石成为*锐利的刀具。因为原子间彼此束缚得*紧，所以比热容小，加上热膨胀系数很小，金刚石成为*耐热/冷冲击的材料。由于其电子抓得*牢，纯金刚石电阻率也*大。 根据碳原子sp3杂化成键，金刚石呈现正四面体结构。图1.1中每个立方体称为晶胞，是能反映晶体对称性的*小结构单元。这种面心立方晶胞内包含许多正四面体。这些四面体的表面都是原子堆积*紧密的面，称为密排面。一般来说，同样面积的表面，密排面具有*低的能量，因此在晶体形核和生长过程中，密排面往往*容易形成。金刚石晶体中存在四个等价但不同方向的密排面，因此，直觉上，天然形成的金刚石应该会是图1.2所示的正四面体形状。 然而，这样的四面体有四个非常尖锐的顶角。对同样体积的材料而言，顶角越尖锐，表面积越大，表面能就越高，越不稳定。因此，相比于长出四个尖锐的顶角，金刚石更愿意长得“圆润”一些。把四个顶角沿着密排面切掉，剩下的表面依然是能量*低的密排面，但同样体积材料的表面积减小了很多，自然也就更稳定，更容易形成。如图1.3所示，切掉四个顶角后，正四面体就变成了更“圆润”的正八面体，也就是常见的天然金刚石形状。如果进一步将正八面体顶角切掉，就形成了常见的正十二面体形状。 1.2金刚石的力学性能 1.2.1金刚石的硬度 金刚石的硬度在旧莫氏标度上为10级，在新莫氏标度上是15级，维氏硬度为100GPa。图1.4为常见材料的硬度比较。表1.1为常见超硬材料的力学和热学性质。在任何一种标度上，金刚石都是*硬的物质。由于每个晶面上原子排列形式和原子密度的不同及晶面间距的不同，金刚石单晶呈现各向异性的特点。不同金刚石晶面的硬度不同，各晶面硬度的顺序与面网密度的顺序一致，即(111)＞(110)＞(100)。利用金刚石单晶的各向异性，在使用的时候定向排列，可使金刚石钻头或滚轮的耐磨性提高50%～100%。 1.2.2金刚石的解理与脆性 金刚石虽然很硬，但是很脆，容易发生八面体解理，这与各面网之间的距离有关。金刚石发生解理的顺序为(111)晶面、(110)晶面、(100)晶面，即(111)晶面*容易发生解理。由金刚石单晶面上实际的价电子密度计算得出，(111)晶面的价电子键分布均匀，实际发生作用的价电子密度*大。金刚石单晶(111)晶面的有效价电子密度为46.212nm2，明显高于(110)晶面的有效价电子密度（38.542nm2），成为有效原子密排面。当金刚石受到外力作用时，(111)晶面间较弱的键更容易断裂，导致沿(111)晶面产生解理。在实际加工时，金刚石刀具出现磨损也常常由于(111)晶面产生解理。因此，合理解决耐磨与解理的矛盾能有效地延长金刚石工具的使用寿命。金刚石的脆性还与晶体的完整程度有关。晶体缺陷会产生很大的内应力，甚至会引起自然劈裂；而完整的晶体有较高的韧性，劈裂所需的应力要大得多。冲击韧性是表征金刚石质量的重要指标之一，可以利用专门的仪器进行测定。取一定量试样，在一定条件下进行冲击试验，然后过筛，测量保持原有粒度的百分数，即可间接表示试样的韧性。 1.2.3金刚石的强度 金刚石不仅硬度极高，也是目前已知的强度*高的材料，因此对它进行测量比较困难，测量结果出入也比较大。各种晶形金刚石由于存在生产工艺、技术等方面的区别，强度各不相同，可相差2～4倍。金刚石的强度受它所包含的包裹体、杂质结晶缺陷的影响很大。金刚石的小颗粒往往比大颗粒显示出更高的强度，存在尺寸效应。根据测量结果，金刚石的抗弯强度为1050～3000MPa，抗压强度为1500～3000MPa，体积弹性模量高达435GPa。由图1.5和图1.6可以看出，金刚石的弹性模量、剪切模量和维氏硬度均显著高于其他材料。弹性模量表示某种材料的强度和在加工过程中发生形变的特性。弹性模量越大，加工工件的形变、产生的内应力和发热量越小，加工工件的质量越高。 1.2.4金刚石其他力学性能 金刚石的密度一般为3.47～3.56g/cm3，质纯、结晶完好的金刚石密度为3.51g/cm3。金刚石的摩擦系数非常低，在空气中与金属的摩擦系数低于0.1，有极高的抗磨损性能，是刚玉的90～100倍、硬质合金的40～200倍、淬火高速钢的2000～5000倍。作为磨料，金刚石的研磨能力比SiC高500～3500倍，比B4C高1500～6000倍。另外，声波在金刚石内的传播速度极快，纵波声速高达18000m/s，金刚石是制作压力传感器的极佳材料。 金刚石还具有非磁性、不良导电性、亲油疏水性和摩擦生电性等。唯Ⅱb型金刚石具有良好的半导体性能。根据金刚石的氮杂质含量和热、电、光学性质的差异，可将金刚石分为Ⅰ型和Ⅱ型两类，并进一步细分为Ⅰa、Ⅰb、Ⅱa、Ⅱb四个亚型。Ⅰ型（特别是Ⅰa型）金刚石为常见的金刚石，约占天然金刚石总量的98%。Ⅰ型金刚石均含有一定数量的氮，具有较好的导热性、不良导电性和较好的晶形。Ⅱ型金刚石极为罕见，含极少或几乎不含氮，具有良好的导热性和曲面晶体的特点，其中，Ⅱb型金刚石具有半导电性。Ⅱ型金刚石的性能优异，因此多用于空间技术和尖端工业。 1.3金刚石的光学性能 金刚石具有非常优异的光学特性。如图1.7所示，除位于5μm附近由双声子吸收造成的微弱吸收峰外，金刚石从紫外到远红外整个波段都具有高的透射率。由表1.2可以看出，金刚石折射率高，在波长为5900nm时折射率达到0.241（玻璃的折射率是1.4～1.6），可以作为太阳能电池的防反射膜。金刚石具有极高的反射率，其反射临界角较小，全反射的范围宽，光容易发生全反射，反射光量大，从而产生很高的亮度。金刚石的闪烁就是闪光，即当金刚石或者光源、观察者相对移动时其表面对于白光的反射。无色透明、结晶良好的八面体或者曲面体聚形钻石即使不加切磨也可展露良好的闪光。像三棱镜一样，金刚石多样的晶面能把通过折射、反射和全反射进入晶体内部的白光分解成白光的组成颜色—红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫等色光。金刚石出类拔萃的坚硬的、平整光亮的晶面或解理面对白光的反射作用特别强烈，这种特殊的反光作用称为金刚光泽。此外，金刚石有独特的发光特性，曝晒后在暗室中可以发出淡青蓝色的磷光，在天蓝色紫外线的照射下可发出较强的亮光。采用阴极荧光对金刚石膜发射蓝光，其发射能量为1.681eV，这可能与金刚石膜中的杂质有关；同时，金刚石膜存在对1.681eV光发射的光吸收现象，测量结果表明，其光吸收的位置与合成金刚石的碳氢比（体积分数比）有关。
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