化学蒸汽沉淀法合成钻石 2011-07-11

  　　早在通用电气公司、瑞士的ASEA 实验室、戴比尔斯等机构陆续成功地用高温高压法合成了钻石, 并开始商业性消费之前, WG Eve rsole 就成功地从亚稳定状态的气体中合成出了钻石。由于合成速度极慢, 化学蒸汽沉淀合成钻石的方法(又称气相法) 一直被人们冷落了二十多年。直到1974 年, 位于日本筑波的日本无机材料研究所用这一方法合成钻石, 取得了重大突破, 并于1981 年正式向世人公布他们的实验成果之后,各国的研究人员才开始将合成钻石的研究及开发的重点放在这一方法上。今天, 化学蒸汽沉淀(CVD) 法合成钻石的技术已获得了飞速的发展。

　　1. 化学蒸汽沉淀法合成钻石的基本原理

　　将甲烷和氢气两种气体输入一直径约为50 mm 的石英管中, 石英管的压力保持在5%大气压, 管的中心部分放置一非钻石材料制成的基座(通常用硅材料。合成钻石将在基座上沉淀下来) 。由微波产生的等离子输入石英管后, 将使管内温度加热至800 ℃左右, 甲烷气体分离后的碳将沉淀在基座上, 合成出多晶质钻石。

　　2. 化学蒸汽沉淀法合成钻石的长处

　　( 1) 合成钻石不必在钻石籽晶上生长, 它可以在各种材料的基座上沉淀下来。

　　( 2) CVD 是一种低温、低压合成技术, 压力接近大气压( 0. 01～1 大气压) 、温度则在700～1000 ℃之间, 因而更为经济。

　　( 3) CVD 合成的是一种多晶质钻石, 钻石晶体随机排列, 这使得它比单晶钻石更具韧性, 而且更易合成大面积的钻石。

　　( 4) CVD 方法可以直接在各种材料表面上生长钻石膜, 而且理论上钻石膜的面积、厚度、形状等均不受限制, 这使其在切割工具、光学、抗腐蚀、散热、半导体等领域具有独特的应用前景。

　　另外, 高温高压合成钻石主要由几家大公司垄断, 而CVD 法的研究和开发是开放性的。因此, CVD 法的合成工艺更加多样化, 参与开发消费的企业、机构众多。预计21 世纪, 钻石膜将会给人们的日常生活和高科技领域创造更多的价值。

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