[发明专利]一种宝石级培育钻石的反应芯、合成块及合成方法

说明书

本发明公开了一种宝石级培育钻石的反应芯、合成块及合成方法，涉及培育钻石生产技术领域，其中反应芯包括绝缘芯棒，所述绝缘芯棒外侧依次设有加热管、内保温管、碳源管、触媒管、晶底管、外保温管，所述绝缘芯棒为氧化铝材质，所述加热管为石墨材质，所述内保温管为氧化镁材质，所述触媒管为铁镍钴合金管，所述晶底管、外保温管均为氧化铝材质，所述晶底管的四周均匀设有若干晶种孔；合成块包括反应芯、内衬、叶蜡石块、导电柱、铁片、加热碳片、堵头、保温环、白云石环、叶蜡石环。本发明的反应芯通过各种管状结构件形成符合钻石生长的温差条件，温差可控，温度场均匀；采用管状植晶结构，提高了植晶面积和数量，产品颗粒大、良品率高。

技术领域

本发明涉及培育钻石生产技术领域，具体为一种宝石级培育钻石的反应芯、合成块及合成方法。

背景技术

人造钻石按终端应用的场景不同主要分为人工培育钻石和工业钻石两种，2021年以来，在天然钻石旺盛的需求带动下，培育钻石需求量迅速增长，各大生产企业纷纷出现供不应求的状况。经过多年的发展，国内的人工培育钻石已经形成了较为完整的生产及销售体系，并在全世界占据重要位置。人工培育钻石的主要生产方法为高温高压法，简称HTHP，按照成核方式的不同，又分为自发成核和晶种法两种方式。其中自发成核的技术尚不成熟，生长的钻石颗粒相对较小，故目前主要采用晶种法获得大颗粒培育钻石。

晶种法生长绝大部分是纵向温差法生长，并且在此基础上进行不断地演变和发展，形成了成熟的技术体系。但是随着六面顶压机的不断大型化，纵向温差法难以将合成块做大并且保证质量，一旦叠加多层基面，合成效果就难以达到理想的程度，故大多情况下只能放置一层基面，导致腔体内部空间得不到充分利用，大量空间被浪费，单次合成产出低。若为了提高腔体内部空间的利用率而采取纵向叠加的方式，由于纵向叠加的部件过多，叠加误差难以控制在合理的范围内，导致合成的钻石质量波动较大，难以稳定生产宝石级培育钻石。此外，由于腔体结构本身存在横向温差，导致内外不同位置的晶体生长情况差异较大。

专利CN106215808A提出一种人工合成首饰用无色钻石的合成块及其合成方法，通过对触媒片成分、碳源纯度和Cu箔厚度和控制，使碳原子热分子运动、触媒片的熔融和Cu箔与氮原子反应间相互达到协同配合，恰到好处地使三者共同作用，实现碳原子与金刚石籽晶接触，在籽晶表面无间隙成核、长大，避免包裹体或内部杂质的产生，提高钻石纯净度，产品粒度大、颜色佳、成品率高，实用性强，但其采用的仍旧是纵向叠加结构，无法解决叠加误差难以控制、腔体空间利用率低的问题。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种宝石级培育钻石的反应芯及合成块，以解决现有的晶种法生产人工培育钻石时顶压机腔体空间利用率低，以及采用纵向叠加方式进行合成时质量不稳定的问题。

本发明的目的还在于提供一种能够稳定生产宝石级培育钻石的合成方法。

本发明采用的技术方案如下：

一种宝石级培育钻石的反应芯，包括绝缘芯棒，所述绝缘芯棒外侧依次设有加热管、内保温管、碳源管、触媒管、晶底管、外保温管，所述绝缘芯棒为氧化铝材质，所述加热管为石墨材质，所述内保温管为氧化镁材质，所述触媒管为铁镍钴合金管，所述晶底管、外保温管均为氧化铝材质，所述晶底管的四周均匀设有若干晶种孔。

优选的，所述触媒管中铁、镍、钴元素的比例为5:4:1。

优选的，所述晶种孔的直径为0.8～2mm。

优选的，所述内保温管的厚度为3～6mm，所述外保温管的厚度为2～7mm。

本发明还提供了一种人工培育钻石的合成块，包括反应芯，所述反应芯外侧依次设有内衬、叶蜡石块，所述反应芯的两端由内至外依次设有导电柱、铁片、加热碳片、堵头，所述导电柱、内衬之间设有保温环，所述保温环的外侧依次设有白云石环、叶蜡石环。

本发明还提供了一种宝石级培育钻石的合成方法，包括如下步骤：