一种制备珠宝首饰用人造CVD金刚石的方法及设备技术

本申请公开了一种制备首饰用人造CVD金刚石的设备及方法，所述设备包括：密闭的沉积室，在所述沉积室中竖直设置有热丝组件，在热丝组件两侧分别设置有基体组件，所述基体组件可沿垂直于所述热丝网面的方向往复运动。使用本申请提供的设备可以在制备过程中持续缓慢地移动基片台，从而避免在CVD过程中产生的石墨等杂质落入人造CVD金刚石内部，进而提高人造CVD金刚石的品质，而且，热丝组件的两侧同时设置基片台，从而将制造效率提高1倍，此外，使用本申请提供的设备能够在制备过程中保持人造CVD金刚石前端面的温度恒定，从而增加人造CVD金刚石的厚度，进而获得大尺寸的人造CVD金刚石。

A method and equipment for preparing synthetic CVD diamond for jewelry

【技术实现步骤摘要】
一种制备珠宝首饰用人造CVD金刚石的方法及设备
本申请属于制造设备领域，特别涉及一种制备珠宝首饰用人造CVD金刚石的方法及设备。
技术介绍
金刚石由SP3杂化的碳原子组成，具有立方晶体结构，是已知材料中最硬的物质。在珠宝领域，宝石级大颗粒金刚石经过切割加工后称之为钻石。钻石因其坚硬、稀有和璀璨夺目的视觉效果，被誉为“宝石之王”，作为爱情信物，深受消费者喜爱，但是天然钻石非常稀少，而且价格昂贵，人造钻石的出现弥补了这一缺点。人造钻石在价格上较天然金刚石具有明显的优势。人造钻石以人造CVD金刚石最为常见。人造CVD金刚石是采用CVD法合成的聚晶金刚石，为纯金刚石成分，不含有任何金属粘结剂，其硬度较天然钻石略逊，但作为珠宝首饰用也是足够的。在人造CVD金刚石合成方法中以热丝CVD法使用范围最为广泛。传统的热丝CVD合成设备如图1所示，包括沉积室001，在沉积室001内水平设置的热丝002和设置于热丝下方的生长基体003，在沉积室顶壁上开设的进气管004和在沉积室底壁上开设的出气管005，所述进气管004的进气口与出气管005的出气口均与热丝002垂直。向热丝CVD合成设备中通入反应气体后，反应气体在热丝附近受热分解后在所述生长基体上沉积金刚石材料。使用传统的热丝CVD合成设备制造的人造CVD金刚石的厚度通常小于1.5mm，很难获得厚度大于3mm的人造CVD金刚石，由于其厚度小常用作低价值的小尺寸饰钻。而且，由于人造CVD金刚石以柱状生长模式生长，因此，使用传统CVD设备制造人造CVD金刚石的过程中，从形核面到生长面，随着人造CVD金刚石晶粒的逐渐增大，人造CVD金刚石晶粒间孔隙逐渐增多，对于厚度大于1.5mm的人造CVD金刚石更加明显，导致人造CVD金刚石的耐磨性和抛光效果降低，人造CVD金刚石作为珠宝首饰或者在其他领域的应用受到限制。此外，由于在生长过程中在热丝表面产生的石墨等非晶碳成分极易落在生长中的金刚石表面，导致金刚石成品的内部具有缺陷，降低人造CVD金刚石的品质。同时，仅在热丝下方设置生长基体，因此，使用传统热丝CVD合成设备只能单面生长CVD金刚石，对热能的利用率低。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种制备首饰用人造CVD金刚石的设备及方法，以解决人造CVD金刚石尺寸小、达不到预期装饰效果，以及人造CVD金刚石致密性差、内部缺陷严重等问题。本专利技术提供以下几个方面：第一方面，本专利技术提供一种制备首饰用人造CVD金刚石的设备，所述设备包括：密闭的沉积室1，在所述沉积室1中竖直设置有热丝组件2，在热丝组件2两侧分别设置有基体组件3，所述热丝组件2包括固定电极板21、滑动电极板22、盘绕于固定电极板21与滑动电极板22之间的热丝23以及两个电极组，所述电极组包括正电极组和负电极组，正电极组与固定电极板21/滑动电极板22连通，负电极组与滑动电极板22/固定电极板21连通，所述热丝23盘绕成热丝网面，所述热丝网面可沿热丝拉伸方向做微小往复运动；所述基体组件3包括传动杆31，所述传动杆31的一端设置有基片台32，在另一端设置有连接台33，所述基片台32设置于所述沉积室1内部，所述连接台设置于所述沉积室1外部，在所述基片台32前端面上设置有沉积基体34；所述沉积基体34与所述热丝23相对设置；所述基体组件3可沿垂直于所述热丝23网面的方向往复运动。本申请提供的制备首饰用人造CVD金刚石的设备中的热丝采用竖直方式设置，并将热丝在固定电极板21与滑动电极板22之间盘绕成均匀的热丝网面，在所述热丝网面两侧设置基片台32，并在制备过程中持续缓慢地移动基片台，从而避免在CVD过程中产生的石墨等杂质落入人造CVD金刚石内部，进而提高人造CVD金刚石的品质，而且，使用本申请提供的设备可以在热丝网的两侧同时设置基片台32，从而将制造效率提高1倍，此外，使用本申请提供的设备能够在制备过程中保持人造CVD金刚石前端面的温度恒定，从而增加人造CVD金刚石的厚度，进而获得大尺寸的人造CVD金刚石。在一种可实现的方式中，所述沉积室1包括双层金属液冷套，可降低沉积室内壁温度，保证沉积室密封性。在一种可实现的方式中，所述热丝网面的长度为基片台32长度的1～1.2倍，所述热丝网面的宽度为基片台32宽度的1～1.2倍，所述基片台32与所述热丝网页的中心相对设置。本申请人发现，在上述条件下，所述热丝网面能够为所述基片台32提供充足且均匀的热量，基片台32上的温度均匀，从而使得制得的人造CVD金刚石中的晶粒均匀致密，品质优良。进一步地，所述热丝为能够与碳形成碳化物的金属丝，如钨丝、钽丝、铼丝等，所述热丝的直径小于1.0mm。在本申请实施例中，热丝的直径选用0.2-0.8mm。本专利技术人发现，当热丝网面的温度达到2600℃以上时，人造金刚石才能够在沉积基台上正常的沉积生长，由于盘绕于滑动电极钩与固定电极钩之间的各段热丝是相互并联的关系。如果热丝网面的输出功率恒定，热丝越粗(即，直径越大)，单段热丝输出的功率越大，因此，热丝与热丝的间距可以大一些，从而热丝网面越疏松，而且，热丝网面与沉积基体间距也可以越大，这会导致金刚石生长速率降低。如果热丝过细(即，直径过小)，热丝特别容易被拉断，不一定能维持到金刚石生长结束，从而导致不能获得预期规格的金刚石。在一种可实现的方式中，所述滑动电极板22包括第一横杆221，在所述第一横杆221上安装有滑动钩板222和弹性支撑板223，所述滑动钩板222为直线型板，所述弹性支撑板223为向远离热丝一侧凸出的折线型板；在所述滑动钩板222靠近固定电极板21的一侧设置有滑动电极钩224，在所述滑动钩板222与所述弹性支撑板223之间设置有多个弹性件24，所述滑动钩板222可沿热丝的拉伸方向往复运动。在CVD过程中，热丝的温度可达800℃以上，热丝在此温度下膨胀，因此，本申请在滑动电极板上设置弹性件24，使得热丝在膨胀后也始终保持张紧状态，从而使得基片台32受热均匀。当CVD结束后，热丝收缩，弹性件回弹，热丝仍保持张紧状态。本申请使用多个弹性件24，使得盘绕于滑动电极板与固定电极板之间的所有热丝能够同时受力，均匀地在两个电极板之间往复运动，从而保证基片台受热均匀，进而使得制得的人造CVD金刚石品质优良。在一种可实现的方式中，所述固定电极板21包括第二横杆211，在所述第二横杆211上固定安装有固定钩板212，所述固定钩板212为直线型板，在所述固定钩板212的一侧设置有多个固定电极钩213，所述热丝23盘绕于所述固定电极钩213与滑动电极钩224之间。进一步地，相邻固定电极钩之间的距离为5～20mm，相邻滑动电极钩之间的距离为5～20mm。电极钩间距的选择与热丝的粗细有关，如果热丝的直径较小，则电极钩间距较小，使热丝网面紧密，如果热丝直径较大，则电极钩间距设置较大，热丝网面疏松，以使热丝网面的温度达到2600℃以上。在一种可实现的方式中，在所述滑动电极板22上安装有滑动压块225，所述滑动压块225固定安装于第一横杆上，所述滑动钩板22本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制备首饰用人造金刚石的设备，其特征在于，所述设备包括：密闭的沉积室(1)，在所述沉积室(1)中竖直设置有热丝组件(2)，在热丝组件(2)两侧分别设置有基体组件(3)，/n所述热丝组件(2)包括固定电极板(21)、滑动电极板(22)、盘绕于固定电极板(21)与滑动电极板(22)之间的热丝(23)以及两个电极组，所述电极组包括正电极组和负电极组，正电极组与固定电极板(21)/滑动电极板(22)连通，负电极组与滑动电极板(22)/固定电极板(21)连通，所述热丝(23)盘绕成热丝网面，所述热丝网面可沿热丝拉伸方向做微小往复运动；/n所述基体组件(3)包括传动杆(31)，所述传动杆(31)的一端设置有基片台(32)，在另一端设置有连接台(33)，所述基片台(32)设置于所述沉积室(1)内部，所述连接台设置于所述沉积室(1)外部，在所述基片台(32)前端面上设置有沉积基体(34)；/n所述沉积基体(34)与所述热丝网面相对设置；/n所述基体组件(3)可沿垂直于所述热丝网面的方向往复运动。/n

【技术特征摘要】
1.一种制备首饰用人造金刚石的设备，其特征在于，所述设备包括：密闭的沉积室(1)，在所述沉积室(1)中竖直设置有热丝组件(2)，在热丝组件(2)两侧分别设置有基体组件(3)，
所述热丝组件(2)包括固定电极板(21)、滑动电极板(22)、盘绕于固定电极板(21)与滑动电极板(22)之间的热丝(23)以及两个电极组，所述电极组包括正电极组和负电极组，正电极组与固定电极板(21)/滑动电极板(22)连通，负电极组与滑动电极板(22)/固定电极板(21)连通，所述热丝(23)盘绕成热丝网面，所述热丝网面可沿热丝拉伸方向做微小往复运动；
所述基体组件(3)包括传动杆(31)，所述传动杆(31)的一端设置有基片台(32)，在另一端设置有连接台(33)，所述基片台(32)设置于所述沉积室(1)内部，所述连接台设置于所述沉积室(1)外部，在所述基片台(32)前端面上设置有沉积基体(34)；
所述沉积基体(34)与所述热丝网面相对设置；
所述基体组件(3)可沿垂直于所述热丝网面的方向往复运动。


2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述滑动电极板(22)包括第一横杆(221)，在所述第一横杆(221)上安装有滑动钩板(222)和弹性支撑板(223)，所述滑动钩板(222)为直线型板，所述弹性支撑板(223)为向远离热丝一侧凸出的折线型板；
在所述滑动钩板(222)靠近固定电极板(21)的一侧设置有滑动电极钩(224)，在所述滑动钩板(222)与所述弹性支撑板(223)之间设置有多个弹性件(24)，所述滑动钩板(222)可沿热丝的拉伸方向往复运动。


3.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述固定电极板(21)包括第二横杆(211)，在所述第二横杆(211)上固定安装有固定钩板(212)，所述固定钩板(212)为直线型板，在所述固定钩板(212)的一侧设置有多个固定电极钩(213)，所述热丝(23)盘绕于所述固定电极钩(213)与滑动电极钩(224)之间。


4.根据权利要求1至3任一项所述的设备，其特征在于，在所述沉积室(1)的顶壁设置有进气管(4)，在沉积室(1)的底壁设置有出气管(5)，所述进气管(4)的管口设置于上电极板的上端与沉积室之间，所述出气管(5)的管口设置于下电极板的下端与沉积室底板之间，所述上电极板为靠近沉积室顶壁的电极板，所述下电板为靠近沉积室底壁的电极板。

【专利技术属性】
技术研发人员：赵志岩，
申请(专利权)人：廊坊西波尔钻石技术有限公司，
类型：发明
国别省市：河北;13