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郑州华晶金刚石股份有限公司

CVD法合成钻石的生长机制及应用前景

关键词 CVD , 钻石 , 生长机制 , 应用|2007-07-10 00:00:00|来源 中国超硬材料网
摘要 CVD(ChemicalVaporDeposition化学气相沈淀)钻石化学气相蒸镀乃使用一种或多种气体,在一加热的固体基材上发生化学反应,并镀上一层固态薄膜。所谓CVD(Chem...

  CVD(Chemical Vapor Deposition化学气相沈淀)钻石
  化学气相蒸镀乃使用一种或多种气体,在一加热的固体基材上发生化学反应,并镀上一层固态薄膜。所谓CVD(Chemical Vapor Deposition化学气相沈淀)钻石是以一块天然钻裸石为母石,利用高纯度甲烷、加上氢、氮等气体辅助,在微波炉中以高压方式,让甲烷中与钻石一样的 碳分子不断累积到钻石原石上,经过一层层增生,可形成大至10克拉之透明钻石。为使CVD的钻石生长顺利,碳源常用已具钻石结构的甲烷。甲烷可视为以氢压 出的单原子钻石。这种「长大」的钻石,品质与天然钻石几无二致,肉眼难辨。
  
  CVD生长钻石膜的瓶颈乃在避免碳氢化物形成石墨,因此氢原子应比碳源多很多。碳源浓度决定了钻石膜的生长速率,但碳源太高时氢原子会来不及 维护钻石结构而使分解出的碳变成石墨。因此碳源太浓反而会降低转化成钻石的比率。碳源的浓度和温度决定了钻石随方向生长速率的差异,因此也决定了钻石的晶 形。氢原子的浓度不仅决定了钻石膜是否能成长,也决定了钻石膜的质量。氢原子产生的比率不太受气体,但和温度有直接关联。随着热源温度的降低及距离的增 大,氢原子的浓度也会急遽下降。
  
  CVD(Chemical Vapor Deposition化学气相沈淀)钻石的影响
  
  1. 颠覆对钻石价值观
  过去号称要百万年才能结晶的昂贵钻石,可以在实验室中不到一周就制造完成,颠覆了一般人对钻石的价值观感。
  2. 提升钻石在各领域应用
  以往钻石因价格高昂,多半用作珠宝饰品。一旦可便宜制出高质量的钻石,其应用价值,会迅速普及到各个领域。
  专家预言廿一世纪最重要的发明将是会长大的钻石。有朝一日,价廉物美的钻石会取代硅在半导体的角色,使人类科技进入另一世界。
  钻石大量生产后,可更平价,且发展有更多元的功能。钻石硬度高,具优异导热及切割、研磨特性,可在医疗上及电子组件上有很好之应用。

 

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