Существует два основных процесса производства искусственных алмазных материалов: метод высокой температуры и высокого давления (HTHP) и метод химического осаждения из паровой фазы (CVD). Технологический процесс кратко описывается следующим образом:
Метод высокой температуры и высокого давления (HTHP)
1. Подготовка сырья: выберите высокочистый графит в качестве источника углерода, обычно требуя чистоты графита выше 99%. В то же время выберите подходящие металлические катализаторы, такие как железо, никель, кобальт и т. д. и их сплавы,
для изготовления листов катализатора или порошков катализатора определенных форм и размеров.
2. Соберите блок синтеза: соберите графит и катализатор в камере синтеза в определенном порядке и способом. Обычно графит оборачивается в середине катализатора, чтобы сформировать определенную структуру для облегчения реакции при высокой температуре и высоком давлении.
3. Синтез при высокой температуре и высоком давлении: поместите собранный блок синтеза в оборудование для высокой температуры и высокого давления, подайте высокое давление 5-6 ГПа через гидравлическую систему и используйте нагревательное устройство для повышения температуры до 1400-1600 ℃.
Держите его в этом состоянии в течение определенного периода времени, чтобы графит превратился в алмаз под действием металлического катализатора.
4. Охлаждение и сброс давления: после завершения реакции синтеза температура и давление постепенно снижаются для охлаждения материала в камере синтеза до комнатной температуры, а давление снижается до нормального давления.
5. Разделение и очистка продукта: синтезированный продукт извлекается из камеры синтеза, а непрореагировавшие примеси, такие как графит и металлический катализатор, удаляются путем химической обработки, механического дробления и других методов для получения искусственного алмазного сырья.
Химическое осаждение из паровой фазы (CVD)
1. Подготовка подложки: выберите подходящие материалы подложки, такие как кремний, молибден, вольфрам и т. д., и предварительно обработайте подложку путем очистки, полировки и других предварительных обработок для улучшения качества осаждения и адгезии алмаза к подложке.
2. Смешивание и введение газа: смешайте метан, водород и другие газы в определенной пропорции и введите их в реакционную камеру через систему подачи газа. Среди них метан используется в качестве источника углерода, а водород используется для регулировки реакционной атмосферы и содействия росту алмаза.
3. Возбуждение плазмы: в реакционной камере плазма генерируется микроволнами, радиочастотами, дугами постоянного тока и другими методами для диссоциации и возбуждения смешанного газа с образованием плазменной среды, содержащей активные частицы, такие как атомы углерода и атомы водорода.
4. Осаждение и рост алмаза: под действием плазмы атомы углерода адсорбируются, диффундируют и осаждаются на поверхности подложки, постепенно вырастая в кристаллы алмаза. Скорость роста и качество алмаза можно контролировать, точно контролируя такие параметры,
как температура реакции, поток газа и мощность плазмы.
5. Сбор и обработка продукта: После завершения осаждения подложка извлекается из реакционной камеры, а алмазы, осажденные на подложке, собираются и подвергаются предварительной обработке, такой как очистка и резка, для получения искусственного алмазного сырья.
