[實用新型]一種單晶金剛石制備裝置

有效

• 申請號: 201820044519.3
• 申請日: 2018-01-11
• 公開（公告）號: CN207891458U
• 公開（公告）日: 2018-09-21
• 發明（設計）人: 江南;張軍安;胡付生;馬洪兵;褚伍波
• 申請（專利權）人: 寧波晶鉆工業科技有限公司
• 主分類號: C30B29/04
• 分類號: C30B29/04;C30B25/02
• 代理公司: 廣州市越秀區哲力專利商標事務所(普通合伙) 44288
• 代理人: 胡擁軍

本實用新型公開了一種單晶金剛石制備裝置，包括用于進行等離子體氣相沉積的反應腔以及與反應腔連通的第一進氣通道和第二進氣通道，第二進氣通道的路徑上設有摻雜裝置，摻雜裝置用于盛放水溶液，氣體通過第二進氣通道進入反應腔之前，先經過摻雜裝置，以在氣體中混合有水蒸氣。在制備單晶金剛石的過程中，使反應氣體經過摻雜裝置，從而將水蒸氣帶入到反應腔內，實驗結果表明，通入水蒸氣制得的金剛石顏色和純凈度比不通水蒸氣更好，而且外緣處的幾乎無多晶產生。

技術領域

本實用新型涉及人工合成金剛石領域，尤其涉及一種單晶金剛石制備裝置。

背景技術

金剛石是世界上已知最硬的物質，莫氏硬度達到10。金剛石不僅硬度最高，還有其他一系列非常優異的性能，比如耐磨性、耐腐蝕性、熱傳導性、透光性、電子性能、低熱脹冷縮性等等。

金剛石在工業中的應用量較大，并且對其大小尺寸和形狀要求比較嚴格。雖然多晶金剛石能夠滿足大小、尺寸和形狀的要求，但是很多情況下依然不能代替單晶金剛石。

當前化學氣相沉積法制備金剛石主要是尺寸不夠大、顏色等級達不到寶石級別、生長過程中容易因沉積不均勻導致應力不均勻，最終導致沉積出的單晶金剛石容易碎裂，或者在激光切割或表面研磨時沿著解理面產生微小的裂紋，從而導致材料的浪費。此外，使用化學氣相沉積法制備單晶金剛石時，還會因為各個晶體生長速率快慢不同，導致生長時邊緣位置產生多晶，甚至有時在中間位置產生多晶。

實用新型內容

為了克服現有技術的不足，本實用新型的目的在于提供一種單晶金剛石制備裝置，用于制備高質量單晶金剛石。

本實用新型的目的采用如下技術方案實現：

一種單晶金剛石制備裝置，包括用于進行等離子體氣相沉積的反應腔、與所述反應腔連通的第一進氣通道和第二進氣通道以及設于所述第二進氣通道進氣路徑上的摻雜裝置，所述摻雜裝置用于盛放水溶液，反應氣體通過所述第二進氣通道進入所述反應腔之前，先經過所述摻雜裝置，從而將水蒸氣帶入所述反應腔。

進一步地，所述摻雜裝置包括密閉的容器、進氣管以及出氣管，所述密閉容器內適于盛放水溶液，所述進氣管一端延伸進入所述容器的水面以下，所述出氣管一端處于所述容器的水面上方，所述進氣管和所述出氣管的另一端分別與所述第二進氣通道連通。

進一步地，所述第二進氣通道的路徑上還設有添加劑管道，所述添加劑管道設于所述摻雜裝置與所述反應腔之間，以使得混合有水蒸氣的氣體經過所述添加劑管道后，進入所述反應腔，所述添加劑管道內設有可溶于水的物質。

進一步地，所述添加劑管道內填充有塊狀碳化硼。

進一步地，所述單晶金剛石制備裝置還包括微波發生器、波導管、樣品臺、冷卻裝置以及抽氣裝置，所述微波發生器用于產生微波，微波經過所述導波管進入所述反應腔，所述樣品臺設于所述反應腔內，所述樣品臺用于放置基片，所述冷卻裝置用于對所述樣品臺進行冷卻，所述抽氣裝置用于對所述反應腔抽氣。

相比現有技術，本實用新型的有益效果在于：

(1)在制備單晶金剛石的過程中，使反應氣體經過摻雜裝置，從而將水蒸氣帶入到反應腔內，實驗結果表明，通入水蒸氣制得的金剛石顏色和純凈度比不通水蒸氣更好，而且外緣處的幾乎無多晶產生，也即水蒸氣的加入對抑制多晶的產生起到一定的作用；

(2)由于通入的反應氣體中混合了水蒸氣，因此在水蒸氣進入反應腔之前，可以使其通過裝有添加劑的管道，添加劑溶于水蒸氣后，可以較為均勻地進入到反應腔內，進而摻雜入金剛石內，例如選用碳化硼作為添加劑時，可以在金剛石中摻入硼，硼的摻入有助于進一步提高金剛石的純凈等級，并且使得邊緣外延更加容易。

附圖說明

圖1為本實用新型的單晶金剛石制備裝置的一個優選實施例的示意圖；