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技术

描述了制备鲜艳橙色的合成CVD金刚石材料的方法。该方法包括辐照已经由CVD生长的单晶金刚石材料从而将孤立空位引入至少一部分的CVD金刚石材料中，并且随后退火该辐照的金刚石材料，从而由至少一些所引入的孤立空位形成空位链。还描述了鲜艳橙色的CVD金刚石材料。

【技术实现步骤摘要】
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本申请是申请日为2010年6月25日的专利技术名称为“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。本专利技术涉及通过已经由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(isolatedvacancy))。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JohnWalker在“ReportsonProgressinPhysics”，Volume42，1979中的“OpticalAbsorptionandLuminescence”。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(roundbrilliant)。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。本专利技术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[Nso]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[VT]＝([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[Nso]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。根据本专利技术的第一方面，经辐射金刚石材料中的孤立空位的总浓度[VT]＝([Vo]+[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[Nso]浓度高出50％中的较大者。这意味着甚至对于所提供的CVD金刚石材料中的低或零[Nso]浓度，孤立空位的总浓度[VT]＝([Vo]+[V-])通常具有0.5ppm的最小值。高于提供的CVD金刚石材料中约0.33ppm的[Nso]浓度，辐照的金刚石材料中孤立空位的浓度[VT]＝[Vo]+[V-]的最小值通过计算比所提供的CVD金刚石材料中以ppm计的[Nso]浓度高出50％而给出，因为这将导致大于0.5ppm的孤立空位的浓度[VT]＝([Vo]+[V-])的值。在根据本专利技术的一些实施方案中，进行辐照和退火步骤从而将孤立空位的浓度[VT]降低到<0.3ppm的浓度。由根据本专利技术的方法制得的鲜艳橙色着色的金刚石材料可以作为宝石使用。其它应用，例如用作滤色镜或切割工具如解剖刀也是可以想象到的。由所述方法的步骤(i)提供的金刚石材料在本说明书中被称为“提供的金刚石”。实际生长CVD金刚石材料的步骤可以或可以不形成本专利技术实施方案的方法的一部分。提供CVD金刚石材料可简单地意味着例如选择预生长的CVD金刚石材料。在辐照步骤(ii)后的金刚石材料称为“辐照的金刚石”，并且在辐照和退火步骤后的金刚石材料称为“处理的金刚石材料”或称为“辐照和退火的金刚石材料”。在图1的流程图中说明了本专利技术方法的实施方案的步骤(i)至(iii)，描述了在所述方法的每一个阶段的金刚石材料。本专利技术的方法中提供的CVD金刚石材料具有小于5ppm、任选小于4ppm、任选小于3ppm、任选小于2ppm、任选小于1ppm的[Nso]浓度(即中性单一取代氮缺陷的浓度)。根据[Nso]浓度，提供的CVD金刚石材料的颜色和金刚石材料生长的方法可改变。已知[Nso]缺陷自身将黄色着色引入金刚石材料，特别是在大于0.3ppm的浓度下，但是技术人员将意识到颜色的观察与浓度和通过金刚石的光程长度均有关。还已知CVD生长环境中低浓度的氮的存在可影响当金刚石材料生长时结合入CVD合成金刚石材料中的其它缺陷的性质和浓度，并且这些其它缺陷中的至少一些提供对CVD金刚石材料颜色做出贡献的色心，通常将棕色着色引入金刚石材料中。计算Nso浓度的所有测试在UV激励之后进行。认为对在低浓度氮存在下生长的CVD金刚石的棕色着色做出贡献的色心对于单晶CVD金刚石或者对于从单晶CVD金刚石层切割或制备的片是独特的。此外，还已知对CVD金刚石中棕色着色做出贡献的色心不同于对天然金刚石中观察到的任何棕色着色做出贡献的那些，因为CVD金刚石材料中的缺陷造成生长的CVD金刚石材料的吸收光谱中的吸收带，在天然金刚石的吸收光谱中没有发现该吸收带。这一点的证据来自用红外激励源(例如785nm或1064nm)从非金刚石碳可观察到的拉曼散射，这对于棕色天然金刚石是观察不到的。此外，还已知在不同于CVD金刚石材料中的那些温度的温度下将天然金刚石材料中的这些色心退火。认为对在引入低浓度氮的过程中生长的CVD合成金刚石中可见的棕色着色做出贡献的一些色心涉及单晶CVD金刚石内的金刚石键合的局部中断。缺陷的准确性质没有被完全理解，但是电子顺磁共振(EPR)本文档来自技高网...

【技术保护点】
单晶CVD合成金刚石材料，对于等效0.5克拉圆型明亮式切工(RBC)其评级为鲜艳橙色，其中该单晶CVD合成金刚石材料包含＜0.3ppm的孤立空位浓度。

【技术特征摘要】
2009.06.26 GB 0911075.0;2009.10.01 GB 0917219.8;201.CVD合成单晶金刚石材料，对于等效0.5ct圆型明亮式切工(RBC)金刚石，其具有以下测得颜色特征：特征范围色调角α68°-90°饱和度C*2-70亮度L*>45并且其中该CVD合成单晶金刚石材料包含＜0.3ppm的孤立空位浓度。2.根据权利要求1的CVD金刚...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·J·台特申，S·L·乔赫甘，N·珀金斯，
申请(专利权)人：六号元素有限公司，
类型：发明
国别省市：英国;GB