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河南百利来超硬材料有限公司

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网站首页 /  新闻中心  / 技术新闻  /  金刚石的合成

金刚石的合成

05,06,2018

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目前主要有两种制备合成单晶金刚石的方法:一种是高温高压法(high temperature and high pressure),简称HTHP;另外一种就是化学气相沉积法(chemical vapor deposition),简称CVD

 

高温高压(HTHP)法合成金刚石

ü 高温高压法泛指温度超过1500 ℃,压强超过109 Pa 的条件下制备金刚石的方法,国外一般称作温度梯度法,国内称作温度差法。HTHP法中,目前有两种设备可用以制备金刚石:一种是用六面顶压机,它主要是将石墨相抵碳转化成为金刚石相抵碳;另外一种设备是两段式分球压机设备,它是由前苏联科学家Boris Feigelson等人在90年代初研制开发的。

ü 目前工业上主要还是利用HTHP法制备单晶金刚石,其最大有点是制造工艺较简单,金刚石的生长速度快,通常在10-20min内就能合成出1mm 以下的金刚石单晶,从而满足各种工业需要。随着生长技术的发展,现在通过控制生成核可以生长出粒径达2mm的金刚石。

 

金刚石的合成

ü 化学气相沉积法(CVD)

主要利用的是在高温空间(也包括在基板)以及活性空间中发生的化学反应。制备金刚石所用到的气体原料一般为甲烷和氢气,通过在高温条件下激发使气体发生分解,生成含碳基团的活性粒子,并最终在基片材料上沉积出金刚石膜。制备单晶金刚石的方法主要有微波等离子辅助化学气沉积法,热丝辅助化学气沉积法,电子回旋共振微波等离子体化学气象沉积法,直流等离子体喷射化学气沉积法,燃烧火焰化学气相沉积法等。

 

化学气相沉积法---热丝辅助化学气相沉积(HFCVD)

ü 混合气体进入反应室经过热丝区域到达集体表面,分子氢在热丝表面催化分解。反应区域只是由热丝周围很小区域组成的,这使得单根丝的作用范围受到了限制,并且热丝与基体间的最佳距离是1-10mm 。 这一过程范围与这些小的激活区域有关,并且大面积沉积只是通过在反应腔内使用多根丝来完成。热丝可以用W, Mo等,通常加热温度从2000℃到2400℃,反应腔内典型的压力是50Torr,HFCVD中金刚石生长速度从0.1μm/h 到15μm/h 。沉积面积从几平方毫米到300cm2 .该技术的主要缺点是金刚石膜的厚度和质量是不均匀的。

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