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简述人造金刚石粗料的生产工艺流程

2025-01-22
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人造金刚石粗料主要有高温高压法(HTHP)和化学气相沉积法(CVD)两种生产工艺,其工艺流程简述如下:

高温高压法(HTHP



  1. 原料准备:选取高纯度的石墨作为碳源,通常要求石墨的纯度在 99% 以上。同时,选择合适的金属触媒,如铁、镍、钴等及其合金,制成一定形状和尺寸的触媒片或触媒粉。

  2. 组装合成块:将石墨和触媒按照一定的顺序和方式组装在合成腔内,一般是将石墨包裹在触媒中间,形成特定的结构,以利于在高温高压下进行反应。

  3. 高温高压合成:将组装好的合成块放入高温高压设备中,通过液压系统施加 5-6GPa 的高压,同时利用加热装置将温度升高到 1400-1600,在此条件下保持一段时间,使石墨在金属触媒的作用下转化为金刚石。

  4. 冷却与卸压:合成反应完成后,逐渐降低温度和压力,使合成腔内的物质冷却至室温,压力降至常压。

  5. 产物分离与提纯:将合成后的产物从合成腔中取出,采用化学处理、机械破碎等方法,去除未反应的石墨、金属触媒等杂质,得到人造金刚石粗料。

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化学气相沉积法(CVD



  1. 基底准备:选择合适的基底材料,如硅、钼、钨等,对基底进行清洗、抛光等预处理,以提高金刚石在基底上的沉积质量和附着力。

  2. 气体混合与导入:将甲烷、氢气等气体按一定比例混合,通过气体输送系统导入到反应 chamber 中。其中,甲烷作为碳源,氢气用于调节反应气氛和促进金刚石的生长。

  3. 等离子体激发:在反应 chamber 内,利用微波、射频、直流电弧等方式产生等离子体,使混合气体发生解离和激发,形成含有碳原子、氢原子等活性粒子的等离子体环境。

  4. 金刚石沉积生长:在等离子体的作用下,碳原子在基底表面吸附、扩散并沉积,逐渐生长成金刚石晶体。通过精确控制反应温度、气体流量、等离子体功率等参数,可控制金刚石的生长速率和质量。

  5. 产物收集与处理:沉积完成后,将基底从反应 chamber 中取出,对沉积在基底上的金刚石进行收集和初步处理,如清洗、切割等,得到人造金刚石粗料。

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