[发明专利]一种利用沼气合成金刚石的系统及其方法

说明书

本发明属于金刚石制备技术领域，公开了一种利用沼气合成金刚石的系统及其方法，利用沼气合成金刚石的系统设置有沼气池，所述沼气池依次连接发电装置、电源装置；所述沼气池还连接气体提纯装置，所述气体提纯装置经气体管道连接真空反应腔室，所述电源装置通过能量传输装置连接真空反应腔室为真空反应腔室提供能量。本发明提供的一种沼气合成金刚石的系统，能够保证电质量稳定且不断电，有效提高金刚石合成的成品率并成本降低，通过本系统利用沼气池发电并有效存储，通过稳定的电力系统输入至合成设备中，能够解决电网突然停电的风险，并能保证合成过程的连续性，提高产品效率，通过自身供电也可有效降低生产成本。

技术领域

本发明属于金刚石制备技术领域，尤其涉及一种利用沼气合成金刚石的系统及其方法。

背景技术

目前，单晶金刚石合成技术已经得到了广泛应用，但是仍然存在两个关键的问题难以解决大批量生产的过程。

第一是电力不稳定，通常采用的是电网的电直接供能，将电能转化为金刚石合成所需要的能量，但是由于金刚石合成时间较长，对电的质量要求较高，不能存在波动，如果突然停电将导致金刚石晶体产生裂纹导致产品报废，另外市电存在高峰期用电量大导致市电不稳定，电压上下波动也将导致产品的不稳定，虽然目前也通过稳压电源、电池组等方式进行电能的优化，但是并未从根本上解决问题，所以导致产品废品率高，导致成本偏高。

第二是气体纯度不稳定，目前采用的是通过更换气瓶的方式进行储存和使用，由于气瓶储存量有限，金刚石合成过程是一个持续且耗时较长的过程，器件需要更换气体，则很容易产生泄漏并混入杂质，安全性和品质都得不到有效的保证。

因此，研发一种用于金刚石产品的成品率提高的系统是目前急需解决的问题。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：

(1)单晶金刚石合成过程中电力不稳定。

(2)单晶金刚石合成过程中气体纯度不稳定。

(3)现有技术合成过程中通常由于存在不稳定的因素导致晶体生长中形成内部缺陷，主要表现在输入功率不稳定，第二个是气体纯度不稳定，通过不断的更换气瓶导致晶体生长中出现压力差和杂质不可控。

解决以上问题及缺陷的意义为：

通过改善用电质量，可以通过很多办法，比如太阳能发电，但是由于生长是持续进行，太阳能白天能够充分供电，而夜间耗能较大无法保证稳定；而通过稳压电源等提高电质量无法保证意外停电，由于晶体生长温度较高，如果突然停电会导致晶体收到热冲击产生裂纹而报废；因此考虑本项目采用沼气发电，能够提前储备并长时间稳定供应；

气体提纯，通过提纯工艺解决甲烷纯度问题，但是甲烷气瓶更换过程中会产生压力差，导致系统真空稳定性被破坏，并且气瓶存在一定的安全危险。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种利用沼气合成金刚石的系统及其方法。本发明提高了产品的品质，降低了晶体的缺陷密度，提高了生产的稳定性。

本发明是这样实现的，一种利用沼气合成金刚石的系统设置有沼气池，所述沼气池依次连接发电装置、电源装置；

所述沼气池还连接气体提纯装置，所述气体提纯装置经气体管道连接真空反应腔室，所述电源装置通过能量传输装置连接真空反应腔室为真空反应腔室提供能量。

进一步，所述沼气池的容量为10立方米-1000立方米；所述发电装置的功率为10-1000kw；所述气体提纯装置的流量为10slm-1000slm，气体提纯装置内气体纯度大于99.99％。

进一步于，所述电源装置包括：直流/交流电源、微波电源或直流电源中的一种，根据合成金刚石的原理不同分为热丝cvd采用的直流/交流电源，微波cvd采用的微波电源，直流cvd采用的直流电源进行配置。