碳化硅与金刚石的“撕逼大战”

中国粉体网讯 一直以来，碳化硅和金刚石都是关注度很高的材料，由于他们的性能有相似之处，致使在使用上也有一些重合，因此在某些领域会出现竞争甚至是“被冒充”的情况。事情先从珠宝界讲起。

真钻石与“冒牌货”的撕扯

由于高昂的价格，在利益的驱使下，钻石市场一直受到仿钻宝石的冲击，其中莫桑石无疑是最令人头疼的家伙。我们先来了解这两种材料。

“钻石恒久远，一颗永流传”

按质量和用途分的话，金刚石可以分为宝石级金刚石和工业金刚石。我们平常说的钻石即宝石级金刚石，是经过琢磨的金刚石。

图片来源：Pexels

天然钻石主要形成于位于地下150～250千米深处的金伯利岩。在这样的深度，一些矿物结晶被含碳热流体包裹，晶体中的其他矿物质被碳元素置换出来，碳元素取而代之形成钻石。但也有些钻石是碳元素在高温高压下结晶形成的。火山喷发将位于地下深层的金伯利岩输送到地表，能够搭上“顺风车”的钻石只是少数。

因此，凭着珍贵、稀有、璀璨夺目的外表，钻石成了爱情忠贞不渝的象征。

莫桑石，实现每个女人的“克拉”梦

尽管钻石代表着永恒的爱情，但是它实在太贵了，品相极好的钻石，一克拉可以报价数十万甚至百万，对于粗心的人来说丢了简直“损失一个亿”。如果把它放到橱柜里吃灰则又失去了装饰的意义。

此时，一种叫“莫桑钻”的宝石悄悄流行开来。

“莫桑钻”即由一种叫莫桑石的碳化硅晶体材料打造而成。天然的莫桑石由诺贝尔奖获得者—亨利·莫桑博士在1893年分析坠落到美国亚利桑那州代阿布洛峡谷的陨石碎片时发现。1905年，为了表示对他的敬意，莫桑石因此得名。莫桑石成分为100%SiC，也称为金刚砂（连这个都要和金刚石如此相像）。

天然莫桑石在自然界中十分稀有，只能形成于极端环境，如陨石、地幔岩石中。天然莫桑石形状各异，颜色也多种多样，包括蓝色、蓝带绿、绿色、灰色、绿带黄、黄色及无色，多为暗绿色、黑色，可用作磨料，却无法用作宝石镶嵌。由于天然莫桑石非常稀少，储量不足以用作宝石用途，品质也不够，因此并不具有商业价值。所有应用于珠宝行业的莫桑石均为人工合成材料。

尽管天然莫桑石无法用于制作宝石，但人工合成的莫桑石可不得了，它是一种近似无色的独特宝石材料，乍看之下，莫桑石与天然钻石无法分别，甚至连普通仪器也区分不出，然而仔细看会发现莫桑石的火彩比钻石更强，更为惊艳，能完美做到“以假乱真”，而价格却连钻石的十分之一都不到。尤其在微商、代购盛行的时期，“莫桑钻”被包装成了钻石中的一种进行炒作。因此引得不少钻石从业者出来打假，但“撕来撕去”也没个明确结果。

至于说莫桑石是“骗局”，小编认为从商家追逐利益而进行的过度炒作的角度而言的确是“骗局”，但这并不是说莫桑石是假宝石。尽管天然莫桑石无法用作宝石，但人工合成的莫桑石制备难度可也绝不含糊，一粒莫桑石从粉料合成，到结晶生长，再到抛光打磨成为人们眼前闪耀夺目的宝石，需要复杂的工艺和稳定的周期，同时需要巨大的人力、物力及资金投入。

就算是钻石，市面上人工合成的钻石可也占了很大一部分市场。另外，最初美国C3公司是把“合成莫桑石”作为一种新型宝石推向市场，而不是作为“仿钻”材料出售的。因此，当将莫桑石当做钻石出售的时候，那它就是假钻石，而将它当作合成宝石出售的时候，它就是一类真宝石。

切磨抛阵地：硬汉间的较量

磨料是锐利、坚硬的材料，用以磨削或抛光被加工材料表面。磨料在工业上应用非常广泛，特别是加工高精度或低粗糙度的零件或特别硬的零件时，磨料作为切磨工具中的重要组成部分是必不可少的。其中，碳化硅和金刚石是两种常见的磨料。

碳化硅硬度仅次于金刚石和六方氮化硼，由于其硬度高，可制备成各种磨削用的砂轮、砂布、砂纸以及各类磨料，广泛应用于机械加工行业。碳化硅主要分为黑碳化硅和绿碳化硅两种。黑碳化硅相对绿碳化硅硬度较低，用来磨硬度较低的材料，如铸铁和非金属材料；绿碳化硅适合磨削硬质合金，光学玻璃、钛合金之类的东西，还有一种立方碳化硅专用于微型轴承的超精磨。

碳化硅磨具，来源：山东金蒙新材料股份有限公司

金刚石有着比碳化硅更高的硬度，颗粒外形尖锐锋利，与立方氮化硼同属于超硬磨料，对于不同硬度的材料都具有很好的磨削作用，对于存在软硬相差悬殊的不同相的合金试样抛光效果较好。因此，金刚石磨料覆盖了包括各种高硬、高脆、高强韧性材料的几乎全部被加工材料。但因其在700℃~800℃时容易碳化，所以它不适于磨削钢铁材料及超高速磨削。

目前来看，金刚石由于有着比碳化硅更高的硬度，磨削效率更高，因此在高硬、高脆、高强韧性材料切磨方面正逐步取代碳化硅。

值得一提的是，随着碳化硅作为第三代半导体的起飞，SiC晶圆研磨抛光成为新的热点，但SiC因本身硬度大、脆性大、化学惰性强等特点，难以同时保证高抛光质量和高抛光速率，是典型的难加工材料，而金刚石与氧化铝、SiO2等搭配形成的复合磨料可用于对碳化硅晶圆的抛光，也算是与碳化硅之间展开的一场硬汉间的较量。

离地起飞的半导体PK终极半导体

高性能半导体器件的制造离不开先进的半导体材料，为了满足半导体器件的使用性能，半导体材料先后经历了以硅、锗为代表的第一代元素半导体材料；以砷化镓、磷化铟为代表的第二代化合物半导体材料和以碳化硅、氮化镓为代表的第三代宽禁带半导体材料。

碳化硅半导体就不用过多介绍了，作为目前发展最成熟的第三代半导体材料，近些年大火特火。尤其是在“双碳”战略背景下，碳化硅被深度绑定新能源汽车、光伏、储能等节能减碳行业，万众瞩目。因此，有人称其是一种“正在离地起飞的半导体材料。”

半导体材料性能对比

金刚石是超宽禁带半导体，其禁带宽度为5.5eV，具有高电子迁移率（4500cm2/Vs）、高电子饱和速度（2×107cm/s）、高击穿场强（107V/cm）和高热导率（2000W/m·K）等特点，其功率器件的JOHNSON'S优值为宽禁带半导体SiC的10倍。随着SiC和GaN功率电子学进入发展成熟阶段，新的需求又在推动下一代功率电子学的发展，金刚石被认为是制备下一代高功率、高频、高温及低功率损耗电子器件最有希望的材料，被业界誉为“终极半导体”。

可以预见，未来金刚石和碳化硅或将在宽禁带领域展开正面的PK。但目前来看，碳化硅已经进入商业化应用阶段，受惠于下游应用市场的强劲需求，产业正处于高速成长期。而金刚石半导体仍在实验室阶段，要真正实现量产，依然需要花费很长的时间，此外，在具体应用方面，金刚石半导体的落脚点仍不明朗。因此，在很长一段时间内金刚石还抢不了碳化硅的风头。

参考来源：

[1]佟雯.碳化硅材料在珠宝行业的应用前景

[2]段景颐.宝石的秘密

[3]半导体行业观察

[4]中国粉体网