[实用新型]一种石墨管加热体及金刚石大单晶合成腔体

说明书

本实用新型公开了一种石墨管加热体，包括管体A段和B段，所述管体A段和所述管体B段为一体化成型的石墨材质管状结构，所述管体B段靠近所述管体A段的一侧外围通过切削形成环形结构的凹槽，所述凹槽外围活动套设有绝缘环圈。一种金刚石大单晶合成腔体，包括所述的石墨管加热体，还包括有容置结构。本实用新型中凹槽部分的电阻将会增大，这样同样可以减小合成腔体内的温度梯度，进而提升IIa型金刚石大单晶的品质，故不需要在石墨管加热体下部加辅助热源；设计可以保证合成压力的有效传递，同时也避免在升压过程中凹槽部分破损；还可以在整体腔体体积不变的情况下，扩大腔体内的容积，复合现在对于高温高压法制备金刚石单晶的研发方向。

技术领域

本实用新型涉及金刚石单晶合成技术领域，具体是一种石墨管加热体及金刚石大单晶合成腔体。

背景技术

金刚石俗称“钻石”，是当今世界物质中集最大硬度、最大热导率、最小压缩率、最宽透光波段、最快声速、抗强酸强碱腐蚀、抗辐射、击穿电压高、载流子迁移率大等多种优异性能于一体的极限性功能材料，它广泛应用于工业、军事、科技、医疗、珠宝等诸多领域。鉴于金刚石潜在的科研与商业价值，国外对金刚石合成技术是绝密的。因此，拥有独立知识产权的先进高性能金刚石合成技术，对一个国家未来的整个工业化发展、科技水平的全面提高、国防力量的整体增强等都将起着极其重要的作用。

高温高压法是合成金刚石大单晶最为有效的技术手段之一，其生长驱动力为石墨管加热体轴向上的温度梯度，即金刚石大单晶的生长速率与石墨管加热体轴向上的温度梯度成正比。

采用高温高压法(6.0GPa、1300℃)所合成的金刚石大单晶为黄色，其原因在于金刚石合成体系中含有游离态的氮杂质或化合态的氮杂质元素，在金刚石结晶过程中，这些氮杂质进入到金刚石晶格之中，进而形成氮缺陷。一般而言，高温高压法所合成的金刚石大单晶内部的氮缺陷浓度约为300ppm。为了获得具有完美晶格结构、更佳光学性能的金刚石大单晶，需要在合成腔体中加入除氮剂(Ti/Cu或Zr)，使得所合成的金刚石大单晶中氮杂质缺陷浓度小于1ppm且呈无色透明。当合成腔体（合成组装如图1所示）中引入除氮剂之后，无疑相当于在合成腔体内部引入了新的杂质。倘若不适当减小温度梯度，则会导致所制备的金刚石内部出现大量的金属包裹体，严重影响所合成金刚石的品质。

现有技术中，采用了如附图1所示的石墨管加热体，为了保证不含氮杂质金刚石的品质，现有减小温度梯度的技术为在石墨管加热体下部添加辅助热源。添加辅助热源后，石墨管发热体的最高温度仍然位于石墨管发热体中间位置，而此时石墨管底部的温度较未加辅助热源之前会有较大的提高，然而，石墨管发热体中间到石墨管底部的距离没有发生改变，这意味着石墨管加热体中间到底部的温度梯度变小，即合成腔体内部的温度梯度减小，这样可以保证IIa型金刚石大单晶的品质。

然而，辅助热源片的使用会造成合成腔体内部压力的损失，约0.8GPa，这意味着约有13.3%的压力被损失掉，为了保证金刚石大单晶的合成压力就必须提高系统压力，这势必会引起碳化钨顶锤以及高压设备其它元部件的损耗加大。此外，使用辅助热源在组装过程中会有较为麻烦，一旦操作不慎，会导致合成辅助热源附近产生局部过热，导致合成系统电路断路，甚至引起损失更大的裂锤现象产生，增加生产成本。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种石墨管加热体及金刚石大单晶合成腔体，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种石墨管加热体，包括管体A段和管体B段，所述管体A段和所述管体B段为一体化成型的石墨材质管状结构，所述管体B段靠近所述管体A段的一侧外围通过切削形成环形结构的凹槽，所述凹槽外围活动套设有绝缘环圈。

进一步的，所述管体A段长度大于所述管体B段的长度。

进一步的，所述绝缘环圈为一体化成型的绝缘陶瓷材质圆环。