金剛石粉類碳涂膜材料簡介

金剛石粉類碳涂膜材料屬于一種惰性生物相容性材料，金剛石粉具有永久性耐腐蝕作用，這對處于體內(nèi)多變的生理環(huán)境中的植入式醫(yī)療器械尤為適宜

國外一些醫(yī)療器械研究人員利用"等離子氣體涂膜法"已成功地將金剛石粉涂在金屬制成的醫(yī)療器械零部件表面，并形成一層厚度僅有1微米的超薄涂層。試驗(yàn)證實(shí)，由金剛石粉形成的這一涂膜其剛性極強(qiáng)，但仍有一定彈性，可以經(jīng)受摩擦和剪切力，而且具有耐腐蝕作用。

新型金剛石粉碳涂膜材料非常適合作為金屬或高分子聚合物制作的植入式醫(yī)療器械零部件的表面涂膜材料，以此提高器械的生物相容性和耐腐蝕性。

此外，國外所做動物實(shí)驗(yàn)證實(shí)，金剛石粉碳涂膜材料不會引起細(xì)胞或組織的炎癥反應(yīng)，故該技術(shù)可望廣泛用于植入式醫(yī)療器械的表面處理。

金剛石

世界上最著名的金剛石產(chǎn)地在南部非洲。這個地區(qū)的金剛石常常存在死火山的噴井中。人們認(rèn)為它們是在極高的溫度和壓強(qiáng)下慢慢地形成的。開采出來的金剛石并沒有寶石的外形和光彩，通過切割和磨光等工藝才給它們以光耀的外形。

世界最大鉆石--庫里南一號。1905年，南非的總理礦區(qū)，發(fā)現(xiàn)了一塊重3106克拉(計(jì)算鉆石大小重量的單位，1 克拉=0.2克)的鉆石原石，這一發(fā)現(xiàn)震驚世界，于是把此鉆石以礦主之名--托馬斯·庫里南爵士命名。當(dāng)時南非尚為英國殖民地，人們決定將此鉆石運(yùn)回英國，朝貢英王愛德華七世。為安全起見，保了75萬英鎊的保險。但實(shí)際保的是一只空盒，而真正的鉆石卻用另外一只紙盒，只用普通掛號就寄回英國了。

這顆3106克拉的鉆石運(yùn)回英國后，皇家請了當(dāng)時最負(fù)盛名的荷蘭切割師安斯切爾兄弟，經(jīng)過多月的揣摩研究，終于決定如何切割這顆鉆石。定奪之后，將此鉆石運(yùn)到荷蘭去切，英王派軍艦護(hù)航，仍用了"金蟬脫殼"之計(jì)，軍艦所護(hù)的只是空柜，而真正的鉆石，卻被安斯切爾放在褲袋內(nèi)，坐普通火車和渡輪，安全到了荷蘭工廠。當(dāng)安斯切爾凝神屏住呼吸，正要一錘敲下去把鉆石切開時，因緊張過度，當(dāng)場暈倒，最后經(jīng)多次努力終于成功，兩兄弟把它切成9顆大鉆石和96顆較小的鉆石。這9顆大鉆石中，最大的一顆被切成梨形，重530克拉，鑲在英王權(quán)杖上，取名為"庫里南一號"，并被稱為"非洲之星"。

人造金剛石與天然金剛石在化學(xué)上是完全等同的，但它們是在實(shí)驗(yàn)室中生產(chǎn)出來的。它們是在對石墨以及作為溶劑和催化劑的金屬施以極高的壓強(qiáng)(5500大氣壓)和高溫(2000℃)約一天的時間后制得的。

金剛石是最硬的物料。它是碳的最密集的形式，密度大約是水的3.5倍。它的硬度(抗磨性)和密度都可以用它的結(jié)構(gòu)來解釋。注意，每個碳原子都與其它的四個最靠近的近鄰形成四面體的取向，這種類型的結(jié)構(gòu)能使晶體在三維空間中有很高的強(qiáng)度。這種剛性結(jié)構(gòu)給金剛石以硬度。由于原子之間的小距離而造成的緊密性給金剛石以極高的密度。金剛石的共價網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)是它具有極高熔點(diǎn)的原因。由于所有的價電子都被用來形成了共價鍵，因而沒有一個可以自由移動。這解釋了金剛石為什么是電的非導(dǎo)體。由于它極高的硬度，金剛石被用于切割、鉆孔和研磨。金剛石常被用來作為經(jīng)久耐用的唱機(jī)針頭。

金剛石是最好的熱導(dǎo)體。完整的金剛石單晶的導(dǎo)熱性是銀和銅的導(dǎo)熱性的5倍(銀和銅是最好的金屬導(dǎo)體)。在金剛石中，熱是通過振動的能量從一個碳原子到第二個碳原子的傳遞進(jìn)行傳導(dǎo)的。在完整的金剛石單晶中，進(jìn)行這個過程的效率很高。碳原子的質(zhì)量很小，把原子束縛在一起的力很強(qiáng)，因此能夠容易地把振動的運(yùn)動從一個原子傳給另一個原子。它的不導(dǎo)電性結(jié)合著它的優(yōu)良的導(dǎo)熱性使金剛石在半導(dǎo)體裝置方面很有用。

金剛石在普通溶劑中是不溶解的。在1722年，法國化學(xué)家拉瓦錫在純氧中燃燒了一塊透明的金剛石，得到了產(chǎn)物二氧化碳。這個實(shí)驗(yàn)向他證明金剛石中含有碳。英國化學(xué)家史密森·坦納物特在1797年重復(fù)了這個實(shí)驗(yàn)，他稱了金剛石和生成的二氧化碳的質(zhì)量，從二氧化碳的質(zhì)量表明，金剛石是純凈的碳。

金剛石晶瑩美麗，光彩奪目，是自然界最硬的礦石。在所有物質(zhì)中，它的硬度最大。測定物質(zhì)硬度的刻劃法規(guī)定，以金剛石的硬度為10來度量其它物質(zhì)的硬度(詳細(xì)見附表)。例如Cr的硬度為9，F(xiàn)e為4.5，Pb為1.5，鈉為0.4等。在所有單質(zhì)中，金剛石的熔點(diǎn)最高，達(dá)3823K。

金剛石晶體屬立方晶系，是典型的原子晶體，每個碳原子都以sp3雜化軌道與另外四個碳原子形成共價鍵，構(gòu)成正四面體。這是金剛石的面心立方晶胞的結(jié)構(gòu)。

由于金剛石晶體中碳碳鍵很強(qiáng)，所有價電子都參與了共價鍵的形成。晶體中沒有自由移動電子，所以金剛石不僅硬度大，熔點(diǎn)高，而且不導(dǎo)電。

常溫下，金剛石對所有的化學(xué)試劑都顯惰性，但在空氣中加熱到1100K左右時能燃燒成二氧化碳。

金剛石俗稱鉆石，除用作裝飾品外，主要用于制造鉆探用的鉆頭和制成玻璃刀，它是重要的現(xiàn)代工業(yè)原料，價格十分昂貴。