[发明专利]用于制备鲜艳橙色着色的单晶CVD金刚石的方法及其获得的产品

说明书

本申请是申请日为2010年6月25日的发明名称为“用于制备鲜艳橙色着色的单晶CVD金刚石的方法及其获得的产品”的中国专利申请201080033962.7的分案申请。

本发明涉及通过已经由CVD(化学气相沉积)方法生长的金刚石材料的生长后处理来制备鲜艳橙色的单晶金刚石材料的方法，并且涉及颜色为鲜艳橙色的CVD单晶金刚石材料。

术语“鲜艳着色(fancy-coloured)金刚石”是良好确定的宝石级别分类并且用于指代非平常着色的金刚石。由King等人在Gems & Gemology,Vol.30,No.4,1994(pp.220-242)中给出鲜艳着色的金刚石宝石等级的有用历史和背景，包括使用芒赛尔(Munsell)颜色图表。

现有技术已知通过将色心引入金刚石而制得鲜艳着色的合成和天然的金刚石的例子。例如，EP0615954A和EP0316856A描述了用电子束或中子束辐照合成金刚石材料以形成晶体中的晶格缺陷(间隙和孤立空位(isolated vacancy))。此后在规定的温度范围内将金刚石晶体退火以形成色心。这些出版物均没公开橙色的金刚石材料。

另一篇描述形成鲜艳着色的金刚石材料的出版物是John Walker在“Reports on Progress in Physics”，Volume 42，1979中的“Optical Absorption and Luminescence”。这篇出版物类似地描述了通过电子束辐照和退火(如果需要)在晶体中形成晶格缺陷以造成晶格缺陷与晶体中含有的氮原子结合的步骤。在这篇出版物中没有公开橙色的金刚石材料。

US2004/0175499(Twitchen等人)描述了由着色的CVD金刚石(通常为棕色或近棕色)开始并且施加规定的热处理以在金刚石中制备另一种和所需颜色的方法。现有技术参考文献注意到棕色的单晶CVD金刚石光谱的可见光区域中的吸收带的相对强度可通过退火而改变，伴随着拉曼光谱中的一致变化，并且在比改变棕色天然金刚石的颜色所需温度低得多的温度下观察到吸收光谱中的变化。据说通过在1600℃或更低的温度下在惰性气氛中于大气压下退火而获得显著的颜色变化。一个例子描述了生长的CVD金刚石抛光成评级为淡棕色的0.51克拉的圆形明亮式宝石(round brilliant)。在1700℃下退火24小时后，其被评级为淡橙粉色。另一个例子描述了一种生长的CVD金刚石切片，其具有橙棕色颜色并且在退火后该颜色变成无色。又一个例子描述了生长的CVD金刚石层抛光成评级为鲜艳深橙棕色的1.04克拉的矩形切片宝石。在1600℃下退火四小时后，其变成鲜艳强烈的棕粉色颜色。

我们发现通过将合成CVD金刚石材料辐照足以将一定浓度的孤立空位引入金刚石材料的时间并且随后将该包含孤立空位的CVD金刚石材料在低温下退火足够长的时间以制备鲜艳橙色着色的金刚石材料，可将鲜艳的橙色颜色引入合成CVD金刚石材料。认为在低温退火期间在CVD金刚石材料中那些孤立空位的至少一部分转变成空位链，并且所述空位链是造成金刚石材料的可感知(perceived)的鲜艳橙色颜色的原因。

本发明的第一方面提供了制备鲜艳橙色的合成CVD金刚石材料的方法，该方法包括：(i)提供已经由CVD方法生长并且具有小于5ppm的[N_s^o]浓度的单晶金刚石材料；(ii)辐照所提供的CVD金刚石材料从而将孤立空位V引入所提供的CVD金刚石材料中的至少一部分，使得辐照的金刚石材料中的孤立空位的总浓度[V_T]＝([V⁰]+[V^-])为至少(a)0.5ppm和(b)比所提供的CVD金刚石材料中以ppm计的[N_s^o]浓度高出50％中的较大者，以及(iii)在至少700℃和至多900℃的温度下退火该辐照的金刚石材料至少2小时、任选至少4小时、任选至少8小时的时期，由此从至少一些所引入的孤立空位形成空位链。