金刚石为单—碳原子的结晶体，金刚石晶体结构属等轴面心立方晶系(晶系原子密度最高)。金刚石中碳原子间连接键是sp3杂化共价键，具有及强的结合力、稳定性和方向性。人工合成金刚石性能取决于sp3杂化共价键与非晶无定形碳sp2 杂化共价键相对比率。如果sp3 含量过低得到二者混合物体为类金刚石(Diamond－Like Carbon，简称DLC)。独特的晶体结构使金刚石具有最高的硬度、刚性、导热系数以及优良的抗磨损、抗腐蚀性和化学稳定性等均高于硬质合金。如表1所示，可见单晶金刚石硬度最高，热导率最大，热膨胀系数最小，故其综合物理 性能最佳。
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