一种多色钻石的制备方法与流程

1.本发明属于材料生长技术，具体的涉及多色钻石的制备方法。


背景技术：

2.钻石是在地球深部高压、高温条件下形成的一种由碳元素组成的单质晶体。钻石美丽且稀有，是爱情和忠贞的象征，代表永恒不破的爱情。天然钻石多为无色，色调越深，质量越差。少量天然钻石具有彩色，如：黄色、绿色、蓝色、褐色、粉红色、橙色、红色、黑色、紫色等，属于钻石中珍品，价格昂贵。随着科学技术的发展，人工合成金刚石技术发展，目前戴比尔斯集团、施华洛世奇等国际钻石公司相继推出了人工钻石品牌。人工合成钻石与天然钻石成分完全相同，同时还具有成本较低、周期短、不破坏生态环境等优点。
3.目前合成人造钻石的方法主要有高温高压法(简称hthp)和化学气相沉积法(简称cvd)，hpht法是在20世纪50年代发展起来的，是目前制造合成金刚石使用最为广泛的方法。在hpht工艺中，石墨在大容量高压设备中被压缩，并且在过渡金属(fe、co、ni或者其混合物)存在的条件下转化为金刚石，这些过渡金属在其中充当溶剂，起到催化剂的作用。在高温高压生长金刚石的过程中最常使用的压力为6
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7gpa，常用的温度为1500
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1700℃。hpht方法的主要优点是成本相对较低而且产量高，hpht法制造的金刚石广泛地应用在工业磨料以及切割和抛光工具上。在20世纪80年代研究人员发明了金刚石cvd合成工艺，其与目前半导体掺杂和器件制造工艺技术相兼容。因为在低压条件下，石墨是最稳定的相，所以在低压cvd工艺过程中，在生长表面上与金刚石相一起形成石墨相，为了获得连续的金刚石相，必须有效地去除石墨。人们发现，原子氢可以有选择性地蚀刻石墨相，同时使金刚石相处于稳定状态。因此，在cvd过程中必须用氢气高度稀释碳源气体，高纯度甲烷被广泛用作cvd金刚石的碳源气体，甲烷/氢气混合物中甲烷的浓度通常低于5％。气体净化，尤其是氢气的净化，对提高金刚石纯度是非常有效的。在生长期间，衬底温度通常为700
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1000℃，真空腔体中的压强为20
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100torr，提高衬底温度和真空腔体压强可以有效提高金刚石的生长速度。
4.在人工合成钻石方法中，高温高压法生长过程不容易调控，所生长的钻石多为单色。化学气相沉积法通过控制生长过程中的气氛条件，可实现对薄层的颜色调控，因此可以得到具有多种颜色的钻石。同时生长的每一颗钻石都具有不可重复性，都是独一无二的存在。


技术实现要素：

5.本发明要解决的技术问题是：提供一种多色钻石的制备方法。
6.为了解决上述技术问题，本发明的技术方案为：
7.一种多色钻石的制备方法，采用微波等离子体化学气相沉积法生长钻石，控制不同生长阶段腔体气氛及生长后处理手段，得到多色钻石。
8.其中所采用的掺杂元素有硼、氮等，所采用的处理手段有辐照以及热处理。
9.使用微波等离子体化学气相沉积法生长条件如下：甲烷浓度为2％
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5％，掺杂元素
浓度为ppb量级，温度为850℃
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880℃，腔体压力为120
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150mbar，微波功率为3000w
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5500w。
10.本发明的有益效果为：通过微波等离子体化学气相沉积法生长钻石，通过控制生长过程中不同阶段的气氛，得到不同颜色的钻石。该方法可生长单色、双色、三色甚至具有更多颜色的钻石。
具体实施方式
11.一种多色钻石的制备方法，采用微波等离子体化学气相沉积法生长钻石，通过控制不同生长过程中的气氛，使钻石的不同位置具有不同颜色，该方法生长的每一颗钻石都具有独一无二性以及不可重复性。
12.实施案例一
13.利用3*3mm衬底在为未掺杂气氛下生长厚度为800微米厚的无色金刚石，通入微量硼烷，生长200微米厚的蓝色金刚石，最后生长厚度为800微米的无色金刚石。经切割后形成具有无色及蓝色两种颜色的双色钻石。
14.实施案例二
15.利用4*4mm衬底在未掺杂气氛下生长800微米厚的无色金刚石。通入微量硼烷，生长200微米厚的蓝色金刚石，随后生长800微米厚的无色金刚石，在下一个生长阶段，通入微量氨气生长200微米厚的黄色金刚石，最后生长500微米厚的无色金刚石，进切割后形成具有无色、蓝色以及黄色的三色钻石。
16.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。


技术特征：
1.一种多色钻石的制备方法，其特征在于：采用化学气相沉积法，使用不同掺杂元素如硼、氮等以及不同的处理方式(辐照或者加热)，使一颗钻石呈现多种颜色。2.如权利要求1所述的多色钻石的制备方法，其特征在于：生长过程中掺入硼，钻石会呈现蓝色。3.如权利要求1所述的多色钻石的制备方法，其特征在于：生长过程中掺入氮，钻石会呈现黄色。4.如权利要求1所述的多色钻石的制备方法，其特征在于：对钻石进行辐照或者加热处理，钻石会呈现绿色或粉色。5.如权利要求1所述的多色钻石的制备方法，其具体实施方法为：1)利用微波等离子体化学气相沉积生长一层无色钻石。2)利用微波等离子体化学气相沉积掺杂少量硼，生长一层蓝色钻石。3)利用微波等离子体化学气相沉积掺杂少量氮，生长一层黄色钻石。4)利用微波等离子体化学气相沉积生长一层无色钻石，随后经辐照处理将表面一层颜色变为绿色。5)1
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4步随机排布，生长出的钻石具有独特性及不可重复性。

技术总结
本发明属于材料生长技术，具体的涉及多色钻石的制备方法。采用微波等离子体化学气相沉积法生长钻石，控制不同生长阶段腔体气氛及生长后处理手段，得到多色钻石。本发明通过微波等离子体化学气相沉积法生长钻石，通过控制生长过程中不同阶段的气氛，得到不同颜色的钻石。该方法可生长单色、双色、三色甚至具有更多颜色的钻石。颜色的钻石。


技术研发人员：单崇新 林超男 杨珣 杨西贵 臧金浩
受保护的技术使用者：郑州大学
技术研发日：2021.05.24
技术公布日：2021/10/18