寧波材料所在CVD大塊單晶金剛石合成技術(shù)方面取得進(jìn)展

中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所“功能碳素材料團(tuán)隊”以實現(xiàn)金剛石精密工具的國產(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)隊從國產(chǎn)微波等離子體CVD設(shè)備設(shè)計改造著手,開發(fā)了高密度、高穩(wěn)定性的金剛石沉積裝置。與國外設(shè)備相比,成本降至百分之三十。團(tuán)隊自主開發(fā)了金剛石的生長工藝,即對籽晶進(jìn)行特殊的處理,同時制備過程中嚴(yán)格控制生長參數(shù)。通過該工藝的運用,已經(jīng)實現(xiàn)了無色透明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,摻入氮氣后速率達(dá)到150μm/h,這也是國產(chǎn)設(shè)備的一大突破。

另外,團(tuán)隊開發(fā)了創(chuàng)新工藝,該工藝通過對單晶金剛石邊緣效應(yīng)進(jìn)行控制,消除了邊緣生長多晶的不利因素,能夠?qū)崿F(xiàn)長時間生長高質(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、生長等繁瑣程序的限制,并實現(xiàn)了8×8×2 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,將為開發(fā)國產(chǎn)金剛石精密加工工具乃至克拉級透明鉆石及彩色鉆石珠寶等提供強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。(寧波材料技術(shù)與工程研究所)