金剛石市場前景一片大好!17種應用大盤點!

1.應用於水處理新技術中

2008年6月，西班牙城市薩拉戈薩(Zaragoza)舉辦了主題為「水與可持續發展」的世界博覽會。德國展示了其可持續的水處理創新和創意。他們使用金剛石薄膜電極淨化飲用水，參觀者可以通過一個曲柄發電機啟動（Condias公司的一項技術），一個火花點燃金剛石電極，氧化過程開始，淨化過程由此啟動。利用電極去水中有害的有機物質，完全不使用任何化學物質。這種方法有效地避免了飲用水中諸如殺蟲劑或藥物殘留等不受歡迎的物質。專家認為這是一種大有前途的創新方法

2.有望成為有史以來最強洗衣粉

這是一項由英國工程和自然科學研究委員會以及寶潔集團發起，華威大學和阿斯頓大學多方共同合作的研究成果。華威大學的Andrew Marsh博士表示：「每年消費者都需要將自己的衣服在60到90攝氏的水中洗大約80次，只為去掉衣服上的油脂。我們的研究可以讓人們即使用冷水洗衣服也能輕鬆解決油脂問題。即使在低至15攝氏度的水溫中，這些納米級別的鑽石也將輕鬆洗去油脂。其物理化學原理可以為未來的研究打下堅實的基礎」。

除了用作裝飾點綴，鑽石也許很快就將具備另一種技能——洗衣服，成為名副其實的主婦之友。英國科學家日前發現，在洗衣粉中加入一些鑽石粒子(一粒鑽石納米粒子的直徑大概是你頭髮直徑的十萬分之一)，其去汙效果會提升數倍，改良後的洗衣粉對頑固汙漬尤其是油漬特有效。研究人員相信這個發現有助於解決洗衣服時煩人的油漬問題——至少比你重新買一件衣服要便宜。

3.進軍全球水射流切割領域

當水刀切割應用發生大幅增長時，用戶在提高設備生產率以及縮短更換零件時間方面提出了更高要求，這就推動了金剛石水切刀的發展。高壓水切割技術的工業應用非常廣泛，它可用於切割巧克力、鋼材、紙張、塑料、木材、花崗巖等各種材料。其應用的增長源於它的快捷、靈活、精確、綠色、高性價比等優勢。

與藍寶石相比，金剛石刀頭的使用壽命可延長15至20倍。實驗證實，通過在3500帕壓強下使用純淨水加工1000小時後，水射流切割質量以及水用量二者基本無變化。同樣地，帶有磨料的水切割實驗在進行10萬個周期實驗之後，其水切割質量和水用量二者也沒有什麼變化。

4.用於紫外傳感器

傳統傳感器是通過探測火情早期發展階段的熱和煙來報警的，不同於傳統傳感器的是，這種新型的紫外線探測型火災傳感器用的是一種全新的技術，這種技術在火情發展到發熱和冒煙的危險階段之前就能迅速發現火情。

這種新的探測系統由一個傳感器和一個報警裝置組成，這種系統的紫外光敏器使用了由NIMS公司特為此開發的人造金剛石薄膜窗口材料。另外，這種新的探測系統不僅比傳統傳感器有更迅速的反應時間，而且在能量消耗和尺寸大小方面均有優勢。

這種金剛石紫外傳感器只需要一節9V的乾電池就能運轉，而且金剛石紫外光敏器件使用壽命長，能量消耗低。通過比較可知，傳統的火災探測系統使用真空電子管光電電池，其正常運轉需一個300V以上的電壓，因此該裝置能量消耗很大。此外，傳統傳感器尺寸大並容易被撞壞，相反，新型金剛石紫外傳感裝置結構緊湊(8×5mm)，並有好的抗衝擊性。

5.用於製作金剛石刀具

說起被稱為「精密機械之王」的金剛石刀具，提升我國精密機械製造行業的自主創新能力。

6.在微創手術中的應用

中南大學湘雅二醫院介入治療中心首次採用冠狀動脈旋磨儀成功治癒兩名「瓷器」冠心病患者，兩名病友對醫生樹起大姆指感激道：「你們真是了不起，真是有了金剛鑽，不怕瓷器活」。

冠狀動脈旋轉磨術是微創手術的一種。這種手術是通過將一根帶有金剛石磨頭的導管送到患者心臟冠狀動脈鈣化的部分，磨頭以十幾萬轉每秒的轉速將鈣化部分磨掉，鈣化碎屑比紅細胞還小，碎屑將隨著全身血液的流動而逐漸被清除，為患者心肌的血流打通了通道。

7. 用於飛機製造

碳纖維塑料(CFRP)已經成為航天工業不可缺少的材料，作為一種重量極輕的替代材料，在某些呈增長趨勢的應用中，它們的地位已經居於鋁之上，但是對材料進行機械加工時需要大量的工具。使用多層金剛石塗層，用戶對於這種具有高度磨蝕作用的材料進行經濟的加工，同樣能夠獲得理想的效果。

用於工業生產的，大量使用的金剛石塗層，是根據客戶和具體的應用而構建的，因為每個工具製造商，對於其工具的性能都有自己的要求。只有通過高品質和完美適合的金剛石塗層，才能實現要求的工具使用壽命或進給速度。與無塗層的工具相比，在某些應用中，以這種方式，性能有可能提高500%以上。例如，使用無塗層的工具可以鑽90個孔，使用沒有故障的有塗層工具卻可鑽500個孔。使用金剛石塗層，甚至飛機製造商要求的高達H8級的高公差也可以實現。

或換句話說：「金剛石塗層是飛機製造商最好的朋友」。

8.是抗菌櫥櫃檯面的材料之一

臺面是櫥櫃的重要構成部分，臺面的抗汙能力、硬度、耐配酸鹼度等特性直接影響到櫥櫃的美觀和穩定性，金剛石因各項性能指標優異而被公認為最適合做臺面的材料之一。捷西公司成功開發出新一代抗菌金剛石臺面。

開發的新金剛石臺面不僅結合了之前人造臺面的全部優點，而且表面色彩更亮、光浩潔度更佳，開裂機率幾乎為零，相比人造臺面，更具有硬度大、耐高溫、耐酸鹼、環保無毒害的優越特性。

新型金剛石臺面石英含量高達93%，石英晶體是自然界中硬度僅次於鑽石的天然礦物，其表面硬度可高達巴氏81以上，遠大於廚房中所使用的刀、鏟等利器，不會被刮傷。煤氣爐、油鍋等產生的熱量也不會對金剛石表面產生任何直接傷害，具有其他臺面無法比擬的耐高溫特性，令其避免了因高溫而造成的凹痕、焦斑等現象。

金剛石是表裡如一，緻密無孔的複合材料，其石英表面對廚房中的酸鹼等有優秀的抗腐蝕能力，日常使用的醬油、醋等有色液體物質不會滲進臺面內部。日常的清潔只須用清水衝洗即可，即使經過長時間的使用，其表面亦同新裝臺面一樣亮麗，無需維護和保養。

9.應用於網絡安全通信系統之中

竊聽一直是全球性的經濟問題，每年都會造成巨大的財政損失。解決這一問題的方法是切斷所有可能被截取信息的通道。澳大利亞墨爾大學的物理學教授Shane Huntingdon發明了一種技術，即利用人造金剛石解決通信系統的安全問題。這套系統並不能阻止罪犯侵入通信網絡，但是一旦有竊聽者入侵，網絡中的所有用戶都能立即知道有侵入者，迅速做出反應，選擇其它通道傳輸信息。這對現有的安全系統是一個極大的改進。

這項技術的關鍵是量子密碼技術，它利用光纖傳輸信息時，每次只傳輸一個光子。人造金剛石可以生長出一些缺陷，滿足這種單光子要求。因為量子態不能複製，所以用戶立刻知道是否有人在竊聽信息。

10.用於反應堆的牆體材料

ITER計劃是當今世界科技界為解決人類未來能源問題而展開的重大國際合作計劃。其目標是發展無汙染且對全球變暖問題無影響的核能源。

由於金剛石對下一代核反應堆所產生的熱量具有獨一無二的承受能力，因此蘇格蘭愛丁堡的赫瑞瓦特大學將帶有金剛石塗層的基體選作反應堆的牆體材料。此外，金剛石的抗軸輻射能力以及它在氫等離子體環境中的化學穩定性也是金剛石成為被選擇材料的重要原因。

11.可用於輸送腦瘤化療藥物

加州大學瓊森綜合癌症中心的研究人員，研發出一種創新性藥物輸送系統，利用納米金剛石的微小顆粒來輸送化療藥物，且達腦部腫瘤處。該新型治療方法能有效地殺死癌細胞，並比現有治療方法副作用發生機率低。

阿黴素是一種常見的化療劑。直接注射進腫瘤處時，擔當藥物來治療腫瘤。加州大學牙科學院迪安讓阿黴素分子附在納米金剛石表面，創造出一種化合物ND-DOX。

研究發現，腫瘤的ND-DOX水一直保持穩定超過單獨注射阿黴素，顯示出附著在納米金剛石上的阿黴素進入到腫瘤中且保留時間更長。還發現，ND-DOX能增加癌細胞的死亡，且減少神經膠質瘤細胞存活性。

研究第一次顯示出ND-DOX運輸有限量的阿黴素，分散在腫瘤外部。這一運輸方式減少了毒副作用，並確保藥物在腫瘤處的時間更長，增加藥物殺死腫瘤的有效性，而不影響周邊的組織。

12.用於HTC金剛石地面清潔系統

HTC金剛石地面清潔系統是一種全新的地面處理和維護技術，它採用微粒金剛石技術，用機械方式來進行。金剛石地面清潔技術共有兩個系統，分別叫做Twister和Hybrid，兩種體系都是HTC生態友好型的清潔革新技術的一部分。

Twister是一種革新清潔系統，由一系列盤式清潔墊所組成，每個清潔墊均植入數以億計的微細金剛石顆粒並經固化處理，從而可以使用機械方式而非傳統使用化學清潔劑的方式對地面進行清潔和拋光。

Hybrid體系為受損、磨損嚴重的天然石材和水磨石面帶來新生。其易於使用，對環境友好，是一種消除瑕疵、刮痕和橙皮狀缺陷的有效工具，只需使用一般的地面清潔機械和水即可。

13.金剛石刀具用於微電子的加工

美國西密西根大學的John Patten博士開發了一種稱為「μ-LAM」的微雷射輔助加工技術，該方法將雷射與金剛石刀具結合起來，對矽半導體和陶瓷材料進行加熱軟化和切削加工。

「μ-LAM」加工裝置集成了一種紅外光纖雷射(波長範圍1000～1500nm)，汾雷射束通過一個具有很高光學清晰度的單點金剛石刀具照射到工件上，將工件材料加熱到600℃以上，刀尖圓弧半徑為5μm～5mm的金剛石刀具通過環氧樹脂粘接(適用於毫瓦級雷射功率的加工)或焊接/釺焊(適用於1瓦或更大雷射功率的加工)的方式，連接到裝在鎢或硬質合金殼體中的雷射器上。

Patten說，μ-LAM加工技術還可以削減加工時間和加工成本，並獲得非常光滑的光學表面。「採用常規方法時，如果想要製造一個光學元件(如反射鏡)，通常需要從澆鑄工件毛坯開始，然後進行一系列加工步驟：粗磨、精磨、研磨，才能最終成形。而我們的加工方法取代了原來的一系列工序，在CNC數控工具機上用單點金剛石刀具進行切削，並且也能得到很好的表面粗糙度(Ra1～10nm)。」

Patten表示「我們最初的目標是瞄準光學和半導體行業，但現在看來，可能其大部分應用將在高能、高溫微電子設備上。在半導體行業中，矽片是晶片和集成電路的載體，在溫度較高的工作條件下，人們就會使用碳化矽。因此，現在我們的全部精力幾乎都集中在碳化矽的加工上」。

14.CVD金剛石用於電火花加工電極

在電火花加工中，工具電極是一項非常重要的因素，電極材料的性能將影響電極的電火花加工性能，如材料去除率、工具損耗率、工件表面質量等，因此，正確選擇電極材料對於電火花加工至關重要。

K/Suzuki等研究了用導電的CVD金剛石厚膜(0.5mm)作為電極材料進行電火花加工。這種CVD金剛石在CVD過程中通過摻雜硼而具有導電性，其電阻小，導熱係數高，對電火花加工時油類工作介質中析出的碳有很強的吸附能力。試驗表明，在一定的加工條件下，CVD金剛石電極可達到很高的材料去除率，而電極損耗幾乎為零，尤其是它在無法採用Cu或石墨電極的高電流密度下進行加工。

15.應用於雷射微加孔技術中

近年來，集成電路產業得到了迅猛發展，也幫助了相關產業，特別是上遊基礎產業的蓬勃發展。作為集成電路，大規模集成電路的關鍵材料，隨著集成電路及半導體器件向封裝多引線化、高集成度和小型化發展，鍵合金絲的技術指標也越來越高，高純度、高溫、超細、超長的絲材需求量迅速大大增加。人造單晶金剛石是集成電路引線模具理想的材料，研究和開發單晶金剛石集成電路精密引線模具是全世界科技工作者的重要任務。

16.用做耐磨金剛石塗層

美國SP3公司可提供從表面粗糙度低於10nm的超光滑納米晶金剛石到表面粗糙度達10μm以上的可控微米晶產品，可理想的應用在耐磨表面包括密封及軸承等場合，微米晶金剛石薄膜則非常適合應用在化學機械拋光領域。這兩種CVD金剛石薄膜產品均適用在條件惡劣以及對環境有苛刻要求的場合，它們表現出的高硬度、低摩擦係數、高耐磨性以及出色熱導率超過其它任何材料。

17.在鉭噴絲頭表面覆加金剛石膜

噴絲頭是化纖紡織上的關鍵部件，其性能好壞將影響到紡絲質量、生產率、成本等多項經濟指標。一般情況下，噴絲頭的材質應符合以下幾個要求：

(1) 機械加工性能好;

(2) 耐腐蝕性能好，能承受酸鹼環境的腐蝕;

(3) 有足夠的強度和硬度，能承受一定的衝擊和工作壓力，且在紡絲過程中不易變形;

(4) 成本低。

化纖行業用噴絲頭過去一直用金鉑合金，製造成本太高，現在人們嘗試著用相對價廉的鉭來代替金鉑合金製作噴絲頭。鉭噴絲頭面臨以下兩個問題：

(1) 提高其硬度，防止變形所造成的噴絲頭報廢;

(2) 提高其在鹼性工作條件下的耐腐蝕能力。

對鉭襯底進行碳化處理有助於提高金剛石薄膜在其表面的附著力，從而使金剛石薄膜能成功地沉積於鉭噴絲頭表面。

通過改變熱絲CVD的工藝參數可在鉭噴絲頭表面得到不同粒徑的金剛石薄膜。

所製備出的成品金剛石薄膜鉭噴絲頭，其可紡性能及紡絲質量都達到或超過傳統噴絲頭，完全可以取代金鉑噴絲頭，從而大幅度降低生產成本，同時，金剛石薄膜粒徑的減小對噴絲頭表面的硬度及紡絲質量有著有利影響。

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