碳有三種已知的同素異形體：金剛石、石墨和富勒烯。
金剛石晶體中每個(gè)碳原子都以sp3雜化軌道與另外4個(gè)相鄰的碳原子形成共價(jià)鍵，每四個(gè)相鄰的碳原子均構(gòu)成正四面體(a)，形成無(wú)限的三維網(wǎng)。四個(gè)正四面體為一個(gè)晶胞，晶體類型為立方面心(b)。金剛石中的C-C鍵很強(qiáng)，所有的價(jià)電子都參與了共價(jià)鍵的形成，沒(méi)有自由電子，所以金剛石硬度非常大，不導(dǎo)電，熔點(diǎn)在攝氏3800℃。金剛石在純氧中燃點(diǎn)為720～800℃，在空氣中為850～1000℃。室溫下不溶于任何酸和堿，高溫下不耐含氧酸鹽和強(qiáng)堿，一定溫度下與鐵、鈷、鎳、錳和鉑等金屬發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。
CVD（Chemical Vapor Deposition化學(xué)氣相沉淀）金剛石，是含碳?xì)怏w和氫氣的混合物在高溫和低于標(biāo)準(zhǔn)大氣壓的壓力下被激發(fā)分解，形成活性金剛石碳原子，并在基體上沉積交互生長(zhǎng)的多晶金剛石（或控制沉積生長(zhǎng)條件沉積生長(zhǎng)金剛石單晶或者準(zhǔn)單晶）。
由于 CVD 金剛石中不含任何金屬催化劑，因此它的熱穩(wěn)定性接近天然金剛石。 CVD 金剛石晶粒呈無(wú)序排列，無(wú)脆性解理面，因此呈現(xiàn)各向同性。
(一)CVD金剛石的主要性質(zhì)：
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硬度 |
抗拉強(qiáng)度 |
抗壓強(qiáng)度 |
摩擦系數(shù) |
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8000~10000Kg/mm2 |
272 Kg/mm2 |
9.8×1013 Kg/mm2 |
0.05~1 |
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楊氏模量 |
密度 |
熱沖擊系數(shù) |
泊松比 |
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1050GPAa |
3.51g/cm3 |
107W/m |
0.1 |
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熱導(dǎo)率 |
熱膨脹系數(shù) |
電阻率 |
相對(duì)介電常數(shù) |
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10~20W/(cm·K) |
2.3×10-6/℃ |
~106Ω·m |
5.7 |
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電子遷移率 |
空穴遷移率 |
飽和電子漂移速度 |
禁帶寬度 |
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2200cm2/V·S |
1800 cm2/V·S |
2.5×107cm/s |
5.45ev |
由于CVD金剛石具有如此多的優(yōu)異性能，使的CVD金剛石在機(jī)械，微電子，熱學(xué)，光學(xué)，宇航，軍事，醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域具有無(wú)可替代的作用和廣闊的應(yīng)用前景。
(二）直流電弧等離子體噴射法生產(chǎn)CVD 金剛石：
目前生產(chǎn)CVD金剛石有：熱絲法，微波等離子體法，直流熱陰極法和直流電弧等離子體法。其中直流等離子體法以生長(zhǎng)速度快，金剛石膜的純度比較高而勝過(guò)其他幾種方法。直流等離子體法制備金剛石膜基本原理如圖(c)。
（c）
