一种克拉级钻石的合成装置及其合成方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种克拉级钻石的合成装置及其合成方法，首先采用加热管、蜂窝状模块、保温传压片、加热片及金属片组装成为合成柱，再将合成柱放入由上半部叶腊石杯体与下半部叶腊石杯体扣合而成的叶腊石腔体内得到合成块；然后将合成块放入六面顶金刚石压机中进行合成，即得到克拉级钻石。该制备方法中采用的合成装置为每颗钻石的生长提供了完全独立的生长环境，保证了钻石能够长时间稳定高效、优质的生长；叶腊石内通孔及导电柱的设置降低加热功率、节省电能、节能减排，也提高了合成腔体内温度的均匀性、增加了优质钻石的合成；该方法在制备过程中对合成柱进行真空包装有效避免了合成过程中被氧化及杂质氮的增加。

A synthetic device for carat grade diamond and its synthesis method

The invention discloses a synthesizing device and a synthesizing method of a carat-grade diamond. Firstly, the synthesizing column is assembled by a heating tube, a honeycomb-like module, an insulating and compressing sheet, a heating sheet and a metal sheet, and then the synthesizing column is put into a pyrophyllite cavity formed by fastening the upper half of the pyrophyllite cup with the lower half of the pyrophyllite cup to get a combination. The synthetic block is then synthesized in a hexahedral top diamond press to produce carat-grade diamonds. The synthesizer used in the preparation method provides a completely independent growth environment for each diamond, guarantees the diamond to grow stably, efficiently and high-quality for a long time; the setting of through-hole and conductive column in the pyrophyllite reduces heating power, saves electricity, saves energy and reduces emission, and improves the uniformity of temperature in the synthesized cavity. The method can effectively avoid oxidation and increase of impurity nitrogen in the synthesis process by vacuum packing the synthetic column.

【技术实现步骤摘要】
一种克拉级钻石的合成装置及其合成方法
本专利技术属于金刚石合成领域，具体涉及一种克拉级钻石的合成装置及其合成方法。技术背景金刚石又称钻石，随着科学技术的不断进步，宝石级钻石已广泛地用于高硬度材料的超精密机械加工、半导体激光器和高功率激光武器等的散热片，航空航天领域的窗口材料、光学材料和宽禁带半导体材料等，扮演着越来越重要的角色。目前市场上对饰品级钻石的需求也日益增长，尤其在克拉级钻石方面需求较大。因此，天然钻石已经远远不能满足发展的需求。因此，在该领域中已发展有多种人工合成钻石的方法。目前，钻石的合成方法主要以CVD和温差法为主，但CVD由于受其生长原理影响，碳原子沉积厚度偏薄，多以片状为主，而且采用以上方法单次只能合成一颗或较少的几颗，合成周期较长，成本较高且晶型不易控制。而温差法宝石级钻石的人工合成技术已经相当成熟，采用该方法可以生产出克拉级人造钻石。目前温差法采用的腔体结构主要采用上下间接加热方式，其温差主要靠处于高温区的碳源通过熔融的触媒向处于低温区的晶种表面输送，从而使其长大；但由于受加热方式和组装方式的影响，上下方向，温度上高下低，左右方向，外高内低，因此，易导致在钻石生长过程中，径向、纵向温差差异较大，造成不同位置碳源沉积速度和含量不同，从而导致合成的钻石大小不一；另外，左右方向存在的横向温差也易造成碳源的偏析，使得合成的钻石形状规则性差。对于合成时间较长的克拉级钻石，上述存在的问题使得合成的钻石存在的缺陷更加明显，大大降低了生产的克拉级钻石的质量、难以实现克拉级钻石的稳定生产，得不到高质量产品，降低了综合生产效率，产出率低。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提供了一种克拉级钻石的合成装置，该装置在克拉级钻石的合成柱中设置了多个单独腔室，每个腔室用于单颗克拉级钻石的生长，以单室的方式给予每颗钻石稳定丰富的生长碳源、触媒，即每颗钻石均具有稳定独立的生长环境、合适的生长空间，使钻石能够优质高效的生长；本专利技术还提供了利用上述装置人工合成克拉级钻石的合成方法，该方法明显提高了合成钻石的透亮度、颜色的等级。本专利技术是通过以下技术方案实现的一种克拉级钻石的合成装置，该装置包括叶腊石腔体以及设置在叶腊石腔体内的合成柱；所述的叶腊石腔体由上本部叶腊石杯体与下半部叶腊石杯体扣合而成，所述上半部叶腊石杯体的杯底与下半部叶腊石杯体的杯底均设置有多个叶腊石通孔，所述叶腊石通孔内设有导电柱；所述合成柱包括加热管(两端开口的中空圆管套)以及加热管内层叠设置的钻石生长模块和保温传压片(所述钻石生长模块内由下向上依次设置有晶床、触媒片和碳源)；所述合成柱还包括加热管上端层叠设置的加热片和金属片，以及加热管下端层叠设置的加热片和金属片；所述加热片与加热管相连接，金属片与导电柱位于叶腊石腔体内部的一端相连接。所述克拉级钻石的合成装置，所述的上半部叶腊石杯体与下半部叶腊石杯体相一致；所述上半部叶腊石杯体与下半部叶腊石杯体的内壁均为一端开口的中空圆柱体，外壁均为一端开口的中空长方体；所述叶腊石杯杯底设置的叶腊石通孔的直径均为4～6mm；所述导电柱的长度与叶腊石通孔的长度一致，导电柱的直径与叶腊石通孔的直径一致。所述克拉级钻石的合成装置，所述的钻石生长模块为蜂窝状模块；所述的保温传压片为第一保温传压片或者第一保温传压片和第二保温传压片。所述克拉级钻石的合成装置，所述蜂窝状模块包括模块本体以及模块本体上部沿模块本体纵向设置的多个盲孔，所述加热管内由下向上依次层叠设置有带有盲孔的蜂窝状模块、第一保温传压片；所述带有盲孔的蜂窝状模块与第一保温传压片的高度之和等于加热管的高度；所述蜂窝状模块上间隔设置有多个盲孔，盲孔与盲孔之间的间隔为2～4mm，所述每个盲孔的直径均为6～15mm、盲孔的深度均为15～25mm；每个盲孔内由下向上依次设有晶床、触媒片和碳源，所述晶床、触媒片和碳源的高度之和等于盲孔的深度；所述第一保温传压片的厚度(即第一保温传压片的高度)为20～30mm，所述晶床的厚度为3～8mm。所述克拉级钻石的合成装置，所述蜂窝状模块包括模块本体以及沿模块本体纵向设置的多个通孔，所述加热管内由下向上依次层叠设置有第二保温传压片、带有通孔的蜂窝状模块、第一保温传压片；所述第二保温传压片、蜂窝状模块和第一保温传压片的高度之和等于加热管的高度；所述蜂窝状模块上间隔设置有多个通孔，通孔与通孔之间的间隔均为2～4mm，所述通孔的直径均为6～15mm、通孔的长度均为15～25mm；每个通孔内由下向上依次设置有晶床、触媒片和碳源，所述晶床、触媒片和碳源的高度之和等于蜂窝状模块的高度(即等于蜂窝状模块本体上通孔的长度)；所述第二保温传压片的厚度为第一保温传压片厚度的1/3～1/4。所述克拉级钻石的合成装置，所述加热片、金属片的直径均与加热管的外径相等；所述加热片的厚度为1～4mm，所述金属片的厚度为0.5～1mm。一种采用上述克拉级钻石的合成装置合成克拉级钻石的方法，该方法包括以下步骤：(1)准备钻石生长模块、第一保温传压片、第二保温传压片、晶床、触媒片、碳源，并准备加热管、加热片、金属片；(2)采用钻石生长模块、第一保温传压片或者第一保温传压片和第二保温传压片、晶床、碳源、触媒片，以及加热管、加热片和金属片组装为合成柱，并用真空封装保存，备用；(3)准备杯底带有通孔的上半部叶腊石杯以及杯底带孔的下半部叶腊石杯，然后对带孔的叶腊石壳体进行烘烤焙烧，烘烤焙烧完成后，保温备用(60-80保温)；(4)将步骤(2)得到的合成柱放入步骤(3)所述保温的下半部叶腊石杯中(先将合成柱解除真空包装、然后立即放入下半部叶腊石杯中)，然后盖上上半部叶腊石杯，即与下半部叶腊石杯进行扣合形成叶腊石腔体，然后将导电柱分别插入上半部叶腊石杯杯底的通孔内及下半部叶腊石杯杯底的通孔内，插入完成后即得到单室单颗粒合成克拉级钻石的合成块；(5)将步骤(4)得到的合成块进行烘烤除湿，除湿完成后，放入六面顶金刚石合成压机中进行合成，合成完成后，即得到克拉级合成钻石。所述合成克拉级钻石的方法，步骤(2)所述的合成柱为在加热管内由下向上依次放置钻石生长模块、第一保温传压片，并在加热管上端层叠设置加热片和金属片、以及加热管下端层叠设置加热片和金属片；其中所述钻石生长模块为蜂窝状模块，所述蜂窝状模块包括模块本体以及模块本体上部沿纵向设置的多个盲孔，蜂窝状模块的所有盲孔内均由下向上依次放置晶床、触媒片和碳源。所述合成克拉级钻石的方法，步骤(2)所述合成柱为在加热管内由下向上依次放置第二保温传压片、钻石生长模块、第一保温传压片，并在加热管上端层叠设置加热片和金属片、以及加热管下端层叠设置加热片和金属片；其中，所述的钻石生长模块为蜂窝状模块，所述的蜂窝状模块包括模块本体以及沿模块本体纵向设置的多个通孔，蜂窝状模块的所有通孔内由下向上依次放置晶床、触媒片和碳源。所述合成克拉级钻石的方法，所述加热片为由高纯石墨棒切割而成的片状结构；所述第一保温传压片和第二保温传压片均为由高纯氧化镁压制而成的圆柱体；所述蜂窝状模块为由质量含量为80％的氧化镁和质量含量为20％的氧化锆混合压制而成的带孔的圆柱体；所述晶床为由高纯氧化镁压制而成的圆柱体，所述触媒片为由质量含量为50～70％的Fe和质量含量为30～本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种克拉级钻石的合成装置，该装置包括叶腊石腔体以及设置在叶腊石腔体内的合成柱，其特征在于，所述的叶腊石腔体由上半部叶腊石杯体与下半部叶腊石杯体扣合而成，所述的上半部叶腊石杯体的杯底与下半部叶腊石杯体的杯底均设置有多个叶腊石通孔，所述叶腊石通孔内设有导电柱；所述合成柱包括加热管，所述加热管为两端开口的中空圆管套，所述加热管内层叠设置有钻石生长模块和保温传压片；所述合成柱还包括加热管上端层叠设置的加热片和金属片，以及加热管下端层叠设置的加热片和金属片；所述加热片与加热管相连接，金属片与导电柱位于叶腊石腔体内部的一端相连接。

【技术特征摘要】
1.一种克拉级钻石的合成装置，该装置包括叶腊石腔体以及设置在叶腊石腔体内的合成柱，其特征在于，所述的叶腊石腔体由上半部叶腊石杯体与下半部叶腊石杯体扣合而成，所述的上半部叶腊石杯体的杯底与下半部叶腊石杯体的杯底均设置有多个叶腊石通孔，所述叶腊石通孔内设有导电柱；所述合成柱包括加热管，所述加热管为两端开口的中空圆管套，所述加热管内层叠设置有钻石生长模块和保温传压片；所述合成柱还包括加热管上端层叠设置的加热片和金属片，以及加热管下端层叠设置的加热片和金属片；所述加热片与加热管相连接，金属片与导电柱位于叶腊石腔体内部的一端相连接。2.根据权利要求1所述的克拉级钻石的合成装置，其特征在于，所述上半部叶腊石杯体与下半部叶腊石杯体相一致；所述上半部叶腊石杯体与下半部叶腊石杯体的内表面均为一端开口的中空圆柱体，外表面均为一端开口的中空长方体；所述叶腊石杯体的杯底通孔直径均为4～6mm；所述导电柱的长度与叶腊石通孔的长度一致，导电柱的直径与叶腊石通孔的直径一致；所述加热片与金属片的直径均与加热管的外径相等，所述加热片的厚度为1～4mm，所述金属片的厚度为0.5～1mm。3.根据权利要求1或2所述的克拉级钻石的合成装置，其特征在于，所述的钻石生长模块为设有盲孔的蜂窝状模块，所述的保温传压片为第一保温传压片；所述设有盲孔的蜂窝状模块包括模块本体以及模块本体上部沿纵向设置的多个盲孔，所述加热管内由下向上依次层叠设置有蜂窝状模块、第一保温传压片，所述蜂窝状模块与第一保温传压片的高度之和等于加热管的高度；所述蜂窝状模块上间隔设置有多个盲孔，盲孔之间的间隔均为2～4mm，盲孔的直径均为6～15mm、盲孔的深度均为15～25mm，每个盲孔内由下向上依次设置有晶床、触媒片和碳源，所述晶床、触媒片和碳源的高度之和等于盲孔的深度；所述第一保温传压片的厚度为20～30mm，所述晶床的厚度为3～8mm。4.根据权利要求1或2所述的克拉级钻石的合成装置，其特征在于，所述的钻石生长模块为设有通孔的蜂窝状模块，所述的保温传压片包括第一保温传压片和第二保温传压片；所述设有通孔的蜂窝状模块包括模块本体以及沿模块本体纵向设置的多个通孔，所述加热管内由下向上依次层叠设置有第二保温传压片、蜂窝状模块、第一保温传压片；所述第二保温传压片、蜂窝状模块和第一保温传压片的高度之和等于加热管的高度；所述蜂窝状模块上间隔设置有多个通孔，所述通孔的直径均为6～15mm、通孔的长度均为15～25mm，通孔之间的间隔均为2～4mm，每个通孔内由下向上依次设有晶床、触媒片和碳源，所述晶床、触媒片和碳源的高度之和等于蜂窝状模块的高度；所述第一保温传压片的厚度为20～30mm，所述第二保温传压片厚度为第一保温传压片厚度的1/3～1/4，所述晶床的厚度为3～8mm。5.一种采用权利要求1所述的克拉级钻石合成装置合成克拉级钻石的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)准备钻石生长模块、第一保温传压片、第二保温传压片、晶床、触媒片、碳源，并准备加热管、加热片、金属片；(2)采用步骤(1)准备的钻石生长模块、第一保温传压片...

【专利技术属性】
技术研发人员：邵增明，张存升，
申请(专利权)人：河南省力量钻石股份有限公司，
类型：发明
国别省市：河南,41