您好 欢迎来到超硬材料网  | 免费注册
远发信息:磨料磨具行业的一站式媒体平台磨料磨具行业的一站式媒体平台
手机资讯手机资讯
官方微信官方微信

金刚石生长不好的关键所在

关键词 金刚石|2007-07-20 00:00:00|技术信息|来源 中国超硬材料网
摘要 目前生产的人造金刚石的质量不高,即便是所谓的高品级产品也存在着致命的质量问题,比如耐热性差(众所周知,金刚石工具的制造和使用都要遇到高温)。业内有识之士认为当前首要的任务是提高金刚...

  目前生产的人造金刚石的质量不高,即便是所谓的高品级产品也存在着致命的质量问题,比如耐热性差(众所周知,金刚石工具的制造和使用都要遇到高温)。业内有识之士认为当前首要的任务是提高金刚石的质量,这是很对的。
  金刚石为什么生长不好?是生产金刚石的高压高温设备小?是用六面顶高压高温设备不能生产高质量的金刚石,而只有用两面顶高压高温设备才能生产高质量的金刚石?是因为压力和温度的控制技术不先进?所用的原材料有问题?金刚石的生产是个系统工程,涉及的面很广,影响因素很多。但什么是主要的呢?笔者通过多年实验研究认为以下两个方面的问题可能是关键所在。
  1.高压高温腔体内的压力和温度分布不合理
  目前大家所采用的生产金刚石的高压高腔体中压力和温度的分布是极不合理的。某些研究者已注意到这个问题。因为用的是固体传压介质,压力是从外部向中心传递,故压力的分布是外围高、中心低。又因为腔体的外围发热量少,但散热多,因而温度的分布是腔体中心高、外围低。压力和温度沿轴向和径向的分布也有差别。这样的压力和温度分布对金刚石的生长不利,能生长优质金刚石的部位很少,这还仅是从宏观上看,深入的观察发现:
  对所有触媒片来说,它们上面生长金刚石的情况不一样。轴向两端的触媒片上生长的金刚石多的话,中间部位触媒片上的金刚石就少;反之亦然。
  如果取某一片触媒片来分析,可以发现两个面上生长金刚石的情况不同。比较直观的是金刚石在数量上的差异。一个面上多,另一个面上少。实际上,在不同面上生长的金刚石的质量也有差别。
  如果再观察触媒片的某一个面,又可以发现在触媒片的中心部位和四周金刚石的生长情况不同。如果中心部位金刚石多的话,四周就少,如果四周多,则中心部位就少。如果触媒片的同一个面上长满了金刚石,其质量也不完全一样。
  如果再深入一步,可以观察到,由于同一片触媒片的厚度方向存在压力梯度,尤其明显的是存在温度梯度,在金刚石的生长过程中,随时间加长,触媒片的高温一面生长的金刚石在后期不仅不继续生长,而且被触媒部分溶解,输运到触媒片低温一面生长的金刚石上。如果温度梯度过大,则被溶解的碳在低温部位以再生石墨的形式结晶出来。在径向方向上,这种现象更明显,因为同一触媒片的径向温度梯度更大。
  在高压高温腔体中,触媒片和石墨片是•,叠加串联起来的。由于它们的电阻不同,石墨的电阻大,触媒片的电阻小,通电后主要由石墨发热,因此石墨的温度高,触媒片的温度低。
  这种情况对高质量金刚石的生长是极为不利的。通常金刚石大多生长在触媒和石墨的界面处。由于石墨的温度高于触媒的温度,触媒金属向石墨中扩散流动较快,因此金刚石晶体在面向石墨的方向上生长过,造成晶体中的缺陷很多,并且常出现质量很差的多晶连生晶体。而金刚石晶体在触媒片中的部分也往往生长不好,因为触媒片温度低,不能充分溶解碳,金刚石晶体生长所需要的原料供应不足。如果提高触媒片的温度,则石墨所在部位的温度就过高了,金刚石晶体会停止生长或被烧蚀。
  2.金刚石生长过程中医力和温度不稳定
  引起压力变化的原因很多,如叶蜡石的相变,石墨向金刚石的相变,触媒与石墨的相互溶解扩散,补压补不进等等。引起温度不稳定的因素也很多。由于热量的积累,腔体中的温度随时间而上升;腔体中的温度是由腔体内部发热与外部散热平衡的结果,所以环境温度的变化也有影响作用;叶蜡石导热性能的变化…。造成温度不稳定的主要原因是石墨变成金刚石的相变。导电的石墨变成了绝缘的金刚石,使腔体中的电阻增大。体系中其它新相的形成也会引起电阻的变化。腔体中内部物质的迁移有个重要规律,那就是触媒金属向温度高的地方扩散流动,而被溶解在触媒中的碳则向温度低的地方扩散。这一规律不仅直接影响金刚石的生长,而且会改变温度的分布,从而又进一步影响金刚石的生长。
  此外,目前所用的原材料又不很规范,各组装件性能不稳定,重复性差,难有规律可循;高压高温设备的精度不高也使压力和温度重复性差,这些就更加使腔体中的压力和温度不稳定。
  在这样一个压力和温度分布极不合理,压力和温度又不断变化的环境中,金刚石怎么能生长好?
  人们认识到压力和温度在金刚石生长过程中的重要性,也想了不少办法通过控制压力和温度来控制金刚石晶体的成核和生长。例如,控制升压升温过程以控制成核;在金刚石生长过程中恒定压机的吨位,恒定输入功率;在生长期间按一定斜率补压,按一定斜率降输入功率;根据腔体内部某些参数的变化用仪器进行自动调整等。这些办法越来越先进,在一定的条件下能起一定的作用,但并不理想。因为没有解决高压高温腔体中压力和温度分布不合理、金刚石生长过程中压力和温度不稳定的问题。因此也就很难生长出数量多质量又好的金刚石。这些问题的解决需要通过其它办法来实现。

 

① 凡本网注明"来源:超硬材料网"的所有作品,均为河南远发信息技术有限公司合法拥有版权或有权使用的作品,未经本网授权不得转载、摘编或利用其它方式使用上述作品。已经本网授权使用作品的,应在授权范围内使用,并注明"来源:超硬材料网"。违反上述声明者,本网将追究其相关法律责任。

② 凡本网注明"来源:XXX(非超硬材料网)"的作品,均转载自其它媒体,转载目的在于传递更多信息,并不代表本网赞同其观点和对其真实性负责。

③ 如因作品内容、版权和其它问题需要同本网联系的,请在30日内进行。

※ 联系电话:0371-67667020

延伸推荐

国际金刚石及相关材料应用大会在郑州召开,中国超硬材料...

2025年7月27日,由中国机械工程学会主办,中国机械工程学会金刚石及制品分会、河南省机械工程学会承办的国际金刚石及相关材料应用大会(DMA2025)在...

日期 2025-07-28   超硬新闻

金刚石类散热封装材料与器件研讨会在许昌召开

为推动金刚石类散热封装材料与器件的技术创新与产业应用,7月25日,由许昌市工业和信息化局、科技局、许昌市投资集团有限公司主办,河南黄河旋风股份有限公司、...

日期 2025-07-28   超硬新闻

【每日科普】纳米金刚石作为抗肿瘤药物的转运载体

纳米金刚石早期主要应用于涂料、润滑油、聚合物态添加剂、电子器件、传感器和电化学等材料科学领域。近期其在生物学领域的应用引起了人们的极大关注。Schrand等研究发现,纳米金刚石能够...

日期 2025-07-28   超硬新闻

低热阻未来:室温键合多晶金刚石为GaN电子设备高效降...

在当今的电子设备领域,高功率、高频的半导体器件如GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)正变得越来越重要。它们被广泛应用于雷达系统、卫星通信、5G基站、可再...

日期 2025-07-25   超硬新闻

480万片金刚石半导体项目落地,12英寸产线加持!

近日,辽宁沈抚由氢基新能科技集团联合上海卓远方德半导体有限公司共同投资建设的“第四代半导体MPCVD金刚石材料及高端晶圆生产基地”项目正式破土动工。作为...

日期 2025-07-25   超硬新闻

CVD 金刚石薄膜与涂层:制备技术及关键领域应用

金刚石凭借超高硬度、高热导率、宽禁带等优异理化性质,在众多领域展现出广阔应用前景。化学气相沉积(CVD)作为制备金刚石薄膜与涂层的核心技术,已实现多领域突破。接下来将阐述CVD金刚...

日期 2025-07-24   超硬新闻

超万倍!金刚石又突破极限

窄线宽激光器在精密传感、光谱学和量子科学等广泛应用中至关重要。除了光谱宽度外,光谱形状也是一个重要因素,具体取决于应用场景。例如,激光线形两侧的功率可能...

日期 2025-07-24   超硬新闻

三安光电:氧化镓与金刚石研发全面启动

近日,三安光电(600703.SH)在互动平台披露,其旗下湖南三安已正式启动氧化镓(Ga₂O₃)、金刚石等第四代半导体材料的研发工作。这标志着公司在深耕...

日期 2025-07-23   超硬新闻

引领国际!我国牵头制定的首个纳米金刚石国际标准发布

近日,我国超硬材料企业——河南联合精密材料股份有限公司牵头制定的ISO国际标准《特殊用途功能性填料聚合物用纳米金刚石》(ISO6031:2025)正式发布。该标准的成功发布,标志着...

日期 2025-07-23   超硬新闻

国机精工:金刚石散热领域的商业化应用是公司重点发展的...

国机精工7月22日在互动平台回答投资者提问时表示,金刚石散热领域的商业化应用是公司重点发展的方向之一,包括金刚石散热片和金刚石铜等产品。公司看好包括散热、光学窗口等在内的金刚石功能...

日期 2025-07-23   企业新闻