[发明专利]一种制备珠宝首饰用人造CVD金刚石的方法及设备

说明书

本申请公开了一种制备首饰用人造CVD金刚石的设备及方法，所述设备包括：密闭的沉积室，在所述沉积室中竖直设置有热丝组件，在热丝组件两侧分别设置有基体组件，所述基体组件可沿垂直于所述热丝网面的方向往复运动。使用本申请提供的设备可以在制备过程中持续缓慢地移动基片台，从而避免在CVD过程中产生的石墨等杂质落入人造CVD金刚石内部，进而提高人造CVD金刚石的品质，而且，热丝组件的两侧同时设置基片台，从而将制造效率提高1倍，此外，使用本申请提供的设备能够在制备过程中保持人造CVD金刚石前端面的温度恒定，从而增加人造CVD金刚石的厚度，进而获得大尺寸的人造CVD金刚石。

技术领域

本申请属于制造设备领域，特别涉及一种制备珠宝首饰用人造CVD金刚石的方法及设备。

背景技术

金刚石由SP3杂化的碳原子组成，具有立方晶体结构，是已知材料中最硬的物质。在珠宝领域，宝石级大颗粒金刚石经过切割加工后称之为钻石。钻石因其坚硬、稀有和璀璨夺目的视觉效果，被誉为“宝石之王”，作为爱情信物，深受消费者喜爱，但是天然钻石非常稀少，而且价格昂贵，人造钻石的出现弥补了这一缺点。人造钻石在价格上较天然金刚石具有明显的优势。人造钻石以人造CVD金刚石最为常见。人造CVD金刚石是采用CVD法合成的聚晶金刚石，为纯金刚石成分，不含有任何金属粘结剂，其硬度较天然钻石略逊，但作为珠宝首饰用也是足够的。

在人造CVD金刚石合成方法中以热丝CVD法使用范围最为广泛。传统的热丝CVD合成设备如图1所示，包括沉积室001，在沉积室001内水平设置的热丝002和设置于热丝下方的生长基体003，在沉积室顶壁上开设的进气管004和在沉积室底壁上开设的出气管005，所述进气管004的进气口与出气管005的出气口均与热丝002垂直。向热丝CVD合成设备中通入反应气体后，反应气体在热丝附近受热分解后在所述生长基体上沉积金刚石材料。使用传统的热丝CVD合成设备制造的人造CVD金刚石的厚度通常小于1.5mm，很难获得厚度大于3mm的人造CVD金刚石，由于其厚度小常用作低价值的小尺寸饰钻。而且，由于人造CVD金刚石以柱状生长模式生长，因此，使用传统CVD设备制造人造CVD金刚石的过程中，从形核面到生长面，随着人造CVD金刚石晶粒的逐渐增大，人造CVD金刚石晶粒间孔隙逐渐增多，对于厚度大于1.5mm的人造CVD金刚石更加明显，导致人造CVD金刚石的耐磨性和抛光效果降低，人造CVD金刚石作为珠宝首饰或者在其他领域的应用受到限制。

此外，由于在生长过程中在热丝表面产生的石墨等非晶碳成分极易落在生长中的金刚石表面，导致金刚石成品的内部具有缺陷，降低人造CVD金刚石的品质。同时，仅在热丝下方设置生长基体，因此，使用传统热丝CVD合成设备只能单面生长CVD金刚石，对热能的利用率低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制备首饰用人造CVD金刚石的设备及方法，以解决人造CVD金刚石尺寸小、达不到预期装饰效果，以及人造CVD金刚石致密性差、内部缺陷严重等问题。

本发明提供以下几个方面：

第一方面，本发明提供一种制备首饰用人造CVD金刚石的设备，所述设备包括：密闭的沉积室1，在所述沉积室1中竖直设置有热丝组件2，在热丝组件2两侧分别设置有基体组件3，所述热丝组件2包括固定电极板21、滑动电极板22、盘绕于固定电极板21与滑动电极板22之间的热丝23以及两个电极组，所述电极组包括正电极组和负电极组，正电极组与固定电极板21/滑动电极板22连通，负电极组与滑动电极板22/固定电极板21连通，所述热丝23盘绕成热丝网面，所述热丝网面可沿热丝拉伸方向做微小往复运动；所述基体组件3包括传动杆31，所述传动杆31的一端设置有基片台32，在另一端设置有连接台33，所述基片台32设置于所述沉积室1内部，所述连接台设置于所述沉积室1外部，在所述基片台32前端面上设置有沉积基体34；所述沉积基体34与所述热丝23相对设置；所述基体组件3可沿垂直于所述热丝23网面的方向往复运动。