金剛石膜應用

金剛石膜具有高硬度、低摩擦系數、高彈性模量、高熱導、高絕緣、高穩定性、寬能隙和載流子高遷移率等優異性質和這些優異特性的組合，是一種在傳統工業、軍事、航天航空和高科技領域具有廣泛應用前景的新材料，被稱為是繼石器時代、青銅器時代、鋼鐵時代、硅時代以來的第五代新材料，亦被稱為是繼塑料發明以來在材料科學領域的zui偉大的發明。
    微波等離子體化學氣相沉積金剛石膜（簡稱：CVD金剛石膜），具有沉積速度快、純度高、成膜均勻、面積大、結晶好、成本低等優點，是當今上制備金剛石膜的方法，亦是金剛石膜制備技術的發展方向。世界上各大金剛石膜制品公司皆主要采用微波等離子體化學氣相法制備金剛石膜。
    金剛石膜應用發展瓶頸主要是金剛石膜的制造設備問題，宇正公司成功的解決了這個問題，裝置全部國產化，其技術指標達到國外同類型裝置，屬國內*，填補了國內空白，處于水平。

（１）金剛石膜刀具應用

金剛石膜硬度高、熱導率高、摩擦系數低、生物相容性好以及這些優異性能的組合，可制成金剛石膜的切削刀具、機芯、密封件、人工關節等。使用金剛石膜工具不僅可以極大提高工具的使用壽命與工效，還可以極大提高加工精度。更重要的是解決了超硬合金、陶瓷材料、碳纖維、玻璃纖維等超難加工材料的切削加工難題，為高、新、精、尖技術和工藝的發展奠定了基礎。
現在軍事以及民用方面大量使用碳纖維、增強塑料、陶瓷材料、金屬基復合材料等高比強度材料制備小型甚至微型裝備，加工質量要達到所需精度，只有金剛石膜工具才能勝任。金剛石膜的極低的摩擦系數，高耐磨損能力，可以長期在苛刻的環境中工作而不需要潤滑。

（2）金剛石膜光學應用
使用微波等離子體化學氣相法沉積金剛石膜于鏡頭、鐘表、儀表等表面，可制造真正的磨損鏡頭和鐘表等，并極大提高光學鏡頭的適用范圍和成像質量，適應各種惡劣的環境。
美國哈勃望遠鏡的鏡頭使用了表面沉積金剛石薄膜技術，以適應外太空的惡劣環境和提高成像質量。

（3）金剛石膜航天應用
使用微波等離子體化學氣相法沉積金剛石膜于窗口表面，可以充分利用其高硬度、高熱導等特性，制造各種航天器和深海設備的觀察窗口。美國發射的金星探測器的觀察窗口就使用了金剛石膜技術。
金剛石膜具有良好的抗輻照性能，以金剛石膜為基底的電子器件在高空電離輻射、熱輻射和宇宙射線的作用下仍能保持良好的工作性能，在航天器中具有重要的應用。

（4）金剛石膜軍事應用
用金剛石膜窗口制作各種激光制導、紅外制導導彈的頭罩，可以極大地提高導彈的飛行速度和命中率。當導彈以10馬赫飛行時，溫度升到5000℃，此時制導窗口不僅要經受高溫的考驗，還要經受空氣中微塵、水分子和空氣分子的高速撞擊，使用傳統的ZnS、ZnSe 、Ge等材料制成的窗口即已受熱變軟、變形、打毛甚至變盲，而金剛石膜窗口卻能安然無恙。
美國洛克希德導彈和空間公司（Lockheed Missiles and Space Company）采用CVD金剛石膜制造導彈攔截窗口，起到了很好的保護效果，并在單面鍍金剛石膜后可增加透過率13%，雙面鍍膜后增加透過率26%。“AIM-9L Sidewinder”空對空熱尋導彈，因為使用了金剛石膜窗口，大大提高了熱尋的靈敏度。
所有用于導彈攔截、艦對岸和空對空導彈的雷達天線，要求具有彎曲表面的雷達天線罩對天線電波透明。由于金剛石膜具有優越的機械性能和高熱導率、低介電常數，非常適合這種要求。美國Raytheon公司已采用了用低壓氣相合成的金剛石膜制造雷達天線的保護罩，其直徑R=5cm，在8~12μm波段內角分辨本領0.25mrad。

（5）金剛石膜熱沉應用
金剛石膜系高熱導的絕緣體，用作大功率電器件的散熱襯底而無需專門的冷卻系統，在提高電子設備緊湊度的同時，減輕了重量，提高了電子器件的可靠性，這對于航空航天等高技術領域具有重要意義。美國F16戰機的分頻電路就使用了CVD金剛石膜襯底。
如果衛星上全部使用金剛石膜作為電路的襯底，冷卻系統將減少90%的重量，不僅尺寸大大減小，結構緊湊，而且改善了工作環境，增強了電子系統的功能和可靠性，使衛星總重量降低50%以上，發射效率成倍提高。

（6）金剛石膜電子學應用
金剛石膜的化學成分為碳，碳與硅同族，金剛石膜也具有類似硅的半導體特性，而其導熱性是硅的兩萬倍，它將取代硅材料，成為制造新一代計算機的材料，極大提高計算機的性能，且其抗輻射、抗高溫、抗酸堿，能應用于惡劣環境。
《美國國家關鍵技術報告》認為：“電子和光學器件領域將是金剛石膜zui終的主要應用市場”。單晶金剛石膜的開發應用，將使現有的電子元器件淘汰或更新50%以上，這意味著電子工業領域的革命，如金剛石基半導體器件、集成電路、平板顯示器等。美國桑德（Sandia）國家實驗室成功開發了一種多芯片金剛石膜，由25個電子部件組成大功率電子系統；美國加州晶體公司研制成功一種導電性能優異的金剛石薄膜，并應用于高能物理中捕捉粒子蹤跡的傳感器上。美國航天局和哈勃空間研究中心成功開發金剛石膜MIS電容器，用于探測空間軟X射線的總輻射流量等等。美國戰略防御計劃在其1993--1994年度計劃指導中稱：金剛石膜已用于高速、高溫、抗輻射的電子設備中。

（7）金剛石膜微電子－機械系統應用
金剛石膜已被用于微電子－機械系統（micro-electro-mechanical system,簡稱MEMS）之中。例如：航天應用的微型馬達，在這類要求大量滑動和滾動接觸的環境下，硅是不適合的，磨損很快。而金剛石的高硬度、高耐磨損性（比硅高10000倍、低摩擦系數（相當于聚四氟乙烯，只有0.01）以及熱穩定性和化學惰性，在微型設備中有廣泛的應用前景。
氣象衛星或高空飛行器，要求MEMS系統能穩定工作數十年，由于設備尺寸小，這類設備必須以分鐘400,000轉的速度旋轉才能有效工作。在這種速度下，硅器件只能工作數分鐘，而金剛石膜器件卻可以承受這樣的磨損。同時，金剛石膜器件在工作時不需要潤滑，在這樣的尺寸下，原子間作用力已經不能被忽視了，平整的金剛石膜表面能吸附氫氣或氧氣，這層吸附氣體起到了潤滑的作用。
目前MEMS系統在現實生活中使用的例子有：轎車安全氣囊引發的探測器，噴墨打印機的噴嘴以及小到可以植入人體內的血壓檢測器。