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实验室如何培育钻石之高温高压合成法

2020-2-1 23:51
来自: 互联网 收藏 邀请

目前市场上普遍钻石培育方法主要是高温高压法(High Temperature High Pressure,HTHP),化学气相沉积法(Chemical Vapor Deposition,CVD)。 (1)高温高压(HPHT)钻石培育技术 作为第一代的钻石生长技术,高温高压技 ...

目前市场上普遍钻石培育方法主要是高温高压法(High Temperature High Pressure,HTHP),化学气相沉积法(Chemical Vapor Deposition,CVD)。

(1)高温高压(HPHT)钻石培育技术

作为第一代的钻石生长技术,高温高压技术完全模拟天然钻石的生长过程,在地上重现碳元素层的反应并将石墨转换成钻石。HPHT法合成钻石的生长发生在装置内的一个小舱室里,该装置能够产生非常高的压力。在舱室内钻石粉末原料溶解在熔融的金属助熔剂中,然后在晶种上结晶,以形成合成钻石晶体。结晶过程需要数周至一个月或更长时间,以形成一个或几个晶体。然而此方法制作的合成钻石多数未能达到宝石级,一般应用于钻探、切割、航天、电子工业、热交换等领域。

目前世界上流行的高温高压合成钻石的设备主要有两面顶(belt,欧美国家主要流行)、六面顶(我国特有)和分割球(bars split sphere,俄罗斯)或改良的分割球(Gemesis公司)。


原理:高温高压合成法又称为种晶触媒法。石墨是低压稳定相,金刚石(钻石的矿物学名称)是高压稳定相。由石墨直接向金刚石进行转变,所需的压力和温度条件都很高,一般需要10GPa、3000℃以上的压力和温度。如果在有金属触媒参与的条件下(如Fe、Ni、Mn、Co等以及它们的合金),石墨变为金刚石所需要的温压条件将大为降低,所以目前高温高压法合成钻石都有金属触媒参与。作为溶剂的金属触媒处于碳源(一般为石墨)与金刚石籽晶之间。碳源处于高温端,籽晶处于低温端,由于高温端的碳源的溶解度大于低温端的溶解度,由温度差所产生的溶解度差则成为碳源由高温端向低温端扩散的驱动力,碳源在籽晶处逐渐析出,金刚石晶体渐渐长大。由于晶体生长的驱动力是由温度差所致,因此也将该方法称为温度差法。

高温高压合成钻石的基本特征:HTHP合成钻石常为立方体、八面体及二者的聚形;颜色常为黄色、黄褐色,内部常见有色带、金属包裹体等特征,未熔的金属包体呈针状、片状、小柱状或不规则的外观,具金属光泽,致使合成钻石有磁性。合成钻石在长波紫外线下通常无荧光,短波下常有黄色、绿黄色、橙黄色的荧光,合成钻石在超短波紫外线或阴极射线下有特征的分带现象,不同的生长区显示不同颜色的荧光分带。


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