寧波材料所在CVD大塊單晶金剛石合成技術(shù)方面取得進展

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,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展。團隊從國產(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。團隊自主開發(fā)了金剛石的生長工藝,即對籽晶進行特殊的處理,同時制備過程中嚴格控制生長參數(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70μm/h,摻入氮氣后速率達到150μm/h,這也是國產(chǎn)設(shè)備的一大突破。

另外,團隊開發(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有力的技術(shù)支撐。(寧波材料技術(shù)與工程研究所)