金刚石双层生长腔体结构及工艺制造技术

本发明专利技术涉及金刚石合成技术领域，公开了金刚石双层生长腔体结构，包括叶腊石合成块，叶腊石合成块内设有外衬管，所述外衬管内设有石墨管，所述石墨管内从上至下依次设有白云石片一、铁片一、晶床一、绝缘管、晶床二、铁片二、白云石片二，所述绝缘管内设有触媒组件。本发明专利技术通过具有对称结构的合成块、再配合特定的生产工艺能使金刚石向上下两个方向双层生长，大大提高了其产量，同时降低了能耗。同时降低了能耗。同时降低了能耗。

【技术实现步骤摘要】
金刚石双层生长腔体结构及工艺


[0001]本专利技术涉及金刚石合成
，尤其涉及一种金刚石双层生长腔体结构及工艺。

技术介绍

[0002]现有技术中，金刚石通常是单层生长，即：碳源在晶床和触媒的上方，碳源在高温区，晶床在低温区，碳源和晶床之间形成温度梯度，合成时，碳源中的碳原子在温度梯度的驱动下向晶床扩散，晶体在晶床上生长。但该方法产量低，能耗高，因此，需要加以改进。

技术实现思路

[0003]针对现有技术存在的技术问题，本专利技术提供了一种金刚石双层生长腔体结构及工艺。
[0004]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：金刚石双层生长腔体结构，包括叶腊石合成块，所述叶腊石合成块内设有外衬管，所述外衬管内设有石墨管，所述石墨管内从上至下依次设有白云石片一、铁片一、晶床一、绝缘管、晶床二、铁片二、白云石片二，所述绝缘管内设有触媒组件。
[0005]优选的，所述白云片一和白云片二均采用以下方法制备，将白云石粉过30目筛后，筛下物按照9：1比例与100目氧化锆粉混合得到混合物，混合物中添加1％的水玻璃搅拌均匀，闷料24h后压制成型。
[0006]优选的，所述铁片一和铁片二的厚度均为1.0mm。
[0007]优选的，所述白云石片二的厚度比白云石片一的厚度大2～4mm。
[0008]优选的，所述触媒组件包括从上至下依次设置的触媒片一、石墨片一、触媒片二、石墨片二、触媒片三。
[0009]优选的，所述触媒片一的厚度为4.0mm，石墨片一的厚度为3.0mm，触媒片二的厚度为1.0mm，石墨片二的厚度为3.0mm，触媒片三的厚度为4.0mm。
[0010]优选的，所述外衬管的上下两侧由外向内依次对称设有叶腊石环、白云石环、石墨片三，所述叶腊石环内设有钢圈，所述白云石环内设有铁片三。
[0011]优选的，所述叶腊石合成块的底面为正方形，叶腊石合成块的高度比底面的边长大1mm。
[0012]金刚石双层生长工艺，将以上任意一项所述的叶腊石合成块置于六面顶液压机中，采用前后加热方式，合成金刚石，温度为1400℃，压力为5.4Gpa，时间为40小时。
[0013]本专利技术通过具有对称结构的合成块、再配合特定的生产工艺能使金刚石向上下两个方向双层生长，大大提高了产量，降低了产品生产成本，提高了产品市场竞争力，同时达到节能降耗的目的。
附图说明
[0014]图1是实施例1的结构示意图。
[0015]图中：1、叶腊石合成块；2、叶腊石环；3、白云石环；4、石墨片三；5、外衬管；6、石墨管；7、白云石片一；8、铁片一；9、晶床一；10、绝缘管；11、晶床二；12、铁片二；13、白云石片二；14、触媒片一；15、石墨片一；16、触媒片二；17、石墨片二；18、触媒片三；19、钢圈；20、铁片三；21、白云石填芯。
具体实施方式
[0016]下面将结合附图对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，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，都属于本专利技术保护的范围。
[0017]实施例1
[0018]参见图1，金刚石双层生长腔体结构，包括叶腊石合成块1，所述叶腊石合成块内从上至下依次设有叶腊石环2、白云石环3、石墨片三4、外衬管5、石墨片三4、白云石环3、叶腊石环2。
[0019]所述外衬管5内设有石墨管6，所述石墨管6内从上至下依次设有白云石片一7、铁片一8、晶床一9、绝缘管10、晶床二11、铁片二12、白云石片二13，所述绝缘管10内设有触媒组件。
[0020]所述白云片一和白云片二均采用以下方法制备，将白云石粉过30目筛后，筛下物按照9：1比例与100目氧化锆粉混合得到混合物，混合物中添加1％的水玻璃搅拌均匀，闷料24h后压制成型。
[0021]本实施例中，水玻璃为硅酸钠的水溶液；白云石片一和白云石片二均采用含有10％二氧化锆的材料制成，且均是采用在白云石粉中添加二氧化锆而后压制成型的方法制成，添加特定比例的二氧化锆能抑制白云石在高温高压条件下发生相变或者分解，提高白云石的高温高压稳定性，营造一个稳定的晶体生长环境。
[0022]所述铁片一8和铁片二12的厚度均为1.0mm。
[0023]所述白云石片二13的厚度比白云石片一7的厚度大2～4mm。由于碳源中的碳原子只有在合适的温度梯度的条件下才能向晶种扩散，而本实施例的这种设置能在触媒组件的上下两侧均形成适合碳原子扩散的温度梯度，从而使金刚石双层生长。若没有厚度差，则只能在触媒组件的下侧形成适合碳原子扩散的温度梯度，只能使金刚石向下单层生长。
[0024]所述触媒组件包括从上至下依次设置的厚度为4.0mm的触媒片一14、厚度为3.0mm的石墨片一15、厚度为1.0mm的触媒片二16、厚度为3.0mm的石墨片二17、厚度为4.0mm的触媒片三18。
[0025]所述叶腊石合成块的底面为正方形，叶腊石合成块的高度比底面的边长大1mm。
[0026]所述叶腊石环2内设有钢圈19，所述白云石环3内设有铁片三20。所述钢圈内设有白云石填芯。
[0027]外衬管采用氧化镁材质；石墨管用于加热，石墨管的高度与外镁管一致、外径比外镁管内径大0.1mm、内径比绝缘管外径大0.1mm；绝缘管的作用是防止电流经过触媒组件；晶床上设有晶种，且晶种与触媒组件接触。
[0028]外衬管上下两侧的叶腊石环、白云石环、石墨片三形成对称结构；在外衬管内，绝缘管上方的白云石片一7、铁片一8、晶床一9与下方的晶床二11、铁片二12、白云石片二13形成对称结构；触媒组件的设置能形成合适的温度梯度，有利于碳原子由高温区向低温区的晶体上晶种扩散，再配合白云石片一和白云石片二的厚度差，能使金刚石向上下两个方向双层生长。
[0029]实施例2
[0030]一种金刚石双层生长工艺，将实施例1的叶腊石合成块置于六面顶液压机中，采用前后加热方式，合成金刚石，温度为1400℃，压力为5.4Gpa，时间为40小时。
[0031]六面顶液压机是通过液压同步推动六个顶锤对合成材料进行挤压，并通过低电压大功率电流进行加热产生高温，使合成材料内部组织发生质变而形成新的超硬材料的设备。
[0032]现有技术中，金刚石单层生长时，六面顶液压机采用上下加热的方式，即电流从上部顶锤输入、从下部顶锤输出，上部顶锤和下部顶锤为加热锤，其余四个顶锤为非加热锤。
[0033]本实施例中，为了使金刚石双层生长，改为前部顶锤和后部顶锤为加热锤、其余四个顶锤为非加热锤，这种设置可以避免重力场对金刚石生长的影响，有利于其双层同时生长。当重力场存在时，金刚石只能下层生长，而上层不生长。
[0034]将利用实施例1的双层生长腔体结构合成金刚石，与现有技术中利用单层合成块合成金刚石进行对比，结果参见表1。
[0035]表1
[0036]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.金刚石双层生长腔体结构，包括叶腊石合成块，其特征在于：所述叶腊石合成块内设有外衬管，所述外衬管内设有石墨管，所述石墨管内从上至下依次设有白云石片一、铁片一、晶床一、绝缘管、晶床二、铁片二、白云石片二，所述绝缘管内设有触媒组件。2.根据权利要求1所述的金刚石双层生长腔体结构，其特征在于：所述白云片一和白云片二均采用以下方法制备，将白云石粉过30目筛后，筛下物按照9：1比例与100目氧化锆粉混合得到混合物，混合物中添加1％的水玻璃搅拌均匀，闷料24h后压制成型。3.根据权利要求1所述的金刚石双层生长腔体结构，其特征在于：所述铁片一和铁片二的厚度均为1.0mm。4.根据权利要求1所述的金刚石双层生长腔体结构，其特征在于：所述白云石片二的厚度比白云石片一的厚度大2～4mm。5.根据权利要求1所述的金刚石双层生长腔体结构，其特征在于：所述触媒组件包括从上至下...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈孝洲，徐榕泽，李殿魁，孙峰峰，臧传义，
申请(专利权)人：河南闪耀钻石有限公司，
类型：发明
国别省市：