一般提到钻石,第一印象就是珠宝领域的宝石之王身份。其实钻石也叫金刚石,在芯片、微电子、量子、光学、超精密加工及高端医疗等众多高新技术领域有着更深更广的应用。随着近年来国际上对新能源、碳中和等可持续发展方向的一致推动,提高能源利用率、淘汰落后产能成为发展新主流。对于光学、微电子、半导体等领域在应用材料上的苛刻要求,金刚石单晶及制品展现出了超优性能,被业界认为是最有希望的下一代高新材料。
培育钻石世界新纪录
20世纪70年代,美国科学家开发出利用高温高压法(HPHT)生长小块状金刚石单晶,开启了培育钻石研究的热潮。发展到当前时代,培育钻石产量虽然已经有可喜的成果,但是尺寸与品质却存在突破瓶颈。我们知道,不论在高温高压法或化学气相沉积法中,只有内外环境、温度、压力等条件得到精准控制,才能将钻石培育成需要的样子。由于当前世界上技术水平及设备等客观因素限制,品质、尺寸经常无法兼顾。
只有少数拥有世界领先技术的实验室或公司走在研究前线,能形成优秀的培养环境,产出高品质的培育钻石。最近值得关注的一项世界瞩目的成果,来自上海征世科技股份有限公司的一颗CVD培育钻石,被GIA官方认证为当前全球最大的CVD培育钻石。该钻石是公主型切割、16.41克拉、G色、VVS2净度,尺寸为 13.97 × 13.87 × 9.56 毫米,创造了新的世界纪录。(图1)
GIA在发布的新报告里披露了纽约鉴定所对这颗公主方进行的各种详细测试及结果,光谱检测结果显示这是一颗典型的IIA型CVD培育钻石,且没有经过生长后处理来改善颜色。(图2)
在检测该颗钻石生长状况的检验中,明显的表现出连续生长无断层过程的特征现象,深短波紫外激发的荧光成像显示了自然生长的 CVD 钻石的典型橙红色荧光。带有不规则的蓝色“条带”,揭示了多达七个生长层,只有纯自然生长的钻石才有该种表现。(图3)
透过领军企业看世界培育钻石发展
金刚石在所有材料中有多项指标处于最高和第一的位置。如最高的硬度;室温下最高的热传导能力;从远红外到深紫外波段是透明的;极低的可压缩性;高的化学稳定性;极佳的生物兼容性。因此有人说:“如果说二十世纪是硅的时代;那么二十一世纪将是金刚石的时代。”目前局限于难以获得超高纯度的单晶金刚石,全世界相关应用研究及开发中有关超高纯单晶金刚石的获取基本上都来自于英国的元素六公司。而为了保持自身的技术领先性,很多顶尖的产品是不用于出口的,或者不用于出口到中国,例如:高质量的大功率微波CVD设备;量子级别的单晶金刚石产品;直径超过40毫米的单晶金刚石晶种,以及超高表面光洁度的单晶金刚石片及相关的设备等等。这也大大限制了我国在很多高端研究,应用的发展。因此在高质量单晶金刚石制备工艺及相关设备的开发都是急切需要解决的难题。
目前征世科技通过自身的努力,已经成功的实现了高纯度单晶金刚石材料的产业化生产。成功地解决了在保证“生长质量”的同时能提高“生长效率“这一世界性难题,并且其培育钻石纯自然生长,无需改色处理,定义了培育钻石的品质差异。
科技制造不断兴起,培育钻石发展路线也愈发清晰,产品尺寸、质量、生产效率的提高是重中之重,各行各业的应用植入是发展之道。随着国际国内各项有关制造、能源、民生等可持续发展政策的推动,培育钻石正在慢慢扛起高新材料行业的大旗,从高精尖领域的广泛应用,到生活、生产的必需品,相信培育钻石将掀起新材料发展的大浪潮,未来可期。