寧波材料所在CVD大塊單晶金剛石(克拉級(jí))合成技術(shù)方面取得重要進(jìn)展
寧波材料所“功能碳素材料團(tuán)隊(duì)”以實(shí)現(xiàn)金剛石精密工具的國(guó)產(chǎn)化和產(chǎn)業(yè)化為目標(biāo),最近在CVD(Chemical-Vapor-Deposition:化學(xué)氣相沉積)單晶金剛石合成方面取得了突破性進(jìn)展。團(tuán)隊(duì)從國(guó)產(chǎn)微波等離子體CVD設(shè)備設(shè)計(jì)改造著手,開(kāi)發(fā)了高密度、高穩(wěn)定性的金剛石沉積裝置。與國(guó)外設(shè)備相比,成本降至百分之三十。團(tuán)隊(duì)自主開(kāi)發(fā)了金剛石的生長(zhǎng)工藝,即對(duì)籽晶進(jìn)行特殊的處理,同時(shí)制備過(guò)程中嚴(yán)格控制生長(zhǎng)參數(shù)。通過(guò)該工藝的運(yùn)用,已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了無(wú)色透明CVD單晶金剛石片的批量生產(chǎn)。在僅通入氫氣和甲烷條件下的沉積速率可達(dá)70μm/h,摻入氮?dú)夂笏俾蔬_(dá)到150μm/h,這也是
國(guó)產(chǎn)設(shè)備的一大突破。
另外,團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了創(chuàng)新工藝,該工藝通過(guò)對(duì)單晶金剛石邊緣效應(yīng)進(jìn)行控制,消除了邊緣生長(zhǎng)多晶的不利因素,能夠?qū)崿F(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間生長(zhǎng)高質(zhì)量、大尺寸單晶金剛石片的目的,這突破了傳統(tǒng)方法需要多次切割、拋光、生長(zhǎng)等繁瑣程序的限制,并實(shí)現(xiàn)了8x8x2 mm3(2.25克拉)大塊金剛石單晶的化學(xué)氣相合成。上述成果正在向工業(yè)化生產(chǎn)轉(zhuǎn)化,將為開(kāi)發(fā)國(guó)產(chǎn)金剛石精密加工工具乃至克拉級(jí)透明鉆石及彩色鉆石珠寶等提供強(qiáng)有力技術(shù)支撐。

克拉級(jí)CVD大塊單晶金剛石
(表面事業(yè)部/中科院海洋新材料與應(yīng)用技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室)