一種大顆粒金剛石的合成裝置及其合成方法制造方法及圖紙

本發明專利技術公開一種大顆粒金剛石的合成裝置，其包括:金剛石生成單元，用于提供金剛石生長環境；內部導電單元，用于形成加熱回路；保溫單元，用于保障金剛石生長所需要的溫度；黑體,用于使熱量在其內部輻射，而不向外傳導熱量；金剛石生成單元內置于內部導電單元，黑體套接在內部導電單元的外部，保溫單元設置在黑體和內部導電單元的外部，合成裝置為正六面體結構。與現有技術比較本發明專利技術的有益效果在于：該合成裝置包括黑體和保溫單元，保證了大顆粒金剛石合成的溫度，該合成裝置能夠合成單顆粒直徑不小于8mm的金剛石，另外，該合成裝置結構簡單，組裝容易，密閉性良好。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及人造金剛石生產
，具體涉及一種大顆粒金剛石的合成裝置及其合成方法。
技術介紹
金剛石作為現今世界上發現最硬的材料，其主要用途在于制備各種金剛石工具，例如切削刀具，磨削刀具等先進工具，另外，與其他材料相比，金剛石除了具有高硬度之外，其許多優異特性被逐漸發現和挖掘，如室溫下高熱導率、極低的熱膨脹系數、低的摩擦系數、良好的化學穩定性、大的禁帶寬度、高的聲傳播速度、半導體特性以及高的光學透過率，使其在機械加工、微電子器件、光學窗口及表面涂層等許多領域有著廣闊的應用前景。在半導體材料
，具有半導體特性的金剛石是目前自然界已知導電率最優的半導體材料，其電子遷移率，電損耗等性質遠遠高于其他半導體材料。而且金剛石半導體不僅運算速度快，而且較耐溫。硅晶片只能承受低于300℃的溫度，砷化稼晶片耐溫不及400℃，但金剛石半導體可加熱至近700℃而不損壞。并且金剛石半導體的散熱性能極好，比硅晶快30倍。高功率的金剛石半導體運算時，其熱量的排除不需要借助于其他散熱裝置，因此是理想的集成電路材料。從獲取途徑分類，金剛石可以分為天然金剛石和人造金剛石，自然界中已發掘的具有半導體特性的天然金剛石儲量非常少，其總量無法滿足日益增長的工業生產的需求，因此，人造金剛石是具有半導體特性的金剛石的主要來源。目前，合成人造金剛石主要采用HPHT技術，并在合成過程中采用溫度梯度法進行控制，現有的HPHT技術也已非常成熟，并廣泛應用于人造金剛石的工業生產中，但是通過現有技術合成的人造金剛石以小顆粒金剛石為主，其重量為1到2克拉，進而以小顆粒人造金剛石做成的半導體切片尺寸不足3×3mm，因此極大的影響了金剛石在半導體領域的應用。所以，合成大顆粒的人造金剛石是十分必要的，但是通過現有的合成裝置合成大顆粒金剛石存在技術難題，現有的合成裝置在正常的合成過程中，其腔體內部無法達到合成大顆粒人造金剛石所需要的溫度。進一步，若通過提高溫度或合成功率的方式使得現有的合成裝置腔體內部達到合成大顆粒人造金剛石所需要的溫度，那么無法保證現有的合成裝置內其他結構不被燒毀。鑒于上述缺陷，本專利技術創作者經過長時間的研究和實踐終于獲得了本專利技術。
技術實現思路
為解決上述技術缺陷，本專利技術采用的技術方案在于，提供一種大顆粒金剛石的合成裝置，其特征在于，包括:金剛石生成單元，用于提供金剛石生長環境；內部導電單元，用于形成加熱回路；保溫單元，用于保障金剛石生長所需要的溫度；黑體,用于使熱量在其內部輻射，而不向外傳導熱量；所述金剛石生成單元內置于所述內部導電單元，所述黑體套接在所述內部導電單元的外部，所述保溫單元設置在所述黑體和所述內部導電單元的外部，所述合成裝置為正六面體結構。較佳的，所述金剛石生成單元包括第一石墨件、金屬觸媒、第一保溫部件、第二保溫部件，所述第一石墨件一端與所述第一保溫部件連接，另一端與所述金屬觸媒連接，所述第一石墨件、所述金屬觸媒和所述第一保溫部件均置于第二保溫部件內部腔體中。較佳的，所述內部導電單元包括導電石墨件、導電金屬件和第二石墨件，所述導電金屬件套接在所述第二保溫部件外部，所述導電金屬件一端與所述導電石墨件電氣連接，另一端還與所述第二石墨件電氣連接，所述第二石墨件與所述金屬觸媒接觸連接。較佳的，該合成裝置還包括第一導電部件和第二導電部件，所述第一導電部件與所述導電石墨件電連接，所述第二導電部件與所述第二石墨件電連接。較佳的，所述保溫單元包括第三保溫部件、第四保溫部件和第五保溫部件，所述黑體內置于所述第三保溫部件，所述第四保溫部件分別與所述導電石墨件和所述黑體接觸連接，所述第五保溫部件分別所述第二石墨件和所述黑體相連。較佳的，該合成裝置還包括密封單元，所述密封單元包括第一密封部件、第二密封部件和葉蠟石，所述第一密封部件與所述第四保溫部件連接，所述第二密封部件與所述第五保溫部件連接，所述葉蠟石包裹在所述第三保溫部件的外部。較佳的，所述黑體的為厚度至少3mm。較佳的，本專利技術還涉及一種合成大顆粒金剛石的方法，所述方法包括：步驟S1，將作為晶種的小顆粒金剛石放置于所述大顆粒金剛石合成裝置的所述金屬觸媒的下部；步驟S2，對所述大顆粒金剛石合成裝置的四個側面、底面和頂面分別施加7.0-7.7GPa壓力；步驟S3，將所述第一導電部件、所述第二導電部件接入電路，并通電，通電功率為5000-6500kw；步驟S4，保持所述金剛石生成單元溫度不低于1000攝氏度，使作為晶種的金剛石生長100-120小時。較佳的，在步驟1中所添加的晶種具有100面的、粒度為60-80目小顆粒金剛石。較佳的，步驟1中所添加的晶種數量為5至23。與現有技術比較本專利技術的有益效果在于：該合成裝置包括黑體和保溫單元，黑體和保溫單元保證了大顆粒金剛石合成的溫度，該合成裝置能夠合成單顆粒直徑大于等于8mm的金剛石，另外，該合成裝置結構簡單，組裝容易，密閉性良好。該合成裝置在有效地保證了大顆粒金剛石合成的溫度的同時，還能保障合成的大顆粒金剛石不被燒毀。附圖說明為了更清楚地說明本專利技術各實施例中的技術方案,下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹。圖1是本專利技術中大顆粒金剛石合成裝置的結構示意圖；圖2是本專利技術中大顆粒金剛石合成裝置在合成過程中的電流流向示意圖。圖中數字表示：1-黑體、2-第一石墨件、3-金屬觸媒、4-第一保溫部件、5-第二保溫部件、6-第一導電部件、7-第二導電部件、8-導電石墨件、9-導電金屬件、10-第二石墨件、11-第三保溫部件、12-第四保溫部件、13-第五保溫部件、14-第一密封部件、15-第二密封部件、16-葉蠟石。具體實施方式以下結合附圖，對本專利技術上述的和另外的技術特征和優點作更詳細的說明。在對本專利技術技術特征的描述過程中，術語、“上”、“下”、“頂”、“底”“內”、“外”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本申請和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本申請的限制。此外，術語“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術特征的數量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隱含地包括一個或者更多個該特征。在本申請中，除非另有明確的規定和限定，術語“安裝”、“相連”、“連接”、“固定”等術語應做廣義理解。對于本領域的普通技術人員而言，可以根據具體情況理解上述術語在本申請中的具體含義。實施例1如圖1所示，為本專利技術中大顆粒金剛石合成裝置的結構示意圖；如圖2所示，為本專利技術中大顆粒金剛石合成裝置在合成過程中的電流流向示意圖。本專利技術提供的一種大顆粒金剛石的合成裝置，包括金剛石生成單元、導電組件單元、密封單元、保溫單元和黑體1。金剛石生成單元包括第一石墨件2、金屬觸媒3、第一保溫部件4、第二保溫部件5。第一石墨件2的頂端與第一保溫部件4接觸連接，第一石墨件2的底端與金屬觸媒3接觸連接，第一石墨件2、金屬觸媒3和第一保溫部件4均置于第二保溫部件5內部所形成的腔體中。第一石墨件2為合成大顆粒金剛石提供碳源。導電組件單元包括第一導電部件6、第二導電部件7和內部導電單元，內部導電單元分別與第一導電部件6和第二導電部件7電氣連接本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種大顆粒金剛石的合成裝置，其特征在于，包括:金剛石生成單元，用于提供金剛石生長環境；內部導電單元，用于形成加熱回路；保溫單元，用于保障金剛石生長所需要的溫度；黑體,用于使熱量在其內部輻射，而不向外傳導熱量；所述金剛石生成單元內置于所述內部導電單元，所述黑體套接在所述內部導電單元的外部，所述保溫單元設置在所述黑體和所述內部導電單元的外部，所述合成裝置為正六面體結構。

【技術特征摘要】
1.一種大顆粒金剛石的合成裝置，其特征在于，包括:金剛石生成單元，用于提供金剛石生長環境；內部導電單元，用于形成加熱回路；保溫單元，用于保障金剛石生長所需要的溫度；黑體,用于使熱量在其內部輻射，而不向外傳導熱量；所述金剛石生成單元內置于所述內部導電單元，所述黑體套接在所述內部導電單元的外部，所述保溫單元設置在所述黑體和所述內部導電單元的外部，所述合成裝置為正六面體結構。2.如權利要求1所述的一種大顆粒金剛石的合成裝置，其特征在于，所述金剛石生成單元包括第一石墨件、金屬觸媒、第一保溫部件、第二保溫部件，所述第一石墨件一端與所述第一保溫部件連接，另一端與所述金屬觸媒連接；所述第一石墨件、所述金屬觸媒和所述第一保溫部件均置于第二保溫部件內部腔體中。3.如權利要求2所述的一種大顆粒金剛石的合成裝置，其特征在于，所述內部導電單元包括導電石墨件、導電金屬件和第二石墨件，所述導電金屬件套接在所述第二保溫部件外部，所述導電金屬件一端與所述導電石墨件電氣連接，另一端還與所述第二石墨件電氣連接，所述第二石墨件與所述金屬觸媒接觸連接。4.如權利要求3所述的一種大顆粒金剛石的合成裝置，其特征在于，其還包括第一導電部件和第二導電部件，所述第一導電部件與所述導電石墨件電連接，所述第二導電部件與所述第二石墨件電連接。5.如權利要求4所述的一種大顆粒金剛石的合成裝置，其特征在于，所述保溫單元包括第三保溫部件、第四保溫...

【專利技術屬性】
技術研發人員：趙相初，林坤峰，趙建民，劉高峰，王艷春，馬娜麗，張偉，齊偉，姜綜博，
申請(專利權)人：雞西浩市新能源材料有限公司，
類型：發明
國別省市：黑龍江;23