一种无色金刚石的加工工艺及合成设备的制作方法

本发明涉及金刚石生产的，特别是涉及一种无色金刚石的加工工艺及合成设备。

背景技术：

1、人造钻石培育主要有两种方法高温高压法和化学气相沉积法，其中化学气相沉积法是将是在高温等离子的作用下，甲烷被离解，让甲烷中碳原子不断累积到钻石原石上，经过一层层增生，培育成大颗粒的无色透明钻石；例如公开号“cn102666944b”合成cvd金刚石提出的合成方法。化学气相沉积法的优点是能够合成大颗粒无色宝石级金刚石，缺点是合成时间较长，造成合成时间长的主要的原因有：第一、原子累积速度慢；第二、过程中需要多次中断打磨去除金刚石上的非碳元素；

2、应用化学气相沉积法培育钻石会用到等离子培育仓，现有的离子培育仓的顶部安装有等离子头，培育仓的底部设置有放置台，在生产时，无色金刚石薄片作为基料，被摆放到放置台上，甲烷中的碳原子会在金刚石基料的上表面和侧面累积增生，使钻石基料长大，由于钻石薄片的下表面与放置台接触，碳原子与金刚石基料的下表面缺少接触机会，造成钻石基料只能向上生长成底小顶大的金刚石料，单方向的培育工艺及合成设备进一步延长了合成培育的时间，增加培育成本。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提供一种使金刚石基料向上和下两个方向生长成大块的金刚石料，缩短了合成培育的时间，降低培育成本的无色金刚石的加工工艺及合成设备。

2、本发明的一种无色金刚石的合成设备，包括机柜、底座、托台、合成仓、微波发射器和加热器，机柜设置有工作台、微波发生器、真空泵、供气泵和控制面板，底座安装在机柜的工作台上，底座的中部设置有托台，合成仓密封罩扣在底座上，微波发射器安装在合成仓的顶部，微波发射器的等离子头伸入合成仓中，合成仓的内壁上安装有加热器；还包括手轮、多个定片、多个弹片、夹持机构和观察机构，合成仓的侧壁上安装有观察机构，通过观察机构观察托台上金刚石生长，底座和托台中设置有连通的安装腔室，托台的上端面设置有多个平行的槽孔，多个槽孔均与安装腔室连通，夹持机构安装在底座和托台的安装腔室中，夹持机构上设置有升降组件、驱动组件、多个定片和多个弹片，手轮安装在驱动组件上，手轮位于托台外界，多个定片和多个弹片分别通过托台的槽孔伸出托台的上方，定片和弹片均安装在升降组件上，驱动组件与升降组件传动连接，多个定片和多个弹片配合夹持并将金刚石基料举高；进行无色金刚石合成时，将金刚石薄片基料放置在托台上并均匀摆放在多个定片和多个弹片之间，将合成仓密封扣合到底座上，启动机柜的真空泵将合成仓中的空气抽出，启动机柜的供气泵向合成仓中通入含氮、甲烷和氢的含碳混合气体，开启机柜的微波发生器，微波发射器将微波射入合成仓中将气体电离，使碳元素在钻石上表面和侧面累积增生，通过观察机构观察托台上金刚石生长，当金刚石基料生长到0.5mm左右有时，通过手轮操作驱动组件，驱动组件驱动升降组件动作，使得多个定片和多个弹片配合将多个金刚石的侧边夹住并举高，使得金刚石的下表面与托台脱离，从而使游离的碳原子与金刚石基料的下表面接触并累计增生，使得金刚石基料向上和下生长成大块的金刚石料，实现双方向的合成培育艺工，缩短了合成培育的时间，降低培育成本。

3、优选的，夹持机构的升降组件包括多个定片、多个弹片、动板、多个插板、竖板一、横板和竖板二，托台的槽孔设置为奇数个，多个定片分别通过单数号的槽孔伸出托台的上方，每个双数号的槽孔中均伸出两个弹片，动板上安装有多个插板，多个插板分别插在相邻的两个弹片之间，多个插板的顶端两侧均设置有导向坡，两个弹片相对的侧面上均有与插板的导向坡匹配的滑坡，竖板一的上端与动板连接，竖板一的下端与驱动组件传动连接，横板与多个定片和多个弹片的下端连接，竖板二的上端与横板连接，竖板二的下端与驱动组件传动连接，动板、竖板一、横板和竖板二均位于托台和底座的安装腔室中；需要夹持金刚石基料时，驱动组件驱动竖板一升高，竖板一通过动板推动多个插板升高，多个插板插入多个弹片之间并通过两侧的导向坡和滑坡的相互滑动挤压两个弹片，使得两个弹片的上端将金刚石基料压在多个定片上，之后驱动组件驱动竖板一和竖板二同步升高，使得横板带动多个定片和多个弹片与多个插板同步升高，将多个金刚石基料举高与托台脱离，结构简单，能够将多个金刚石基料同时举高，实用性高。

4、优选的，夹持机构的驱动组件包括手轮、齿条、驱动杆和齿轮，竖板一和竖板二的下端外侧壁上均安装有齿条，驱动杆活动穿过底座的侧壁伸入安装腔室中，驱动杆与底座的侧壁之间设置有耐磨的密封环，驱动杆的内端安装有齿轮，齿轮与两个齿条啮合，驱动杆的外端安装有手轮，手轮位于托台的外界；需要使弹片和定片夹持并举高金刚石基料时，通过手轮拉动驱动杆，使齿轮只与竖板一上的齿条啮合，转动手轮，使驱动杆和齿轮转动，齿轮通过齿条带动竖板一升高，进而实现弹片和定片的夹持动作，通过手轮再次拉动驱动杆，使得齿轮与两个齿条同时啮合，转动手轮，使得齿轮通过两个齿条带动竖板一和竖板二同步升高，进而实现弹片和定片的举高动作，底座的侧壁上只有一个开孔，有利于合成仓和底座的密封，简化结构，实用性高。

5、优选的，还包括两个轴承，两个轴承的内圈均设置有滑套，两个轴承套装在驱动杆上，驱动杆位于两个轴承的滑套中，两个轴承安装在底座的侧壁中；两个轴承对驱动杆进行转动支撑和滑动支撑，使得驱动杆能够灵活转动和滑动，实现齿轮与两个齿条或单个齿条的啮合传动，实用性高。

6、优选的，观察机构包括观察窗、凸镜、螺纹管和凹镜，观察窗安装在合成仓的侧壁上，观察窗与合成仓的内部连通，观察窗的端口朝向托台，观察窗的内端安装有凸镜，凸镜将观察窗封闭，螺纹管的内端与观察窗的外端转动螺接，凹镜安装在螺纹管的外端；观察窗、凸镜、螺纹管和凹镜构成望远镜结构，凸镜为物镜，凹镜为目镜，通过转动螺纹管带动凹镜靠近或远离凸镜调节焦距，方便对金刚石的生长情况进行仔细观察，同时方便操作手轮时观察定片和弹片的动作，提高实用性。

7、优选的，还包括两个推缸、两个安装架和密封圈，两个推缸的固定端分别通过安装架与合成仓的左右侧壁连接，两个推缸的移动端与机柜的工作台连接，合成仓的内壁的底部安装有密封圈，密封圈与底座的上端面对齐；向托台上摆放金刚石基料时，两个推缸伸长将合成仓升高，方便将金刚石基料摆放到托台上，之后两个推缸收缩使得合成仓罩扣在底座上，并使密封圈压紧在底座上，实现合成仓自动升高和降低，方便取料和放料。

8、优选的，还包括多个卡槽、手柄和转盘，合成仓的下端内壁上均匀设置有多个卡块，底座的侧壁上均匀设置有多个倾斜的卡槽，多个卡槽的上开口分别与合成仓的多个卡块对齐，底座的侧壁上安装有手柄，底座通过转盘转动安装在机柜的工作台上；两个推缸收缩使合成仓罩扣在底座上后，合成仓的多个卡块分别插进多个卡槽中，扳动手柄转动底座，使合成仓的多个卡块转动进入多个卡槽的底部，将合成仓再次向下拉紧，压缩密封圈，提高合成仓和底座扣合的密封性。

9、本发明的一种无色金刚石的加工工艺，包括：

10、步骤一、取0.2mm厚，大小均匀的多个金刚石基料，将金刚石基料均匀摆放在多个定片和多个弹片之间；

11、步骤二、操作两个推缸收缩，并扳动手柄，将合成仓密封扣合在底座上；

12、步骤三、启动机柜，机柜根据程序运行，先将合成仓中空气抽出，使气压低至0.1个大气压，之后向合成仓内通入含氮、甲烷和氢的含碳混合气体，并开启加热器预热，然后开启机柜的微波发生器，并微波发射器将微波射入合成仓中将气体电离，关闭加热器，金刚石基料开始生长，生长的过程中机柜将合成仓中有害废气抽出；

13、步骤四、通过凹镜观察金刚石的生长情况，当金刚石生长到0.5mm左右厚度时，通过操作手轮使多个定片和多个弹片将金刚石基料夹持并举高3mm左右；

14、步骤五、金刚石生长到3mm厚度左右时，暂停培育，将金刚石取出，剔除非碳杂质后将端面研磨后夹持在多个定片和多个弹片上并举高至5mm继续培育，直到金刚石停止生长；

15、步骤六、将金刚石取出，进行后续处理，关闭机柜。

16、与现有技术相比本发明的有益效果为：进行无色金刚石合成时，将金刚石薄片基料放置在托台上并均匀摆放在多个定片和多个弹片之间，将合成仓密封扣合到底座上，启动机柜的真空泵将合成仓中的空气抽出，启动机柜的供气泵向合成仓中通入含氮、甲烷和氢的含碳混合气体，开启机柜的微波发生器，微波发射器将微波射入合成仓中将气体电离，使碳元素在钻石上表面和侧面累积增生，通过观察机构观察托台上金刚石生长，当金刚石基料生长到0.5mm左右有时，通过手轮操作驱动组件，驱动组件驱动升降组件动作，使得多个定片和多个弹片配合将多个金刚石的侧边夹住并举高，使得金刚石的下表面与托台脱离，从而使游离的碳原子与金刚石基料的下表面接触并累计增生，使得金刚石基料向上和下生长成大块的金刚石料，实现双方向的合成培育艺工，缩短了合成培育的时间，降低培育成本。