SMD已經(jīng)廣泛應用于陶瓷、光學元件、半導體材料和多媒體存儲元件的加工和表面精磨(圖1a和圖1b)。在多數(shù)情況下，SMD不僅滿足顧客特別要求的表面光潔度而且可以提供較高的磨削率。然而，SMD內(nèi)在的晶體結構最終限制了它用于進一步拋光處理。
　　
　　近年來，磨料制造商探索了一些好的選形方法，對小尺寸金剛石的基本晶形結構進行選形。微晶摻雜、石墨片、納米技術的引進大大地改進了現(xiàn)代拋光工藝的應用。這里我們列出它與常規(guī)單晶在結構、功能方面的比較。
　　
　　單晶金剛石(SMD)的特性
　　
　　要了解新型金剛石磨料的特點，首先應了解傳統(tǒng)單晶金剛石的特點。單晶金剛石是一種高規(guī)整性的固態(tài)晶體。在通常結構中，碳原子是被聯(lián)系在一起的。每個碳原子和另外四個碳原子在平等的四面體結構中共用其核外的一個電子。為了滿足工業(yè)需要，也為了模擬天然金剛石的生長條件，人工合成金剛石采用高溫高壓。當前人工合成金剛石的溫度和壓力在Ni催化劑作用下分別為2000K和60Kb(圖1)。準確地說，世界上所有地方的壓力都不盡相同。然而，所有SMD的生產(chǎn)都落在圖2所示的相圖的陰影部分里。生產(chǎn)SMD的廠家經(jīng)常用很大的壓力，因為反應室很小。單次合成的產(chǎn)量大約不到100克拉。合成的金剛石必須經(jīng)過粉碎、球磨、清洗和分選。對于大多數(shù)拋光工藝來說，較高的分散性提高了SMD的磨除率。與其它晶形相比，SMD的切削刃更大、更鋒利、更不易破碎。正是因為有了粗糙度才使微米、亞微米的SMD在破碎和球磨后仍能保持它們母體的形狀特性(比如錐形和三角形)。SMD抗熱、酸腐蝕，因此表面雜質(zhì)含量很低。
　　
　　在生產(chǎn)微米金剛石的球磨和破碎階段，沿著低能量晶體薄片的缺陷內(nèi)在的產(chǎn)生了一些具有高的長徑比的片狀料。在拋光過程中,當這些被拉長的結構的取向與工件垂直時，過大的壓力會造成表面破壞。如果磨粒在工作面上平移時，就會產(chǎn)生不規(guī)則的拋光和磨除率低等現(xiàn)象。對于金剛石供應商來說，在SMD進料階段減少過多的高長徑比的片狀料是一個相當大的挑戰(zhàn)。因為從流體力學方面來說，這些片狀料的結構相當于小的更規(guī)則的成型料。在濕法分選過程中(照片3)，由于增加的摩擦元件使片狀料積聚能量，從而在分選中除去。這種現(xiàn)象等同于從肩高到地上扔兩張紙。一張揉皺，一張平展，揉皺的那張紙很快接觸地面，然而由 于空氣的摩擦力，平展的紙將飄起來。如果能量的范圍高于薄片產(chǎn)生裂紋的能量，而又低于普通形狀片層的斷裂能量，則片狀料在球磨時能被分離開，較小的碎片也可以在分選中除去。然而，額外的嚴格分選延長了SMD粉末的生產(chǎn)時間，增加了它的成本。
　　
　　熱處理合成單晶金剛石
　　
　　熱處理合成單晶金剛石是在惰性氣體中，在大約1200C溫度下加熱經(jīng)過分選、清洗的SMD的過程。在這些條件下，粉末從亮灰色變暗至黑色(照片4)。這是表面結構經(jīng)過重組變成混亂的層狀石墨結構的外在表現(xiàn)（照片5）。這些石墨片在金剛石切削刃和工件之間起潤滑作用。與SMD相比，這個涂層片提高了表面光潔度，降低了表面缺陷率。由上文可知，從流體力學角度來看，SMD中的片狀料相當于已經(jīng)成型好的料，所以很難一次完全除掉。然而，由于在成型過程中，整個HTSMD坯料被高溫爐所包圍，那些原本斷裂或破壞的表面現(xiàn)在重新成型并且更加光滑。
　　
　　因為在加熱過程中，那些無用的尖端片層會融化成大塊或者完全消失，所以HTSMD的粒徑分布比SMD更緊。
　　
　　這使得HTSMD在GMR中有一個明顯的優(yōu)點，在TMR精研磨工業(yè)中尤為重要。這些切削刃在低速離心旋轉(zhuǎn)的磁盤上的滑行速度不到一微英寸。在研磨過程中，當其它形式的金剛石替代HTSMD時，工件表面上將會出現(xiàn)黑點。目前的理論是這樣解釋的：黑點很可能是嵌入表面的金剛石片。因為幾乎所有的尖端片層都能被融化和潤滑，所以HTSMD實際上消除了這種缺陷。當分散HTSMD時，必須特別小心（圖6）。 熱處理過程降低了表面極性，形成了更緊密的穩(wěn)定區(qū)域。事實上，熱處理金剛石必須經(jīng)過一個表面裂化處理來增加它的表面極性，否則，在液態(tài)環(huán)境中幾分鐘，材料就會分層。HTSMD的價格確實比SMD高，但是如果正確應用，能夠很好的彌補價格不足。
　　
　　聚晶金剛石
　　
　　不像SMD，SPD(聚晶金剛石)是通過震動合成的(圖3)。高能量爆炸在石墨晶核上產(chǎn)生大約250Kb(大約相當于3,000,000,000psi)的壓力。每個SPD片包含較小的金剛石微晶。如果不考慮母晶的粒徑分布，微晶在每10-50nm內(nèi)就有不同的晶向。單個微晶的硬度與SMD是可比的。當用掃描電子顯微鏡(SEM)可識別SPD與SMD的不同點時，就需要一個傳輸電子顯微鏡(TEM)來觀察晶體結構(圖7)。SPD的MRR高達SMD的10倍多。因為使用較少的SPD就能達到同等甚至更好的效果，并且因為其生產(chǎn)周期較短而需要較少的勞動力，所以早期投資很容易就能從拋光過程中收回。在最近五年里，SPD已經(jīng)廣泛并且成功地應用在硬盤市場。在向GB存儲技術轉(zhuǎn)變的過程中，SPD替代了SMD。主要歸因于它在劃痕率方面的重要研究意義。料漿濃度從每升10cts降至1cts甚至更少。80GB的軟件將繼續(xù)使用SPD。然而，就象SMD在GB轉(zhuǎn)化過程中被淘汰一樣，SPD也將不可避免的在從80GB到120GB甚至更大的轉(zhuǎn)變過程中被另外一種形式的金剛石所替代。
　　
　　新型納米金剛石—超分散金剛石
　　
　　近年來隨著粒徑的不斷減小，金剛石的功能是在不斷增大。每克拉納米金剛石（平均粒徑大約0.001微米左右的金剛石）的塊數(shù)比傳統(tǒng)微米金剛石的塊數(shù)多得多。實際上，僅僅一克拉100nm的金剛石磨料就包括大約100百億塊。因為每克拉所包含的個數(shù)是與半徑的立方成正比的，所以3微米金剛石的個數(shù)等于100，000克拉100nm的金剛石所包含的塊數(shù)，也就是44lbs，相當于22噸30微米的金剛石。這種尺寸的金剛石通常被用于切割片。
　　
　　最新類型的納米金剛石—超分散金剛石，每克拉大約包括100，000百億普通粒子。如果我們拿這個數(shù)與每200mg4000塊的300微米的百慕達海灘的沙子做比較，結果就變成了22百萬噸（圖8a和8b），足夠填滿一個550米長1ft深、50碼的干沙海灘，也就是整個百慕達周長的14倍。這些塊的直徑一般在2-10納米范圍內(nèi)，主要尺寸是3-7納米。這些難以置信的小尺寸范圍導致了一些術語的不一致。UDD通常指的是納米金剛石，然而，納米金剛石又是一個相當寬的范圍，它也被用來稱呼納米 尺寸的SMD、SPD和HTSMD。UDD是納米金剛石中一個特殊的一類。另一個使用越來越多的與UDD有關的術語是聚晶金剛石（cluster diamond）。這種描述對于UDD是獨特的。凡涉及到聚晶納米金剛石的專業(yè)術語就不是納米聚晶金剛石。這樣區(qū)分的原因是因為UDD包括主要粒子和次要粒子。主要粒子是UDD中可辨認的最小單元。這些粒子的表面能阻止了UDD完全分散至懸浮也就是阻止其分散成主要粒子的粉末。當今，在拋光工藝中應用的次要聚晶的平均粒徑為100-800nm。UDD是在3000K的溫度、100Kb的壓強下，在金剛石的穩(wěn)定區(qū)生長而成的。然而，區(qū)分UDD與其它類型金剛石的主要不同點在于進料、爆炸過程，并且UDD產(chǎn)品包括爆炸腔。腔體和爆炸過程都必須是缺氧的（〈6%），這樣可以減少副產(chǎn)品，并且阻止金剛石向熱力學穩(wěn)定性更好的石墨的轉(zhuǎn)變。不象其它的金剛石類型，UDD包含了很多表面功能群，比如CH3、NO2、COH、COOH、CO和C6H6，并且這些表面群主要是由C（87%）、O（10%）、N（2%）和H（1%）組成。這些表面群使UDD的密度降至大約2.8-3.1，盡管它的核心仍然是堅硬的單晶金剛石。
　　
　　用這種方法生產(chǎn)的UDD粒子的特點就是其切削刃不受內(nèi)在摩擦可變性的影響（圖9）。UDD粒子不象微米SMD那樣必須由其母晶球磨而成，而是在爆炸過程中直接產(chǎn)生。拋光是相對無劃痕的，因為在UDD制造過程中沒有產(chǎn)生游離的片狀料。最初的結果表明MRR是相對低的，但是如果用納米級粒子拋光至?；蛘邅啺Ａ考壌植诙葧r，MRR就有望提高。
　　
　　所有的金剛石品種都有其各自的優(yōu)缺點。在使用特性和價格之間有一條最佳準線。大體來說，SMD價格最便宜，然而晶體結構限制了它用于表面拋光。如果要增加磨除率，提高光潔度，HTSMD和SPD是切實可行的選擇，但花費至少是SMD的10倍。對于埃量級粗糙度的超精拋光，UDD則是最好的選擇。(本文由楊梅譯著)