行业资讯栏目
行业新闻 | 企业新闻 | 协会动态 | 展会报道 | 最新报价 | 市场分析 | 行业标准 | 展馆介绍 | 产业链 | 关注我们 | 价格行情 | 政策
当前位置 您当前的位置:首页 下层栏目 行业资讯 下层栏目 技术应用 当前位置 正文

人造钻石诞生日记

http://www.momo35.com   来源:磨商网  日期:2017/06/15

       钻石恒久远,一颗永流传!
  
  这句广告词已经深入人心。钻石,在地底孕育上万甚至上亿年才得已成形,成形后的钻石被人们探测、开采出来之后才可以加工成闪闪发光的晶体,正是因为钻石的孕育时间需要如此之久,所以它在某种程度上象征着一种永恒,而能够永恒的东西通常都是稀有、昂贵的,璀璨夺目的钻石更是如此,让很多人都望而却步。


  


  科学的力量是神奇的,光彩夺目的钻石已经可以在实验室里合成了。地球需要几亿年的时间去培育它,而科学家仅仅需要一个礼拜就可以完成,并且大小、颜色、净度比天然钻石更完美。这一发明足以振奋人心。或许,某一天钻石也会成为我们的生活必备品,并且,将渐渐地改变我们的生活!

  


  这种合成钻石的工艺被称为化学气相沉积法(CVD, Chemical Vapor Deposition),如图3中是以氢气和含碳的气体(比如甲烷,二氧化碳,丙酮等)作为原料,利用微波、电等提供能量激发等离子体,在等离子体中分解原料气体发生化学反应,从而产生一个个碳原子,这些原子像下雪一样有序地堆叠在准备好的晶种(表面平整、加工好的单晶金刚石薄片)上并慢慢长大,最终形成大的单晶金刚石,随后对其进行切割、抛光、打磨后加工成闪亮的钻石,由于其特性与天然钻石完全一样,因此GIA也需要通过特殊的鉴定手段才能进行区分。

  


  目前美国的WashingtonDiamond和Sciodiamond公司、新加坡的IIa公司均已经在市场上销售CVD钻石,该类型钻石在腰部均刻有CVD标识以区别于天然钻石,其售价仅为天然钻石的一半,产品在欧美较为流行。下面将带大家一起走进实验室,详细介绍该钻石的制备过程,如图4所示,整个工艺包括种子的切割、抛光、清洁等前处理,之后进行生长,再切割、再抛光,最后加工成钻石。
  
  1、筛选晶种
  
  钻石即为单晶金刚石,晶格中碳原子是长存有序排列的,因此合成钻石的过程就要用相同结构的单晶金刚石作为晶种,在其表面按照相同结构进行“同质外延”生长,通常选取品质高、缺陷少的天然或者人工合成的单晶金刚石作为原料。

  


  2、激光切割
  
  筛选好晶种后需要对金刚石形状进行加工,由于金刚石硬度最高,常规的机械加工和线切割等方法都不适合加工金刚石,因而采用能量密度高、精度高的激光切割工艺,按照晶面取向将其切割成方形的薄片,这也是目前加工金刚石最有效的手段。

  


  3、机械抛光
  
  激光切割后的种子表面较粗糙且存在一定缺陷,达不到外延生长所需的表面平整度要求,因而采用机械抛光的方法对晶种表面进行优化,通常选用不同粒度的金刚石微粉分别进行粗抛和精抛,达到最佳的效果。

  


  4、化学清洗
  
  抛光完后晶种表面会有残留的金属、油脂、石墨等杂质,需要利用化学方法对晶种进行清洗,通常选用60℃的王水(硝酸与盐酸混合比例为1:3)酸洗,之后用丙酮、去离子水进行超声处理获得一个洁净的表面。

  


  5、等离子体刻蚀
  
  清洗完后的晶种烘干后放入等离子体CVD装置中,激发氢气等离子体进行表面刻蚀,去除非金刚石成分,为后续生长提供良好的生长环境,晶种处于氢等离子体中还会被加热,加热温度通常控制在700℃左右。

  


  6、晶种生长
  
  氢气等离子体刻蚀完后就要调整工艺参数,在合适的工艺参数下金刚石晶种就会逐渐长大,如图,主要控制的参数包括:晶种的温度、甲烷和氢气的浓度、腔体内的气压和输入的能量大小,这些参数相互作用,微小的变化就会影响产品的质量,因而稳定的生长条件是该工艺的关键点,目前利用微波输入能量的方法具有较大的优势,并能够保证长时间稳定运行。美国Carnegie实验室已经通过微波等离子体CVD装置合成了无色单晶金刚石,最多可以同时生长300片单晶金刚石。晶种的生长时间由工艺参数决定,目前最快的生长速率可达200 μm/h,因而获得一个1mm厚的单晶片只需要5小时,这一速度是惊人的,远远超过了天然钻石的培育周期。

  


  7、后期处理
  
  生长完成的金刚石表面有部分石墨成分,因而看起来是黑色的,经过氢气等离子体处理后会显露白色的晶体,而边缘区域的多晶金刚石成分则需要用激光切割的方法进行去除。如图,切割后的半成品已经看到了钻石的雏形,经过钻石加工大师的设计、抛光、打磨后,闪闪发光的钻石就诞生了。

  


  经过这些步骤,闪亮的钻石就在实验室里诞生了,这一发明还将继续深入,更大、更纯净的钻石也会出现在市场。某一天,鸽子蛋也不是一件稀奇事儿了,红钻、粉钻、蓝钻、绿钻等稀有的彩钻都可以戴在你的手指上,人们对美的追求没有止境,对钻石,也将是永恒的! (文/吕继磊)
 
磨商网公众号
磨商网版权及免责申明:(点击查看)
相关资讯
相关资讯
  • 金刚石表面镀覆碳化硅的研究2017/7/5 9:03:00
  • 金刚石表面沉积钛金属膜的研究2017/5/22 8:51:39
  • 人造金刚石表面化学镀镍工艺2017/5/19 9:08:52
  • 黄河旋风跟踪报告:人造钻石与智能制造共同构建宏伟蓝图2017/5/12 9:10:35
  • 金刚石表面改性:提高金刚石与金属间粘结强度常见的方法2017/4/19 8:48:31
  • 郑州晚报:人造钻石的功能化应用2017/3/29 8:49:06
  • 技术新突破:核废料和人造钻石可发电2016/11/30 8:42:19
  • 豫金刚石:定增完成 700万克拉消费级人造钻石加速起航2016/11/9 8:48:38
  • 中科院物理所实现金刚石表面可直接生长层数可控高质量的石墨烯2016/10/28 9:21:43
  • 我国最大人造钻石出炉 众多领域可用市场前景广阔2016/5/24 8:38:49
  • 最新资讯
    行业新闻