一种用于多晶种法合成金刚石大单晶的复合晶床

1.本实用新型涉及金刚石合成技术领域，尤其涉及一种用于多晶种法合成金刚石大单晶的复合晶床。


背景技术：

2.金刚石俗称“钻石”，是当今世界物质中集最大硬度、最大热导率、最小压缩率、最宽透光波段、最快声速、抗强酸强碱腐蚀、抗辐射、击穿电压高、载流子迁移率大等多种优异性能于一体的极限性功能材料，它广泛应用于工业、军事、科技、医疗、珠宝等诸多领域。
3.用于多晶种法合成金刚石的传统晶床是圆柱状的一体材料，绝大多数采用氧化镁材质经压制成型、烧结而成，用于金刚石生长的晶种镶嵌到晶床上，当石墨碳源在驱动力的作用下扩散到晶种附近时便在晶种上析出以实现金刚石大单晶的同质外延生长。
4.然而由于氧化镁的导热系数约为36w/(m
·
k)，这会导致镶嵌晶种的圆面上从中心晶种到圆面边缘的温度梯度较大(径向温度梯度)，这势必会引起晶床的温度场分布不均匀，最终导致中心的金刚石长的非常大、晶型完美，而周围的晶体较小，即所合成的金刚石粒度不均匀，而且周围的金刚石晶体晶型变得有所扭曲、不够完美。为此，我们提出了一种用于多晶种法合成金刚石大单晶的复合晶床。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的是为了解决现有技术中一体式晶床技术难以解决多晶种法合成金刚石周围金刚石晶体生长速率慢且晶型扭曲的缺点，而提出的一种用于多晶种法合成金刚石大单晶的复合晶床。
6.为了实现上述目的，本实用新型采用了如下技术方案：
7.一种用于多晶种法合成金刚石大单晶的复合晶床，包括呈圆盘状的上包覆层、中夹层、下包覆层，所述上包覆层、中夹层、下包覆层均成等直径的圆盘状，且所述中夹层放置在下包覆层的上表面，所述上包覆层放置在中夹层的上表面。
8.所述中夹层为石墨片。
9.所述上包覆层、下包覆层均为氧化镁片。
10.所述上包覆层、中夹层、下包覆层的总高度记为h，所述h的数值为6.5-7 毫米。
11.优选的，所述石墨片为高强度、高纯度石墨片体。
12.优选的，所述上包覆层的厚度记为h1，所述h1的厚度为2-2.5毫米，所述中夹层的厚度记为h2，所述h2的厚度为1.5-2.5毫米。
13.本实用新型提出的一种用于多晶种法合成金刚石大单晶的复合晶床，有益效果在于：将传统的一体式晶床分为上包覆层、中夹层、下包覆层共3部分进而形成复合晶床；在上包覆层、下包覆层均为氧化镁片的情况下，当晶种镶嵌在上包覆层中并进行金刚石的生产过程中；由于中夹层为高强度、高纯石墨片，石墨片导热系数可达150w/(m
·
k)以上，因此凭借石墨片的高导热系数，其可以显著改善镶嵌有晶种的上包覆层的温度场分布，使其径向
温度梯度显著较小，进而有利于金刚石大单晶的生长，并能够使所合成的金刚石呈尺寸均一、晶型完美的状态。
附图说明
14.图1为本实用新型提出的一种用于多晶种法合成金刚石大单晶的复合晶床的结构示意图。
15.图2为本实用新型中传统晶床的结构示意图。
16.图中：上包覆层1、中夹层2、下包覆层3。
具体实施方式
17.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。
18.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
19.实施例1
20.参照图1，一种用于多晶种法合成金刚石大单晶的复合晶床，包括呈圆盘状的上包覆层1、中夹层2、下包覆层3，上包覆层1、中夹层2、下包覆层3均成等直径的圆盘状，且中夹层2放置在下包覆层3的上表面，上包覆层1放置在中夹层2的上表面。
21.中夹层2为石墨片。
22.上包覆层1、下包覆层3均为氧化镁片。
23.上包覆层1、中夹层2、下包覆层3的总高度记为h，h的数值为6.8毫米。
24.石墨片为高强度、高纯度石墨片体。
25.上包覆层1的厚度记为h1，h1的厚度为2.3毫米，中夹层2的厚度记为h2， h2的厚度为2毫米，下包覆层3的厚度为2.5毫米。
26.进一步的在金刚石生产的过程中，生产所需的晶种镶嵌在上包覆层中，并使晶种的表面与上包覆层1的上表面保持平齐。
27.对比例
28.参照图2，相较于运用图2中传统晶床所生产出的金刚石，采用本实施例中的复合晶床所成产的金刚石尺寸均一、晶型完美的状态，因此本方案所提出复合晶床在金刚石的生产过程中，有利于金刚石大单晶的生长，并能够使所合成的金刚石呈尺寸均一、晶型完美的状态，进而有利于进行推广使用。
29.以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。


技术特征：
1.一种用于多晶种法合成金刚石大单晶的复合晶床，其特征在于，包括呈圆盘状的上包覆层(1)、中夹层(2)、下包覆层(3)，所述上包覆层(1)、中夹层(2)、下包覆层(3)均成等直径的圆盘状，且所述中夹层(2)放置在下包覆层(3)的上表面，所述上包覆层(1)放置在中夹层(2)的上表面；所述中夹层(2)为石墨片；所述上包覆层(1)、下包覆层(3)均为氧化镁片；所述上包覆层(1)、中夹层(2)、下包覆层(3)的总高度记为h，所述h的数值为6.5-7毫米。2.根据权利要求1所述的一种用于多晶种法合成金刚石大单晶的复合晶床，其特征在于，所述上包覆层(1)的厚度记为h1，所述h1的厚度为2-2.5毫米，所述中夹层(2)的厚度记为h2，所述h2的厚度为1.5-2.5毫米。

技术总结
本实用新型公开了一种用于多晶种法合成金刚石大单晶的复合晶床，包括呈圆盘状的上包覆层、中夹层、下包覆层，所述上包覆层、中夹层、下包覆层均成等直径的圆盘状，且所述中夹层放置在下包覆层的上表面，所述上包覆层放置在中夹层的上表面。本实用新型在上包覆层镶嵌有晶种，当碳素扩散到晶种附近并在晶种上析出，进而实现金刚石的同质外延生长。通过改善中夹层材料的热导率，可以显著改善上包覆层的温度场分布，使其径向温度梯度显著较小，进而有利于金刚石大单晶的生长，并能够使所合成的金刚石呈尺寸均一、晶型完美的状态。晶型完美的状态。晶型完美的状态。


技术研发人员：李勇 王应 冉茂武 金慧 张蔚曦 田昌海 肖政国 佘彦超
受保护的技术使用者：铜仁学院
技术研发日：2021.09.08
技术公布日：2022/7/28