[发明专利]一种人工合成柱状金刚石大单晶的方法

说明书

本发明的一种人工合成柱状金刚石大单晶的方法，属于晶体生长中的金刚石单晶生长的技术领域。所述的柱状金刚石大单晶，包括柱状金刚石片晶和柱状金刚石塔晶，晶体为长条形，长宽比为1.05～2.0。采用高温高压温度梯度法合成金刚石大单晶，合成压力为5～6GPa，腔体中心温度为1260～1360℃，合成时间为10～30h；所述的籽晶为长条形晶面，长宽比大于1.5。本发明直接合成柱状金刚石大单晶，避免了金刚石在使用前的大幅度加工，满足了某些领域对柱状金刚石的需求。该方法合成晶体质量没有明显的缺陷，形状规则对称，并且操作简单，成本低，具有可重复性，能够满足批量化生产要求。

技术领域

本发明属于晶体生长中的金刚石单晶生长的技术领域，具体涉及一种人工合成柱状金刚石大单晶的方法。

背景技术

金刚石材料是一种集多种优良性质于一身的极限多功能材料，其集优良的电学、光学与热学性质于一身并具有极大的机械硬度。因此，金刚石在许多领域都有广泛的应用。尤其是随着人工合成金刚石大单晶技术的发展，增大了合成金刚石的尺寸，进一步拓宽了金刚石材料的应用领域。

目前，金刚石大单晶的合成主要依赖于高温高压温度梯度法。这种方法的原理是，自腔体的高温端向低温端依次排列碳源、触媒、籽晶和晶床。在高温高压条件下，碳源先转化为金刚石继而被触媒溶解，并在合成腔体的温度梯度的驱动下向低温区扩散。向低温区扩散的碳源在籽晶上析出，从而实现金刚石大单晶的生长。

在工业上利用高温高压温度梯度法合成金刚石大单晶时，使用的籽晶，其晶面往往是长宽比的比值近似于1的工业级金刚石，用这种籽晶合成的大单晶的形状比较固定，往往为长宽比的比值为1的板状或塔状。这种形状往往需要通过大幅度加工后才能利用。但由于金刚石材料的加工比较困难，这就造成了利用上难度的增大，难以满足某些领域对特殊形状金刚石大单晶的需求。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于克服目前技术中存在的局限，提供一种合成柱状金刚石大单晶的方法。通过特殊形状籽晶的使用和适宜合成温度的调控，定向的诱导合成晶体的形状，把合成晶体的形状诱导成更容易使用的柱状，直接生产柱状金刚石大单晶。

本发明合成柱状金刚石大单晶的方法，在利用高温高压温度梯度法合成金刚石大单晶的过程中，将传统的方形籽晶晶面，改成长宽比更大的长条状晶面，利用晶体延籽晶生长的特性，使合成晶体延籽晶方向上的晶面拉长。通过将合成温度控制在适宜的范围内，调整各个晶面的生长速度，控制合成晶体的晶型。在籽晶形状和合成温度两个因素的共同作用下，使晶体的形状呈现柱状。

本发明所述的柱状金刚石大单晶，包括柱状金刚石片晶和柱状金刚石塔晶。所述柱状金刚石大单晶为长条形，长宽比为1.05～2.0。

为了达到上述目的，本发明所采取的的技术方案如下：

一种人工合成柱状金刚石大单晶的方法，采用高温高压温度梯度法合成金刚石大单晶，自腔体的高温端向低温端依次排列碳源7、触媒8、籽晶3和晶床10；所述的高压为5～6GPa，合成时间为10～30h；其特征在于，所述的籽晶为长条形晶面；所述的高温，腔体中心温度为1260～1360℃。

籽晶最好放置在晶床的相对中心区域(即晶床的中心处)。将籽晶放置在晶床的中心部位，可以保证温场的对称性，以便合成出形状规整对称的柱状金刚石大单晶。

所述的籽晶长条形晶面，其长宽比大于1.5。

所述的高温，腔体中心温度为1260～1300℃，可以合成柱状金刚石片晶；腔体中心温度为1310～1360℃，可以合成柱状金刚石塔晶。