化学气相沉积(CVD)金刚石的形成需要在受控环境中经过几个精确的步骤。
首先,将薄的种子金刚石或石墨源置于一个密封的腔室中,并对其进行高温(通常高达 800°C)处理。
然后在腔体内注入富碳混合气体,通常由氢气和甲烷组成。
气体分子被电离,分子键断裂,使纯碳附着在金刚石种子上。
随着碳的积累,它会与种子形成原子键,逐渐形成较大的钻石,其外观和结构与天然钻石相似。
CVD 金刚石是如何形成的?了解这一过程的 6 个关键步骤
1.种子的制备
这一过程从种子开始,种子可以是钻石薄片或石墨源。
种子是碳原子沉积的基础。
为确保最终产品的质量,种子的质量至关重要。
2.炉室设置
种子被放置在一个抽成高真空(约 20 毫升)的腔室中,以防止任何污染。
这一步至关重要,因为任何杂质都会影响金刚石的质量。
3.引入气体
然后在腔体内注入富碳混合气体,通常是甲烷与氢气或氧气的混合气体。
气体的选择及其纯度对钻石的形成和质量至关重要。
4.能量应用
对气体施加能量以分解其化学键。
这种能量可以通过热量或电离等离子体提供。
电离过程是关键,因为它会使气体分子解离,释放出碳原子,这些碳原子就可以与种子结合。
5.沉积过程
随着气体分子的分解,释放出的碳原子沉积到种子上,形成一层金刚石。
这一过程逐层重复,逐渐形成金刚石。
金刚石的生长速度和质量取决于对温度、气体成分和能量输入的精确控制。
6.完成和后处理
这一过程一直持续到完全成型的金刚石诞生,通常需要 2 到 4 周的时间。
在生长过程结束后,钻石可能还要经过其他处理,以提高其净度或颜色。
更正和审查
CVD 工艺中提到的 "高压 "是不正确的。
CVD 金刚石形成主要涉及高温和受控气体环境,而不是高压。
这个过程确实很复杂,需要精确控制各种参数才能生产出高质量的钻石。
关于 CVD 钻石比天然钻石便宜的说法一般是正确的,因为 CVD 工艺的可控性和可复制性降低了与开采和提取天然钻石相关的成本。
但是,成本比较会因比较钻石的质量和大小而有所不同。
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