嘉兴学院南湖学院毕业论文（设计）文献综述
题 目：金刚石碗磨碗磨加工过程中的石墨片自动去除装置的设计
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一、前言部分（说明写作目的，介绍有关概念、综述范围，扼要说明有关主题或争论焦点）
金刚石，俗称钻石，在工业和宝石领域都起着重要的作用，在工业领域主要是作为超硬材料在采掘机械的钻头、切割机的刀具、磨具等，宝石用途主要是作为主镶宝石和陪镶宝石。随着天然金刚石碗磨的日渐稀少，人工加工金刚石碗磨成为世界各国晶体学研究的重要对象。
在目前的资料中，金刚石碗磨具有最大的原子密度（176atoms/nm3），最大可能的单位原子共价键数目，极强的原子键能（7.6eV），这些为金刚石碗磨的特殊性质提供了基础。金刚石碗磨是等轴晶系，立方晶胞，它的晶胞特点使得金刚石碗磨成为一种极限功能材料：最高硬度（10400kg/mm2），最高热导率（常温下20W/cm.K），最高传声速度（18.2km/s），最宽透光波段，抗强酸强碱腐蚀，抗辐射，击穿电压高，介电常数小，载流子迁移率大，绝大部分金刚石碗磨既是电的绝缘体，又是热的良导体，而掺杂后又可成为卓越的P型或N型半导体。金刚石碗磨在常温下抗所有酸、碱的腐蚀，即便是在高温下也抗所有酸的腐蚀。在现代社会中，金刚石碗磨被广泛的应用到工业、科技、国防、医疗卫生等很多领域当中[1]。
二、主题部分（阐明有关主题的历史背景、现状和发展方向，以及对这些问题的评述）
金刚石碗磨的化学组分为碳，它和石墨同为碳的同质异象体，因此，加工金刚石碗磨的原理就是借助于金刚石碗磨组分为纯碳的特点，设法将石墨在一定条件下转化为金刚石碗磨。
目前人工加工金刚石碗磨的主要理论有三种，分别为：溶剂论、催溶论和固相转化论[3]。其中，溶剂论认为，在金刚石碗磨热力学稳定的高温高压条件下，在有触媒（比如金属）存在时，非金刚石碗磨型碳（比如石墨）溶解于熔融的金属中而形成一般意义上的化学溶液。当相对于金刚石碗磨的溶解度达到过饱和时，金刚石碗磨就会从溶液中成核晶出。无触媒存在时，则认为是在更高的压力和温度下，石墨熔化解体，温度降低时熔体冷凝而得到金刚石碗磨。总之，无论什么条件下。金刚石碗磨形成的前提是石墨的解体。有触媒存在时金刚石碗磨形成的历程可表示为金刚石碗磨是在这中胶体溶液过饱和的情况下析出结晶而成；催化论的核心观点认为，高温高压下，熔融的金属仅仅能溶解碳还不够，还必须具有如下作用：或者是金属的原子有吸引石墨原子的电子，从而使其具有形成碳的正离子的能力，或者是金属的晶格可作为金刚石碗磨晶体的结晶基底，从而大大降低金刚石碗磨的晶出能量。或者与碳原子形成易分解的某种结合物，以便分解后析出金刚石碗磨。与溶液过饱和理论相比较，此种理论已注意到了金属与石墨除溶解以外的相互作用，这本身就是一大进步；所谓固相转化，是指石墨晶体不经解体而整体地转化为金刚石碗磨晶体。高温高压条件下，没有触媒物质参与时，一种ABCA型结构石墨的c轴压缩大约61.5%，再使每单层上各半的碳原子相对层面上下位移约0.25A就可“扭”成金刚石碗磨。若有金属触媒存在时，在高压使石墨层间距缩短的同时，高温使金属熔融，并使之扩散到石墨每个单层之中，从而使石墨单层被改造成具有金刚石碗磨结构的碳原子层，进而将会有金刚石碗磨晶体析出[2]。
2.1 世界金刚石碗磨的加工现状
1953年瑞典ASEA公司的Liander 等人使用压力球装置，生产出40颗金刚石碗磨小晶体，但未正式对外宣布；1955年美国通用电气公司（GE）的F·P·Bundy 等人采用静压熔媒法（简称GE法）成功地加工了金刚石碗磨；1959年南非戴比尔斯公司（De Beers）发展了非常类似于美国通用电气公司的加工金刚石碗磨的技术──外延生长技术[4]，并于1961年开始加工金刚石碗磨的商业性生产；1970年美国通用电气公司宣布加工了克拉级（大于5mm）的宝石级金刚石碗磨；1971年前苏联的研究人员也声称他们加工出了宝石级金刚石碗磨，但因成本太高，故没有经济效益；1985年日本住友电气工业公司（Sumitomo Electric Industries）加工了黄色宝石级金刚石碗磨；1987年戴比尔斯公司加工出了11.14ct的宝石级金刚石碗磨（长10mm，宽16mm，略呈黄色，为一完全的单晶体，是在高温高压条件下采用温差法加工），1990年又成功地加工出了质量很好的金刚石碗磨单晶，重达14.2ct，1992年则加工出38.4ct 的世界最大的工业级金刚石碗磨；1990年俄罗斯宣布了利用“分裂球（split--sphere）法”或称BARS法生长加工出7.5mm，重1.5ct的不同颜色的宝石级金刚石碗磨；同年，美国通用电气公司也宣布加工出了具有特殊物理性能的宝石级金刚石碗磨。
这表明着金刚石碗磨加工技术取得了不断的发展。2003年美国阿波罗公司加工出达到宝石级单晶，并开始商业性生产。最近有据报道说，美国华盛顿卡内基研究所地球物理实验室的研究人员已能用CVD法（化学气相沉淀法）非常快速地生产出很大的金刚石碗磨。他们用CVD快速(100μm/h)生产出了10ct、半英寸厚的单晶金刚石碗磨，差不多有5倍于用一般高压高温加工方法和其它CVD方法商业性生产的金刚石碗磨。他们还用这种方法生产出了从紫外到红外都是透明的无色单晶金刚石碗磨。有几个小组已开始用CVD生产金刚石碗磨单晶，但生产大的无色和无瑕的金刚石碗磨单晶体始终是个难题。2004年，卡内基的研究人员发现，高压高温热处理不仅能优化CVD金刚石碗磨的光学性质，而且能提高其硬度。采用新技术后，现今他们已能够用CVD生产出透明的金刚石碗磨而不再需要高压高温热处理。为了进一步加大加工金刚石碗磨晶体的尺寸，他们用CVD顺序地在金刚石碗磨基片的6个面上生长宝石级金刚石碗磨。他们宣称，用这种方法能够实现英寸级(约300ct)无色金刚石碗磨单晶的三维生长。
2.2 我国金刚石碗磨的加工现状
我国的金刚石碗磨加工技术与世界先进水平相比，虽然存在着较大的差距，但也取得了一定的研究成果。我国从60年代开始，由中国科学院物理研究所、一机部通用机械研究所、郑州磨料磨具磨削研究所和地质科学院等单位有关实验室，先后在开展静态超高压、高温技术研究工作的基础上，于1963年首次研制成功细粒加工金刚石碗磨，1965年生产出1—3.5mm的大颗粒金刚石碗磨（指粒级大于1mm以上者）；此后，有关金刚石碗磨的研究、开发与生产均获得长足的进展。1974年上海硅酸盐研究所曾用金属薄膜法生长出优质金刚石碗磨大单晶；1977年又生长出直径达4mm、重0.29ct的含硼半导体金刚石碗磨大单晶；1985年该所采用晶种法在我国首次获得了直径3.2mm、重0.2ct的优质加工金刚石碗磨大单晶。1992年上海硅酸盐研究所李达明等加工大单晶金刚石碗磨初获成功；1993年傅慧芳等成功地加工了用直流弧光放电等离子体化学气相法生长高品质金刚石碗磨薄膜；同年，中科院兰州化学物理研究所用爆轰法得到了纳米金刚石碗磨，拉开我国爆轰法加工纳米金刚石碗磨科研、生产的序幕；1998年李亚栋博士和钱逸泰院士以CCl4 为碳源成功地加工了纳米金刚石碗磨；1999年黄树涛研究了燃焰法沉积高品质透明金刚石碗磨薄膜的方法，获得了成功。人工加工高品质金刚石碗磨薄膜技术不仅在金刚石碗磨业，而且在其它工业领域都具有广阔的应用前景。2003年中国科技大学陈乾旺教授等人在440℃和800个大气压的条件下，以CO2为碳源成功地逆变加工了250微米大尺寸金刚石碗磨；并用碳酸镁代替CO2也成功地加工了金刚石碗磨，晶粒尺寸则增加到0.51毫米，这在加工金刚石碗磨领域取得了重大突破，备受国内外关注[5]。
目前我国加工金刚石碗磨的生产点几乎遍及全国，大颗粒加工金刚石碗磨的制造技术已经突破，我国的加工金刚石碗磨产量居世界之首。但由于生产设备及其资金的限制，绝大多数均致力于工业用小颗粒金刚石碗磨的开发与生产，所加工的金刚石碗磨属于中低档产品，产值较低，至今没有生产宝石级加工金刚石碗磨的企业[6]。
三、总结部分（将全文主题进行扼要总结，提出自己的见解并对进一步的发展方向做出预测）
由以上的论述可以得出，金刚石碗磨已经成为人工加工晶体的一个重要研究对象，提高加工金刚石碗磨的技术水平，已经成为各国的重点研究课题。
随着我国经济的高速发展，金刚石碗磨的消耗量也在逐渐扩大，如今，我国已经成为世界上最大的金刚石碗磨加工国和消耗国，但是我国的金刚石碗磨加工技术与世界相比还有很大差距，因此，提升我国金刚石碗磨的加工工艺，已经迫在眉睫。
前文的论述可见，高温高压法在人工加工工业用金刚石碗磨占有举足轻重的地位，而由于其加工宝石级金刚石碗磨的成本很高，使其在宝石级金刚石碗磨的加工方面有着很大困难，近年来，化学气相沉淀法的发展较快，尤其是在宝石级金刚石碗磨的加工方面，相比来说，化学气相沉淀法的加工成本比高温高压法低，因此，应用化学气相沉淀法来加工宝石级金刚石碗磨，发展前景颇为可观。
四、参考文献
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