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金刚石因热导率高、硬度高、光谱超宽禁带等特性，被广泛应用到半导体、汽车、航空航天等高端制造业，是无坚不摧的“工业牙齿”。目前，国机金刚石已掌握了采用微波等离子体化学气相沉积方法制备CVD金刚石材料的全套硬件条件和关键核心技术。

6月29日，记者走进国机金刚石（河南）有限公司（以下简称国机金刚石）的CVD金刚石生产车间，只见几百台银白色的设备整齐排列，发出低沉均匀的嗡鸣声。设备正用微波将氢气和甲烷电离成碳等离子体，让碳原子像薄雾一样，一层层均匀地沉积在衬底上。随着时间推移，原本只有几百微米厚的金刚石薄膜在不断增厚。一段时间的连续生长后，这片“薄雾”变成了毫米级的固态晶体——金刚石。

谈起金刚石，大家或许比较陌生，它的另一个名字“钻石”则被大众熟知。因热导率高、硬度高、光谱超宽禁带等特性，金刚石被广泛应用到半导体、汽车、航空航天等高端制造业，是无坚不摧的“工业牙齿”。

为芯片贴上高效“散热贴”

随着AI芯片热流密度持续攀升，散热问题已成为算力中心绕不开的难题。根据芯片10℃法则，在正常工作温度范围内，芯片温度每升高10℃，其运行寿命将会减半。而当芯片温度超过阈值，会触发热降频机制，导致计算效率大幅下降，严重时还会引发设备过热宕机，造成数据丢失和业务中断。

据了解，金刚石导热性能远超铜、硅等传统材料，是目前已知的天然物质中热导率最高的材料，且其电阻率极高，是典型的绝缘体，因此金刚石散热片成了理想的高功率光电子器件的散热材料。

“金刚石是目前芯片散热的最佳方案。”国机金刚石市场支持中心总经理、功能金刚石研究院院长陈宇鹏告诉记者，相较于液冷散热、微流道散热等，金刚石自身性能的可靠性以及逐步成熟的工艺，叠加价格优势，将会带来一个百亿级、千亿级，甚至万亿级的市场。

事实上，2026年被业界称为金刚石散热片的“产业化元年”。

“金刚石负责解决‘最后一公里’的近端散热。它作为热沉材料紧贴芯片，能迅速将芯片产生的热量传导出去，相当于给芯片贴上一张高效的‘散热贴’。”陈宇鹏介绍。

目前，国机金刚石已掌握了采用微波等离子体化学气相沉积方法制备CVD金刚石材料的全套硬件条件和关键核心技术，自主开发了可沉积2~6英寸CVD金刚石材料的设备，能批量制备高品质单晶金刚石片和多晶金刚石片。

攻克超精密加工瓶颈

“芯片的加工也离不开金刚石。”国机金刚石营销中心商务运营部副部长张红艺表示，因为芯片是硬脆材料，其加工需要金刚石来“硬碰硬”。

芯片生产主要分为芯片设计、晶圆制造和封装测试这三个阶段，其中，对晶圆的研磨切割等工序都需要用到金刚石。

“举例来说，我们公司生产的划片刀最薄的仅10微米厚。一个4英寸的半导体晶圆，在完成光刻、刻蚀等全部前道工序后，会被金刚石划片刀划切近2000道，产出约80万颗独立的小方块，这是芯片生产中的关键一步。”国机金刚石综合部员工李澈说。

金刚石的超精密加工是个技术难点。刚生长出来的金刚石表面比较粗糙，同时存在一定的翘曲，需要将其表面加工至纳米级的表面粗糙度与极高的平整度才能较好地贴合芯片。然而，金刚石兼具硬脆特性，普通工具难以加工且加工过程中极易发生碎裂等情况， 因此超精密加工成了阻碍产品应用的瓶颈。

国机金刚石依托高性能工具全国重点实验室，通过近1年的攻关，利用激光等技术，实现了对4英寸金刚石热沉片的超精密加工，表面粗糙度可达到1纳米以下。

向“战略材料”跨越

1963年12月6日，在我国自主设计制造的200吨61型两面顶超高压装置上，国机金刚石旗下的郑州磨料磨具磨削研究所参与研制出中国第一颗人造金刚石，一举打破西方国家的技术垄断，实现了我国人造金刚石从0到1的跨越。

“目前我们已经能够批量制备金刚石铜复合材料。”陈宇鹏告诉记者，虽然纯金刚石的导热性优于铜，但金刚石铜复合材料的散热效率可达纯金刚石的一半，价格却只有纯金刚石的五分之一到十分之一，国机金刚石正在布局双赛道。

现在，国机金刚石在金刚石表面调控、界面结合优化、复合材料成形与致密化、精密微结构加工等关键环节的研发中取得较大突破，掌握了采用放电等离子烧结方法、真空热压烧结、压力熔渗烧结等方法制备金刚石复合材料的全套硬件条件和关键核心技术，自主开发了可制备金刚石复合材料的SPS烧结设备等。其中，半导体行业的半导体封装用超薄切割砂轮、汽车行业的磨曲轴砂轮等产品市场占有率较高，是该公司的拳头产品，在行业内有广泛应用。

金刚石作为第四代半导体的核心代表材料，在核心半导体参数上全面领先前三代材料，是目前理论性能上限最高的半导体，被誉为“终极半导体材料”。不过，金刚石并非要替代硅成为通用计算芯片材料，而是面向高压、高频、高温、高辐射等极限场景，对第三代半导体形成升级与补充，当前全球金刚石半导体仍处于产业化早期。

金刚石作为超硬材料的“皇冠明珠”，未来发展呈现哪些趋势？国机金刚石战略投资部部长助理马宁表示，在战略性新兴超硬材料方面，我国以占全球95%的工业金刚石产能引领全球产业链，正从“工业牙齿”向“战略材料”跨越，支撑高端制造和国家安全。在精密超精密加工领域，超硬材料在半导体芯片、航空航天等关键领域发挥着不可替代的作用，推动我国制造业向高端化迈进。此外，金刚石功能化应用更是前景广阔，从量子传感、粒子探测到半导体散热、6G通信，金刚石正加速向“功能化”跃升，成为新质生产力的重要支撑。