[發明專利]一種寶石級金剛石環形合成結構及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201810612987.0
• 申請日: 2018-06-14
• 公開（公告）號: CN108722317B
• 公開（公告）日: 2021-06-15
• 發明（設計）人: 楊鵬宇
• 申請（專利權）人: 楊鵬宇
• 主分類號: B01J3/06
• 分類號: B01J3/06
• 代理公司: 鄭州大通專利商標代理有限公司 41111
• 代理人: 李秋紅

本發明公開了一種寶石級金剛石環形合成結構及其制備方法和應用。合成結構包括葉臘石復合塊、加熱片、銅片、導電堵頭和合成腔體組件；合成腔體組件由內向外依次設有圓柱形晶床、環形觸媒、環形碳源、絕緣杯、加熱管和傳壓管；所述圓柱形晶床、環形觸媒和環形碳源依次置于絕緣杯內；合成腔體組件套入外部設有的葉臘石復合塊，合成結構上、下兩端依次為圓柱形晶床、絕緣杯、加熱片、銅片和導電堵頭，加熱片與加熱管相連接。將本發明合成結構應用于寶石級金剛石合成中，合成結構通過改變其溫差傳遞方向及合成方式，在提高合成腔體內溫度壓力場均勻性的同時，也有效地增加了寶石級金剛石的生長數量，從而實現寶石級金剛石的優質高產合成。

一、技術領域：

本發明涉及人工晶體合成及晶體改色技術領域，特別是涉及一種寶石級金剛石環形合成結構及其制備方法和應用。

二、背景技術：

寶石級金剛石以其獨特的性能廣泛應用于電子、航天、激光發射器和鉆石飾品等領域，具有優異的光、電、熱導等綜合性能，因而具有廣泛的應用前景。現有的寶石級金剛石主要來源于天然鉆石礦，而天然鉆石的形成需要上億年，產量稀少，價格昂貴，長期開采則會造成天然鉆石資源的枯竭，而且成本極高。因此，急需人工合成寶石級金剛石的研究與發展。

目前，人工合成寶石級金剛石主要是以溫差法為主，其方法主要通過調節合成腔體內上下溫差，使處于高溫端的碳源通過觸媒層向處于低溫端的晶種表面輸送碳原子，使其外延長大，同時通過在觸媒介質中添加微量元素進行改色。目前，國內外溫差法合成結構均以上下結構方式進行，晶床處于合成塊的最底端，由于受外部加熱結構的影響，其生長區內、外溫度差異較大，導致內外金剛石合成粒度大小不均，且只能單層合成；該方法由于受結構和生長原理的限制，生長空間有限，單次合成產量較低。因此，難以實現寶石級金剛石的優質高效合成。

基于此，針對當前寶石級寶石級金剛石的稀缺局面，如何開發高產量、高品質的寶石級金剛石的合成方法，成為該領域目前亟待解決的技術問題。

三、發明內容：

本發明要解決的技術問題是：根據現有寶石級金剛石合成裝置以及合成工藝存在的不足之處，本發明提供一種寶石級金剛石環形合成結構及其制備方法和應用。本發明寶石級金剛石環形合成結構是一種新型腔體合成結構，通過改變其溫差傳遞方向及合成方式，在提高合成腔體內溫度壓力場均勻性的同時，也有效地增加了寶石級金剛石的生長數量，從而實現寶石級金剛石的優質高產合成。

為了解決上述問題，本發明采取的技術方案是：

本發明提供一種寶石級金剛石環形合成結構，包括葉臘石復合塊、加熱片、銅片、導電堵頭和合成腔體組件，其中：所述合成腔體組件由內向外依次設置有圓柱形晶床、環形觸媒、環形碳源、絕緣杯、加熱管和傳壓管；所述圓柱形晶床、環形觸媒和環形碳源依次置于絕緣杯內，絕緣杯與加熱管平行；所述加熱管高度與傳壓管高度相一致；所述合成腔體組件套入外部設有的葉臘石復合塊，所述環形合成結構由中心向上、下兩端依次為圓柱形晶床、絕緣杯、加熱片、銅片和導電堵頭，加熱片與加熱管相連接。

根據上述的寶石級金剛石環形合成結構，所述圓柱形晶床是由高純氧化鎂壓制而成的圓柱狀結構。

根據上述的寶石級金剛石環形合成結構，所述環形觸媒是由合金棒車制而成，所述環形觸媒的內徑與圓柱形晶床的外徑相一致，環形觸媒的壁厚為5～10mm。

根據上述的寶石級金剛石環形合成結構，所述環形碳源是由高純石墨粉壓制而成的環狀結構，所述環形碳源的內徑與環形觸媒的外徑相一致，所述環形碳源的厚度為5～15mm。

另外，提供一種寶石級金剛石環形合成結構的制備方法，所述制備方法包括以下步驟：