單晶金剛石材料的去除方式

1998年malshe等人總結(jié)論述了金剛石加工去除方式，雖然17年過(guò)去了但還沒(méi)有產(chǎn)生新的去除機(jī)理。目前，關(guān)于金剛石去除機(jī)理主要有：微破碎、石墨化、氣化、濺射和化學(xué)反應(yīng)。1.微破碎去除

使用最早應(yīng)用最廣的機(jī)械研磨金剛石的去除方式就是金剛石表面材料的微破碎去除。微破碎去除是金剛石試件表面與金剛石磨粒或者較硬的陶瓷拋光盤(pán)接觸、擠壓和摩擦，產(chǎn)生壓力和剪切力，使得金剛石的表面材料發(fā)生破壞，進(jìn)而達(dá)到材料去除的目的。圖為機(jī)械研磨后的金剛石表面，可以很容易看到沿金剛石表面“軟方向”上形成的劃痕，并且通過(guò)右邊的三維圖像可看到明顯的破碎剝離的痕跡。但是這種去除機(jī)理往往在被加工的金剛石表面形成微小裂紋等損傷。

2.石墨化去除

石墨和金剛石都是晶態(tài)單質(zhì)碳，僅從元素組成上看是完全一致的，但是石墨的硬度遠(yuǎn)小于金剛石的硬度。看似金剛石的穩(wěn)定性高于石墨，實(shí)際上石塑結(jié)構(gòu)處于穩(wěn)態(tài)而金剛結(jié)構(gòu)處于亞穩(wěn)態(tài)。也就是說(shuō)在一定條件下，金剛石可以山亞穩(wěn)態(tài)越過(guò)能量勢(shì)全轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)態(tài)的石墨。在沒(méi)有鐵、鈷、銀等催化劑的存在下，需要將金剛石加熱到1500度才能夠使得金剛石發(fā)生石墨化；在有鐵、鈷、線等催化劑的存在下，只需將金剛石加熱到700°左右。熱化學(xué)拋光就是利用高溫催化的條件下，較硬的金剛石結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為較軟的石墨結(jié)構(gòu)進(jìn)而達(dá)到材料去除的目的。

3.氣化去除

隨著科技的發(fā)展，高能束技術(shù)逐漸被學(xué)者應(yīng)用于金剛石的加工。激光束便是其中之一，高強(qiáng)度的激光束照射在試件表面使其發(fā)生材料溶解或氣化，進(jìn)而去除材料。這一方法使得金剛石的加工有了一種新的機(jī)理，就是利用高能束在金剛石表面瞬間產(chǎn)生高溫，材料氣化去除。

4.濺射刻蟲(chóng)

濺射刻燭材料去除機(jī)理是利用高能粒子束撞擊金剛石材料表面，破壞碳原子共價(jià)鍵，使碳原子從品體屮飛出。離子束拋光金剛石就足利用該機(jī)理，由于該方法是原子級(jí)的去除，所以一般拋光質(zhì)量非常高，但是效率極低、加工成本較高。

化學(xué)反應(yīng)

化學(xué)反應(yīng)主要利用的是氧化還原反應(yīng)，將金剛石中的碳氧化產(chǎn)生氣體以達(dá)到去除材料地的。化學(xué)機(jī)械加工方法（化學(xué)機(jī)械拋光、機(jī)械化學(xué)拋光、化學(xué)輔助拋光和真空等離子化學(xué)拋光）就是利用了化學(xué)反應(yīng)的去除機(jī)理。利用氧官能團(tuán)（，加工金剛石的相關(guān)研究也是利用低溫下化學(xué)反應(yīng)達(dá)到材料去除的的。離子拋光中的等離子體拋光利用能與碳原子反應(yīng)的等離子態(tài)的氣體（氧氣或氫氣等）拋光金剛石。

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