碳有三種已知的同素異形體：金剛石、石墨和富勒烯。
金剛石晶體中每個碳原子都以sp3雜化軌道與另外4個相鄰的碳原子形成共價鍵，每四個相鄰的碳原子均構(gòu)成正四面體(a)，形成無限的三維網(wǎng)。四個正四面體為一個晶胞，晶體類型為立方面心(b)。金剛石中的C-C鍵很強，所有的價電子都參與了共價鍵的形成，沒有自由電子，所以金剛石硬度非常大，不導電，熔點在攝氏3800℃。金剛石在純氧中燃點為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堿，一定溫度下與鐵、鈷、鎳、錳和鉑等金屬發(fā)生化學反應。
CVD（Chemical Vapor Deposition化學氣相沉淀）金剛石，是含碳氣體和氫氣的混合物在高溫和低于標準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的多晶金剛石（或控制沉積生長條件沉積生長金剛石單晶或者準單晶）。
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 金剛石晶粒呈無序排列，無脆性解理面，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 |
抗拉強度 |
抗壓強度 |
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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熱導率 |
熱膨脹系數(shù) |
電阻率 |
相對介電常數(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金剛石在機械，微電子，熱學，光學，宇航，軍事，醫(yī)學等領域具有無可替代的作用和廣闊的應用前景。
(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速度快，金剛石膜的純度比較高而勝過其他幾種方法。直流等離子體法制備金剛石膜基本原理如圖(c)。
（c）
