碳化硅與金剛石的“撕逼大戰(zhàn)”

一直以來，碳化硅和金剛石都是關(guān)注度很高的材料，由于他們的性能有相似之處，致使在使用上也有一些重合，因此在某些領(lǐng)域會出現(xiàn)競爭甚至是“被冒充”的情況。事情先從珠寶界講起。

真鉆石與“冒牌貨”的撕扯

由于高昂的價格，在利益的驅(qū)使下，鉆石市場一直受到仿鉆寶石的沖擊，其中莫桑石無疑是*令人頭疼的家伙。我們先來了解這兩種材料。

“鉆石恒久遠(yuǎn)，一顆永流傳”

按質(zhì)量和用途分的話，金剛石可以分為寶石級金剛石和工業(yè)金剛石。我們平常說的鉆石即寶石級金剛石，是經(jīng)過琢磨的金剛石。

天然鉆石主要形成于位于地下150～250千米深處的金伯利巖。在這樣的深度，一些礦物結(jié)晶被含碳熱流體包裹，晶體中的其他礦物質(zhì)被碳元素置換出來，碳元素取而代之形成鉆石。但也有些鉆石是碳元素在高溫高壓下結(jié)晶形成的。火山噴發(fā)將位于地下深層的金伯利巖輸送到地表，能夠搭上“順風(fēng)車”的鉆石只是少數(shù)。

因此，憑著珍貴、稀有、璀璨奪目的外表，鉆石成了愛情忠貞不渝的象征。

莫桑石，實(shí)現(xiàn)每個女人的“克拉”夢

盡管鉆石代表著永恒的愛情，但是它實(shí)在太貴了，品相極好的鉆石，一克拉可以報價數(shù)十萬甚至百萬，對于粗心的人來說丟了簡直“損失一個億”。如果把它放到櫥柜里吃灰則又失去了裝飾的意義。

此時，一種叫“莫桑鉆”的寶石悄悄流行開來。

“莫桑鉆”即由一種叫莫桑石的碳化硅晶體材料打造而成。天然的莫桑石由諾貝爾獎獲得者—亨利·莫桑博士在1893年分析墜落到美國亞利桑那州代阿布洛峽谷的隕石碎片時發(fā)現(xiàn)。1905年，為了表示對他的敬意，莫桑石因此得名。莫桑石成分為100%SiC，也稱為金剛砂（連這個都要和金剛石如此相像）。

天然莫桑石在自然界中十分稀有，只能形成于極端環(huán)境，如隕石、地幔巖石中。天然莫桑石形狀各異，顏色也多種多樣，包括藍(lán)色、藍(lán)帶綠、綠色、灰色、綠帶黃、黃色及無色，多為暗綠色、黑色，可用作磨料，卻無法用作寶石鑲嵌。由于天然莫桑石非常稀少，儲量不足以用作寶石用途，品質(zhì)也不夠，因此并不具有商業(yè)價值。所有應(yīng)用于珠寶行業(yè)的莫桑石均為人工合成材料。

盡管天然莫桑石無法用于制作寶石，但人工合成的莫桑石可不得了，它是一種近似無色的獨(dú)特寶石材料，乍看之下，莫桑石與天然鉆石無法分別，甚至連普通儀器也區(qū)分不出，然而仔細(xì)看會發(fā)現(xiàn)莫桑石的火彩比鉆石更強(qiáng)，更為驚艷，能*做到“以假亂真”，而價格卻連鉆石的十分之一都不到。尤其在微商、代購盛行的時期，“莫桑鉆”被包裝成了鉆石中的一種進(jìn)行炒作。因此引得不少鉆石從業(yè)者出來打假，但“撕來撕去”也沒個明確結(jié)果。

至于說莫桑石是“騙局”，小編認(rèn)為從商家追逐利益而進(jìn)行的過度炒作的角度而言的確是“騙局”，但這并不是說莫桑石是假寶石。盡管天然莫桑石無法用作寶石，但人工合成的莫桑石制備難度可也絕不含糊，一粒莫桑石從粉料合成，到結(jié)晶生長，再到拋光打磨成為人們眼前閃耀奪目的寶石，需要復(fù)雜的工藝和穩(wěn)定的周期，同時需要巨大的人力、物力及資金投入。

就算是鉆石，市面上人工合成的鉆石可也占了很大一部分市場。另外，*初美國C3公司是把“合成莫桑石”作為一種新型寶石推向市場，而不是作為“仿鉆”材料出售的。因此，當(dāng)將莫桑石當(dāng)做鉆石出售的時候，那它就是假鉆石，而將它當(dāng)作合成寶石出售的時候，它就是一類真寶石。

切磨拋陣地：硬漢間的較量

磨料是銳利、堅硬的材料，用以磨削或拋光被加工材料表面。磨料在工業(yè)上應(yīng)用非常廣泛，特別是加工高精度或低粗糙度的零件或特別硬的零件時，磨料作為切磨工具中的重要組成部分是必不可少的。其中，碳化硅和金剛石是兩種常見的磨料。

碳化硅硬度僅次于金剛石和六方氮化硼，由于其硬度高，可制備成各種磨削用的砂輪、砂布、砂紙以及各類磨料，廣泛應(yīng)用于機(jī)械加工行業(yè)。碳化硅主要分為黑碳化硅和綠碳化硅兩種。黑碳化硅相對綠碳化硅硬度較低，用來磨硬度較低的材料，如鑄鐵和非金屬材料；綠碳化硅適合磨削硬質(zhì)合金，光學(xué)玻璃、鈦合金之類的東西，還有一種立方碳化硅專用于微型軸承的超精磨。

金剛石有著比碳化硅更高的硬度，顆粒外形尖銳鋒利，與立方氮化硼同屬于超硬磨料，對于不同硬度的材料都具有很好的磨削作用，對于存在軟硬相差懸殊的不同相的合金試樣拋光效果較好。因此，金剛石磨料覆蓋了包括各種高硬、高脆、高強(qiáng)韌性材料的幾乎全部被加工材料。但因其在700℃~800℃時容易碳化，所以它不適于磨削鋼鐵材料及超高速磨削。

目前來看，金剛石由于有著比碳化硅更高的硬度，磨削效率更高，因此在高硬、高脆、高強(qiáng)韌性材料切磨方面正逐步取代碳化硅。

值得一提的是，隨著碳化硅作為第三代半導(dǎo)體的起飛，SiC晶圓研磨拋光成為新的熱點(diǎn)，但SiC因本身硬度大、脆性大、化學(xué)惰性強(qiáng)等特點(diǎn)，難以同時保證高拋光質(zhì)量和高拋光速率，是典型的難加工材料，而金剛石與氧化鋁、SiO2等搭配形成的復(fù)合磨料可用于對碳化硅晶圓的拋光，也算是與碳化硅之間展開的一場硬漢間的較量。

離地起飛的半導(dǎo)體PK*半導(dǎo)體

高性能半導(dǎo)體器件的制造離不開先進(jìn)的半導(dǎo)體材料，為了滿足半導(dǎo)體器件的使用性能，半導(dǎo)體材料先后經(jīng)歷了以硅、鍺為代表的*代元素半導(dǎo)體材料；以砷化鎵、磷化銦為代表的第二代化合物半導(dǎo)體材料和以碳化硅、氮化鎵為代表的第三代寬禁帶半導(dǎo)體材料。

碳化硅半導(dǎo)體就不用過多介紹了，作為目前發(fā)展*成熟的第三代半導(dǎo)體材料，近些年大火特火。尤其是在“雙碳”戰(zhàn)略背景下，碳化硅被深度綁定新能源汽車、光伏、儲能等節(jié)能減碳行業(yè)，萬眾矚目。因此，有人稱其是一種“正在離地起飛的半導(dǎo)體材料。”

金剛石是超寬禁帶半導(dǎo)體，其禁帶寬度為5.5eV，具有高電子遷移率（4500cm2/Vs）、高電子飽和速度（2×107cm/s）、高擊穿場強(qiáng)（107V/cm）和高熱導(dǎo)率（2000W/m·K）等特點(diǎn)，其功率器件的JOHNSON'S優(yōu)值為寬禁帶半導(dǎo)體SiC的10倍。隨著SiC和GaN功率電子學(xué)進(jìn)入發(fā)展成熟階段，新的需求又在推動下一代功率電子學(xué)的發(fā)展，金剛石被認(rèn)為是制備下一代高功率、高頻、高溫及低功率損耗電子器件*有希望的材料，被業(yè)界譽(yù)為“*半導(dǎo)體”。

可以預(yù)見，未來金剛石和碳化硅或?qū)⒃趯捊麕ьI(lǐng)域展開正面的PK。但目前來看，碳化硅已經(jīng)進(jìn)入商業(yè)化應(yīng)用階段，受惠于下游應(yīng)用市場的強(qiáng)勁需求，產(chǎn)業(yè)正處于高速成長期。而金剛石半導(dǎo)體仍在實(shí)驗室階段，要真正實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，依然需要花費(fèi)很長的時間，此外，在具體應(yīng)用方面，金剛石半導(dǎo)體的落腳點(diǎn)仍不明朗。因此，在很長一段時間內(nèi)金剛石還搶不了碳化硅的風(fēng)頭。