一种石墨管加热体及金刚石大单晶合成腔体制造技术

本实用新型专利技术公开了一种石墨管加热体，包括管体A段和B段，所述管体A段和所述管体B段为一体化成型的石墨材质管状结构，所述管体B段靠近所述管体A段的一侧外围通过切削形成环形结构的凹槽，所述凹槽外围活动套设有绝缘环圈。一种金刚石大单晶合成腔体，包括所述的石墨管加热体，还包括有容置结构。本实用新型专利技术中凹槽部分的电阻将会增大，这样同样可以减小合成腔体内的温度梯度，进而提升IIa型金刚石大单晶的品质，故不需要在石墨管加热体下部加辅助热源；设计可以保证合成压力的有效传递，同时也避免在升压过程中凹槽部分破损；还可以在整体腔体体积不变的情况下，扩大腔体内的容积，复合现在对于高温高压法制备金刚石单晶的研发方向。

【技术实现步骤摘要】
一种石墨管加热体及金刚石大单晶合成腔体
本技术涉及金刚石单晶合成
，具体是一种石墨管加热体及金刚石大单晶合成腔体。
技术介绍
金刚石俗称“钻石”，是当今世界物质中集最大硬度、最大热导率、最小压缩率、最宽透光波段、最快声速、抗强酸强碱腐蚀、抗辐射、击穿电压高、载流子迁移率大等多种优异性能于一体的极限性功能材料，它广泛应用于工业、军事、科技、医疗、珠宝等诸多领域。鉴于金刚石潜在的科研与商业价值，国外对金刚石合成技术是绝密的。因此，拥有独立知识产权的先进高性能金刚石合成技术，对一个国家未来的整个工业化发展、科技水平的全面提高、国防力量的整体增强等都将起着极其重要的作用。高温高压法是合成金刚石大单晶最为有效的技术手段之一，其生长驱动力为石墨管加热体轴向上的温度梯度，即金刚石大单晶的生长速率与石墨管加热体轴向上的温度梯度成正比。采用高温高压法(6.0GPa、1300℃)所合成的金刚石大单晶为黄色，其原因在于金刚石合成体系中含有游离态的氮杂质或化合态的氮杂质元素，在金刚石结晶过程中，这些氮杂质进入到金刚石晶格之中，进而形成氮缺陷。一般而言，高温高压法所合成的金刚石大单晶内部的氮缺陷浓度约为300ppm。为了获得具有完美晶格结构、更佳光学性能的金刚石大单晶，需要在合成腔体中加入除氮剂(Ti/Cu或Zr)，使得所合成的金刚石大单晶中氮杂质缺陷浓度小于1ppm且呈无色透明。当合成腔体（合成组装如图1所示）中引入除氮剂之后，无疑相当于在合成腔体内部引入了新的杂质。倘若不适当减小温度梯度，则会导致所制备的金刚石内部出现大量的金属包裹体，严重影响所合成金刚石的品质。现有技术中，采用了如附图1所示的石墨管加热体，为了保证不含氮杂质金刚石的品质，现有减小温度梯度的技术为在石墨管加热体下部添加辅助热源。添加辅助热源后，石墨管发热体的最高温度仍然位于石墨管发热体中间位置，而此时石墨管底部的温度较未加辅助热源之前会有较大的提高，然而，石墨管发热体中间到石墨管底部的距离没有发生改变，这意味着石墨管加热体中间到底部的温度梯度变小，即合成腔体内部的温度梯度减小，这样可以保证IIa型金刚石大单晶的品质。然而，辅助热源片的使用会造成合成腔体内部压力的损失，约0.8GPa，这意味着约有13.3%的压力被损失掉，为了保证金刚石大单晶的合成压力就必须提高系统压力，这势必会引起碳化钨顶锤以及高压设备其它元部件的损耗加大。此外，使用辅助热源在组装过程中会有较为麻烦，一旦操作不慎，会导致合成辅助热源附近产生局部过热，导致合成系统电路断路，甚至引起损失更大的裂锤现象产生，增加生产成本。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种石墨管加热体及金刚石大单晶合成腔体，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。为实现上述目的，本技术提供如下技术方案：一种石墨管加热体，包括管体A段和管体B段，所述管体A段和所述管体B段为一体化成型的石墨材质管状结构，所述管体B段靠近所述管体A段的一侧外围通过切削形成环形结构的凹槽，所述凹槽外围活动套设有绝缘环圈。进一步的，所述管体A段长度大于所述管体B段的长度。进一步的，所述绝缘环圈为一体化成型的绝缘陶瓷材质圆环。进一步的，所述绝缘环圈为活动装配的两部分拼接组成的绝缘材质圆环。进一步的，所述绝缘环圈和凹槽尺寸活动匹配，所述绝缘环圈优选采用绝缘陶瓷材质。一种金刚石大单晶合成腔体，包括所述的石墨管加热体，还包括有容置结构，所述容置结构包括套设在石墨管加热体外围的石英管以及贴合固定在石英管上下两端的石墨片，所述石英管和石墨片外围通过叶蜡石块包裹固定，且叶蜡石块上下两端均嵌入设置有端塞，所述端塞贴合石墨片固定。进一步的，所述石墨管加热体内下部设有晶床，所述晶床上方填充设有晶种，且所述晶种通过套设在绝缘管中的金属触媒压紧，所述金属触媒上端中心具有圆柱形凸起，且凸起外围套设有环状石墨碳源，所述绝缘管、金属触媒和石墨碳源上方的石墨管加热体中填充设置有陶瓷堵头。与现有技术相比，本技术的有益效果是：凹槽部分的电阻将会增大，这样同样可以减小合成腔体内的温度梯度，进而有提升IIa型金刚石大单晶的品质，故不需要在石墨管加热体下部加辅助热源而且凹槽高度可根据具体情况进行适当的调整；设计可以保证合成压力的有效传递，同时也避免在升压过程中凹槽部分破损；通过上述设计，利用合成腔体进行高温高压法制备金刚石大单晶时，可以有效的利用石墨管加热体的技术特点，保证合成腔体内部合成压力有效传递的同时，能够减少辅助热源的增加，可以减小合成腔体内的温度梯度，进而有提升IIa型金刚石大单晶的品质，还可以在整体腔体体积不变的情况下，扩大腔体内的容积，复合现在对于高温高压法制备金刚石单晶的研发方向。附图说明图1为现有技术中石墨管加热体的的结构示意图。图2为一种石墨管加热体的结构示意图。图3为一种金刚石大单晶合成腔体的结构示意图。图中：1-管体A段，2-管体B段，3-凹槽，4-绝缘环圈，5-叶蜡石块，6-石英管，7-晶床，8-晶种，9-绝缘管，10-金属触媒，11-石墨碳源，12-陶瓷堵头，13-端塞，14-石墨片。具体实施方式下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。实施例1请参阅图2，本技术实施例中，一种石墨管加热体，包括管体A段1和管体B段，所述管体A段1和所述管体B段2可以为一体化成型的石墨材质管状结构，所述管体A段1和所述管体B段2的开口半径相同，且所述管体A段1长度大于所述管体B段2的长度，所述管体B段2靠近所述管体A段1的一侧外围通过切削形成环形结构的凹槽3，当所述管体A段1和管体B段2的总长度与传统一体化的石墨管长度相同时，被切削的凹槽3部分因为厚度要比管体A段1和管体B段2薄，所以此部分的电阻将会增大，这样同样可以减小合成腔体内的温度梯度，进而有提升IIa型金刚石大单晶的品质，故不需要在石墨管加热体下部加辅助热源。与现有技术中一体的石墨管加热体相比，传统的石墨管由于电阻的原因，致使整个石墨管都发热，而石墨管加热体中心位置为温度最高处，并且由中心处向石墨管低温端的温度逐渐降低，从而产生一个温度差T，假设从石墨管加热中心到石墨管加热体两端有一定的距离d，从而在竖直方向上产生一定的温度梯度=T/d，这样在使用传统石墨管加热体进行IIa型金刚石大单晶制备时，就必须要在石墨管的基础上增加辅助热源，否则无法有效的完成加工。但是被切削的凹槽3部分周围将会出现空隙，进而影响合成压力的有效传递，同时该部分结构厚度的降低也会影响到管体A段1和管体B段2结合体的结构强度，因此，所述凹槽3外围活动套设有绝缘环圈4，所述绝缘环圈4为一体化成型的绝缘陶瓷材本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种石墨管加热体，包括管体A段（1）和管体B段（2），其特征在于，所述管体A段（1）和所述管体B段（2）为一体化成型的石墨材质管状结构，所述管体B段（2）靠近所述管体A段（1）的一侧外围通过切削形成环形结构的凹槽（3），所述凹槽（3）外围活动套设有绝缘环圈（4）。/n

【技术特征摘要】
1.一种石墨管加热体，包括管体A段（1）和管体B段（2），其特征在于，所述管体A段（1）和所述管体B段（2）为一体化成型的石墨材质管状结构，所述管体B段（2）靠近所述管体A段（1）的一侧外围通过切削形成环形结构的凹槽（3），所述凹槽（3）外围活动套设有绝缘环圈（4）。


2.根据权利要求1所述的一种石墨管加热体，其特征在于，所述管体A段（1）长度大于所述管体B段（2）的长度。


3.根据权利要求1所述的一种石墨管加热体，其特征在于，所述绝缘环圈（4）为一体化成型的绝缘陶瓷材质圆环。


4.根据权利要求1所述的一种石墨管加热体，其特征在于，所述绝缘环圈（4）为活动装配的两部分拼接组成的绝缘材质圆环。


5.根据权利要求1所述的一种石墨管加热体，其特征在于，所述绝缘环圈（4）和凹槽（3）尺寸活动匹配，所述绝缘环圈采用...

【专利技术属性】
技术研发人员：李勇，廖江河，谭德斌，金慧，张蔚曦，王军，
申请(专利权)人：铜仁学院，
类型：新型
国别省市：贵州;52