[发明专利]一种大颗粒金刚石的制备装置及其制备方法

说明书

本发明涉及金刚石制备技术领域，具体涉及一种大颗粒金刚石的制备装置及其制备方法，本发明的大颗粒金刚石的制备装置包括生长腔室、样品托和微波单元，样品托装设于生长腔室内，微波单元与生长腔室连接，还包括工艺气体单元和旋转调节单元，工艺气体单元与生长腔室连通，旋转调节单元与样品托连接，样品托设有用于放置金刚石样品的凹槽，凹槽内侧设为弧面型，本发明通过旋转调节单元调整样品托变速转动，球形金刚石籽晶在旋转调节单元的带动下，在样品托的凹槽内受控滚动，金刚石晶体可以在三维方向均衡生长，从而制备出高质量的大颗粒金刚石；本发明的制备方法，其工艺简单，制备效率高，且制得的大颗粒金刚石质量好，满足工业化的生产制造。

技术领域

本发明涉及金刚石制备技术领域，特别是涉及一种大颗粒金刚石的制备装置及其制备方法。

背景技术

单晶金刚石具有优异的物理化学性能，在机械、电子和珠宝等领域具有重要的应用价值，为了拓展这些应用，需要制备出大颗粒金刚石。

在各种金刚石制备方法中，微波等离子体化学气相沉积法以其等离子体功率密度高、无电极放电污染和性能稳定等特性成为制备高品质金刚石的首选方法，当前方法生产大颗粒单晶金刚石的工艺过程中，普遍采用将金刚石籽晶固定在沉积台上，通过冷却沉积台对籽晶进行温度控制，在籽晶向着等离子体的一面进行单向生长，由于晶体侧边与中心的生长环境差异，往往引起边缘出现多晶或非晶碳化，位错越来越多并向生长面蔓延，导致单晶生长面越来越小，需要反复清洗切割后再生长或拼接生长，严重影响生产效率与产品质量。

鉴于上述技术问题，有必要提出一款新的金刚石制备装置及其制备方法，以更好的解决上述技术问题。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种大颗粒金刚石的制备装置及其制备方法，本发明提供的制备装置，其结构简单，设计合理，便于大颗粒金刚石的制备；本发明提供的制备方法，其工艺简单，可有效控制金刚石籽晶生长过程中的温度，制得的金刚石产品质量高。

本发明采用的技术方案是：

一种大颗粒金刚石的制备装置，包括生长腔室、样品托和微波单元，样品托装设于生长腔室内，微波单元与生长腔室连接，还包括工艺气体单元和旋转调节单元，工艺气体单元与生长腔室连通，旋转调节单元与样品托连接。

进一步地，样品托设有用于放置金刚石样品的凹槽，凹槽内侧设为弧面型。

进一步地，还包括冷却装置，冷却装置位于样品托下方，冷却装置通过通入冷却介质进行冷却，冷却装置设有冷却介质进口和冷却介质出口。

进一步地，还包括加热装置，加热装置与样品托连接。

进一步地，凹槽内侧设为半球状弧面型。

进一步地，凹槽内侧设为飞碟状弧面型。

进一步地，凹槽边沿处向内收缩形成有限位台。

进一步地，生长腔室设有用于通入工艺气体的进气口和用于通出工艺气体的出气口，进气口与工艺气体单元连接。

采用上述大颗粒金刚石的制备装置制备大颗粒金刚石的方法，包括如下步骤：

步骤一：将球形金刚石籽晶放置于凹槽内，通过旋转调节单元调整样品托变速转动，使球形金刚石籽晶在凹槽内随样品托三维滚动；

步骤二：使微波单元产生的等离子体包覆于金刚石籽晶上方；

步骤三：控制晶体的生长温度和压力，制得大颗粒金刚石。

进一步地，在步骤三中，通过控制微波单元的功率和通过控制工艺气体单元的进气气体温度，来控制晶体的生长温度，通过控制工艺气体单元的进气量和出气量来调节生长腔室内的腔压。

本发明的有益效果如下：