[发明专利]一种高温高压下对金刚石单晶形貌调控的方法

说明书

本发明的一种高温高压下对金刚石单晶形貌调控的方法属于晶体生长中的金刚石单晶生长的技术领域。采用高温高压温度梯度法合成金刚石大单晶，自腔体的高温端向低温端依次排列碳源(7)、触媒(8)、籽晶(3)和晶床(10)；所述碳源(7)为均匀掺入KBH₄的石墨粉压制成的块体。本发明的方法使合成晶体的形状从不易利用的板状定向的诱导调控为便于利用的形状，尤其直接合成出了八面体金刚石大单晶，减小了金刚石的应用难度，该方法合成晶体质量优秀，形状规则对称，并且操作简单，成本低，具有可重复性，能够满足批量化生产要求。

技术领域

本发明属于晶体生长中的金刚石单晶生长的技术领域，具体涉及一种人工合成金刚石单晶形貌调控的方法。

背景技术

金刚石材料是一种集多种优良性质于一身的极限多功能材料，其集优良的电学、光学与热学性质于一身并具有极大的机械硬度。因此，金刚石在许多领域都有广泛的应用。尤其是随着人工合成金刚石大单晶技术的发展，增大了合成金刚石的尺寸，进一步拓宽了金刚石材料的应用领域。

目前，金刚石大单晶的合成主要依赖于高温高压温度梯度法。这种方法的原理是，自腔体的高温端向低温端依次排列碳源、触媒、籽晶和晶床。在高温高压条件下，碳源先转化为金刚石继而被触媒溶解，并在合成腔体的温度梯度的驱动下向低温区扩散。向低温区扩散的碳源在籽晶上析出，从而实现金刚石大单晶的生长。

在工业上利用高温高压温度梯度法合成金刚石大单晶时，使用的籽晶通常是[100]晶面晶种，用这种籽晶合成的大单晶的形状根据合成温度压力不同，生长形貌为板状或塔状。这种形状往往需要通过大幅度加工后才能利用。但由于金刚石材料的加工比较困难，这就造成了利用上难度的增大，难以满足某些领域对特殊形状金刚石大单晶的需求。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于克服目前技术中存在的局限，提供一种调控金刚石大单晶生长形貌的方法。通过掺入特殊添加剂和适宜合成温度的调控，定向的诱导合成不同形状的晶体，尤其直接生产八面体金刚石大单晶。

本发明所述合成八面体金刚石大单晶的方法，在利用高温高压温度梯度法合成金刚石大单晶的过程中，将传统的纯石墨碳源，均匀掺入特定质量的KBH₄，利用添加剂对于晶体生长的影响，使合成晶体的生长区间得到调整，从而将在正常高温区生长的晶型转变为不同的晶形，尤其是生长区间很难控制的八面体晶。通过将合成温度控制在适宜的范围内，调整各个晶面的生长速度，控制合成晶体的晶型。在碳源掺入添加剂和合成温度两个因素的共同作用下，使晶体的形状得到调控。

本发明的技术方案如下：

一种高温高压下对金刚石单晶形貌调控的方法，采用高温高压温度梯度法合成金刚石大单晶，自腔体的高温端向低温端依次排列碳源7、触媒8、籽晶3和晶床10，腔体中心温度为1200～1500℃；所述的高压为5～7GPa，优选6GPa；所述碳源7为均匀掺入KBH₄的石墨粉压制成的块体，KBH₄掺杂浓度为碳源质量的0.1wt.％～0.6wt.％，优选0.6wt.％；所述触媒8 为Fe-Ni合金。

有益效果：

本发明与现有技术相比，本发明的方法使合成晶体的形状从不易利用的板状定向的诱导调控为便于利用的形状，尤其直接合成出了八面体金刚石大单晶，避免了金刚石在使用前的大幅度加工，减小了金刚石的应用难度，满足了某些领域对特殊形状金刚石的需求。该方法合成晶体质量优秀，形状规则对称，并且操作简单，成本低，具有可重复性，能够满足批量化生产要求。

附图说明

图1为高温高压温度梯度法合成八面体金刚石单晶组装示意图。

图2为实施例1合成的金刚石晶体的光学显微镜照片。

图3为实施例2合成的金刚石晶体的光学显微镜照片。

图4为实施例3合成的金刚石晶体的光学显微镜照片。