专利名称：改善金刚石表面光洁度的反应轰击方法
技术领域：
本发明属于离子束加工的领域，特别涉及改善金刚石表面光洁度的反应轰击方法。
背景技术：
钻石价值评价要求综合考虑“4C”即重量、颜色、琢型和洁净度。目前金刚石加工都是通过琢与磨这两道基本工序完成的。中国地质大学出版社(武汉)1994，3月出版的“宝石款式设计与加工工艺”第二章第三节宝石的款项设计一文中指出，宝石在加工整个过程中人的手工操作十分重要，无论是琢的工序，还是磨的工序都缺少不了手工的控制和调节，加之金刚石高硬度，尤其是磨的工序包括倒棱、圈形、粗磨、细磨和抛光等，都存在不同程度的机械磨痕或划痕，影响其光洁度，同时亮度也受影响。特别是最后的细磨和抛光过程中，对人的手工操作水平要求更高，工序过程更难掌握，且划痕不可避免的产生。
发明目的本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种通过反应轰击法改善金刚石表面光洁度及亮度的方法。
本发明的改善金刚石表面光洁度的反应轰击方法采用一般的离子减薄仪，用高能离子束轰击金刚石表面，高能离子与样品表面原子发生碰撞与反应、金刚石表面原子能量增大到高于该原子的逸出功时，便飞离其表面，这样就使金刚石表面不断失去原子，其利用的是碰撞与化学反应双重作用，而不仅仅是机械冲刷作用，大大提高抛光的速度。
本发明的具体方法是将金刚石样品放在托台上，用可改变角度的离子枪向金刚石表面轰击离子束，离子枪的角度调节范围是0～30°，轰击时的真空度为10-2～10-4pa，离子枪操作电压在3～10KV，离子枪操作电流在2～10mA，离子束流50～300μA，气体为氧气或氧气和氩气，其中混合气体中氧气含量为20％～80％。
本发明的特点是1、这种反应轰击法去除的金刚石表面层厚度均匀且可以很薄，工艺过程易于控制。2、用反应轰击法加工的金刚石表面十分清洁、无划痕，不破坏样品，非常好地保持其完整性(防止了手工磨制容易造成样品的损坏)。不平整的凸起部分活化能高，更容易通过化学反应而去除。3、这种反应轰击法适合于人造金刚石表面改性如人造金刚石膜的表面改性工作，适合于装饰之外的其他用途。4、用反应轰击法氧与碳化合产生的二氧化碳气体易被去除(真空泵抽出)，不污染真空室。无毒、无害，不接触酸碱及其他有害试剂，无损于操作者的安全与健康。弥补人在手工抛光过程中产生划痕，降低抛光过程的难度及对操作者素质的要求，大大提高了金刚石表面光洁度，从而为金刚石表面的亮度增强提供了一种新方法。
本发明的方法采用高能离子束轰击样品表面，高能离子与样品表面原子发生碰撞与反应，使金刚石表面被抛光，明显地提高了表面光洁度。本发明具有工艺简单、重复性好，大面积均匀，易于操作控制和推广应用。
图1、2和3.本发明实施例1、2和3利用本发明方法轰击后块状金刚石的微观观测分析图。
图4、5和6.一成品钻戒的微观观测分析图具体实施方式
实施例1采用中国科学院沈阳科学仪器研制中心的LBS-2离子减薄仪。将一块金刚石放在托台上，离子减薄仪的离子枪角度调节范围是0～30°，采用离子束加工工艺，真空度10-2左右，离子枪操作电压在3～4KV，离子枪操作电流在2～3mA，离子束流50μA左右，工作气体为氩气和氧气，其中氩气占50～60％，进行反应轰击后观察(见图1)。同时也观察一成品钻戒的微观观测分析(见图4)。两者进行对比，明显可见块状金刚石经过反应轰击后的平整、无划痕的特征。
实施例2采用离子减薄仪。将一块金刚石放在托台上，离子减薄仪的离子枪角度调节范围是0～30°，采用离子束加工工艺，真空度10-3Pa左右，离子枪操作电压在6KV，离子枪操作电流在3mA，离子束流100左右μA，工作气体为氩气和氧气，其中氩气占30～50％，进行反应轰击后观察(见图2)。同时也观察一成品钻戒的微观观测分析(见图5)。两者进行对比，明显可见块状金刚石经过反应轰击后的平整、无划痕的特征。
实施例3采用离子减薄仪。将一块金刚石放在托台上，离子减薄仪的离子枪角度调节范围是0～30°，采用离子束加工工艺，真空度10-3Pa左右，离子枪操作电压在8KV，离子枪操作电流在9mA，离子束流280左右μA，工作气体为氩气和氧气，其中氩气占10％，进行反应轰击后观察(见图3)。同时也观察一成品钻戒的微观观测分析(见图6)。两者进行对比，明显可见块状金刚石经过反应轰击后的平整、无划痕的特征。
权利要求
1.一种改善金刚石表面光洁度的反应轰击方法，其特征是采用高能离子束轰击金刚石表面，气体为氧气或氧气和氩气，其中混合气体中氧气含量为20％～80％。
2.根据权利要求1所述的反应轰击方法，其特征是所述的采用高能离子束轰击金刚石表面时的离子枪操作电压在3～10KV，离子枪操作电流在2～10mA，离子束流50～300μA，真空度10-2～10-4Pa。
3.根据权利要求2所述的反应轰击方法，其特征是所述的可改变角度的离子枪的角度调节范围是0～30°。
全文摘要
本发明属于离子束加工的领域，特别涉及改善金刚石表面光洁度的反应轰击方法。采用高能离子束轰击金刚石表面，气体为氧气或氩气和氧气。高能离子与金刚石表面原子发生碰撞与反应、金刚石表面原子能量增大到高于该原子的逸出功时，便飞离其表面，这样就使金刚石表面不断失去原子，其利用的是碰撞与化学反应双重作用，而不仅仅是机械冲刷作用，大大提高抛光的速度。本发明具有工艺简单、重复性好，大面积均匀，易于操作控制和推广应用。本发明特点是利用离子轰击与化学反应进行抛光，提高金刚石表面光洁度，使金刚石表面亮度增强。
文档编号B24B9/06GK1526515SQ0310513
公开日2004年9月8日 申请日期2003年3月5日 优先权日2003年3月5日
发明者韩勇, 李钒, 熊明, 韩 勇 申请人:中国地质大学(北京)