上世紀50年代蘇聯是研制CVD金剛石最早的國家,嗣后日本和美國相繼進行了研究與開發,直到1993年De Beers才在馬恩島建廠生產CVD金剛石并開發CVD金剛石產品。當時,日本和美國已擁有相當規模的CVD金剛石生產廠家,并在激烈競爭的領域中有一定優勢。然而DeBeers自建廠后不到十年的時間里迅速崛起,其CVD金剛石及制品目前已發展到第二代,占據著國際CVD金剛石市場的主導地位,儀此一例足見DeBeers發展速度迅猛之一斑。但是,他們并沒有停留在已獲得的輝煌業績上,在CVD金剛石及制品方面,DeBeers公司雖然已處于國際領先地位,但為了戰略上的發展,它最近又擴建了CVD金剛石研究中心。值得注意的是,在南非斯普林斯擴建的工業金剛石合成廠投產儀式上,該公司的非常務主席說過這樣的話:“這次擴建是作為我們全球業務不斷發展戰略的一個部分來實施的,在努力與我們的主要對手競爭時,使我們的生產更加有效能。我們的競爭對于主要在中國和韓國。”目前元素六集團公司的產品品種在不斷擴大,特別是已研制出一系列CVD金剛石產品,有磨料產品,也有非磨料產品,在醫藥、光學、射頻、熱控和精密儀器等技術部門都有重要的應用。美國是世界上高科技十分發達的工業國家,元素六公司目前正在積極準備以其特有的金剛石產品進軍美國市場。
美國Apollo Diamond公司研制用CVD法生長寶石級金剛石,可形成細粒金剛石結晶層覆蓋在較大面積上,但至今沒有解決生長出大單晶的工藝問題。CVD法發展的前景還在于能生產極純的金剛石,CVD金剛石最大的潛在應用是在計算機技術。用CVD金剛石作半導體可以制成較大面積,而且可以在溫度高達1000°C的條件下工作,硅晶片的最高工作溫度只有150°C。因此,CVD金剛石制成的計算機芯片能以高的多的頻率和速度工作,工作壽命也長的多。
快速生產鉆石大單晶。在美國華盛頓D.C.卡內基研究院地球物理實驗室,用CVD法以每小時100um的速度生長出10克拉,半英寸厚的單晶鉆石,這一生成速度是HPHT和其它CVD法商業化生產的鉆石的5倍。Russell Hemley博士評論道:“用傳統的研究方法很難生產出大于3克拉的高質量晶體。”有幾個研究小組開始用CVD生長金剛石單晶體,但大的無色無暇晶體的合成仍具有很大的挑戰性。我們的10克拉、半英寸的CVD鉆石的合成是一項重大突破。大多數HPHT合成金剛石是黃色的,而CVD金剛石大多呈棕色,這限制了它們的光學應用。無色金剛石生產成本高。據報道現在都很小。這一現狀限制了這些金剛石作為寶石、光學上和科研中的普遍應用。研究發現,HPHT淬火不僅可增強一些CVD金剛石的光學性能,還可提高硬度??▋然难芯空咭巡捎眯录夹g用CVD法生產出透明金剛石,且不必經過HPHT淬火。為進一步增加晶體尺寸,上述研究者接著用CVD法在襯底的金剛石片的六個面上生長寶石級金剛石。用這一方法,可獲得一英寸(約300克拉)的三維生長無色單晶金剛石。
未來世界最具發展潛力之一的新型納米材料中,有一種是以金剛石作為表面涂層的納米導管,將對未來科技發展起巨大的作用。這種以金剛石為表面涂層的新型材料是由意大利兩所大學的研究人員共同發明的。這種納米導管就像一支市面上常見的雪糕,表面包覆著20到100nm厚的金剛石材料。這種新型材料已引起社會各界廣泛的注意,特別是電子工業中超薄陰極射線隧道電視,這種電視具有高清晰度的畫質,并且這種電視的價錢也比目前普通的平面電視便宜許多。這種材料的銹人之處就是在于其表面覆蓋的一層金剛石粉,這種金剛石涂層將給普通的納米導管帶來許多令人驚訝的物理性質。一般的金屬分子可以附著在這層金剛石涂料上,這層金剛石還具有極好的光散發性能。金剛石是一種絕緣材料,但是它的表面又呈現出很強的負電性。納米金剛石導管由高純度的金剛石組成,這就使得納米金剛石導管及其上級電子元件之間產生電導性,它們之間可以有電流通過。加上納米金剛石導管具有良好的光散發能力以及它極低的電壓要求,使得這種新型材料可以用來制作高科技平面節能電視。美國阿貢國家實驗室的研究員Amanda Barnard認為:“這種新型材料具有良好的導電性和更有效的光散發能力,這些性質使得這種材料可以生產出更精密、更節能的設備來。”目前世界上許多研究人員都在尋求制造電子顯示設備的更好材料,而這種新型材料具有很大的發展潛力,或許就是科學家要找的材料。
英國的防務評估和研究署(DERA)和De Beers兩者合作研發未來超音聲**紅外導引頭蝕確的保護罩,它應當具有很好的光學性能又可抗快速加熱(發射段)和沙、雨的侵蝕(飛行時)。金剛石不僅具有優越的機械性能,又在從近紅外到遠紅外的“全”波段內有很好的光學性能,可說是紅外導引頭保護罩材料的最后選擇對象。BEBID公司用CVD技術生產的保護罩樣品在2000年范博洛航展上在嚴格的保衛下“露面”,其重量相20克。所開發的產品要確保均勻性和形態的可控,以使所獲得的紅外罩能滿足應用的要求。最終成品應保證在紅外波段有低損耗、低散射、以使其能較廣泛地應用于成像處理器中。DERA稱,金剛石罩在長波紅外段散射很小,CVD法能制出100mm的保護罩,完全可滿足“先進熱尋的**系統”的要求。
中世紀的煉金術曾經想方設法把粗金屬煉成黃金,而今美國海軍研究實驗室得科學家更勝一籌,能將廢氣變成金剛石。據了解,在該實驗室附近有一個廢水處理廠,每天產生出130萬立方英尺的甲烷,這個實驗室的化學家詹姆斯﹒巴特勒將處理過的甲烷放在一根華氏4000度高溫的鎢絲上,過了一會兒,一塊閃閃發亮的人造金剛石薄膜出現了。雖然這種金剛石不過千分之幾英寸,但硬度卻達到了標準??捎糜谥圃炷湍サ臋C器、耐擦的透鏡和一流的電子計算機元件,令人十分滿薏。
日本東京大學的藤島昭和東京都立大學的益田秀樹教授,最近成功研制出金剛石納米管材料。因每根細管的直徑只有萬分之幾毫米,因此將其命名為金剛石納米管材料。它與原子呈筒狀結合而成的石墨納米管材料相似,但排列不同,試制的樣品中管口口徑為300nm,壁厚只有幾納米,長約10µm,這些超微細管集束后形成一種新材料。目前的平面顯示屏就是用石墨納米管材料電極激發熒光體發光的,如改用金剛石納米管材料,將明顯提高發光效率,在新一代超薄顯示屏的開發進程中發揮重要作用。
國外的科技工作者利用氣相沉積技術培養出單晶金剛石片(成長速度為每小時lµm)和多晶金剛石片(成長速度每小時幾十微米),以及培養出厚lmm、直徑幾百毫米未經化合的多晶金剛石片。這些產品包括切割工具、導熱器具、光學輻射和x射線觀察窗、無粒子計數器、紫外線強度傳感裝置和聲響擴散器等。在金剛石電子學、聲學設備、帶有金剛石保護層的塑料光學設備等方面正在努力進行研究。
綜上述可認為,金剛石是2l世紀最具技術潛力的戰略材料。這種自然界最硬的材料有可能成為新世紀電子學的基礎。