一种基于MPCVD法生产渐变粉色单晶金刚石的方法与流程

本发明属于金刚石生产，具体涉及一种基于mpcvd法生产渐变粉色单晶金刚石的方法。

背景技术：

1、金刚石由于其优异的物理、化学性质，在珠宝及工业领域得到广泛应用。在珠宝领域，常见的金刚石以白色为主，彩色钻石(如红钻、蓝钻等)由于其绚丽的色彩和稀有性，受到越来越多人的喜爱。钻石的粉色主要是氮原子和空位结合组成n-v色心带来的，常用的处理方法是将无色的钻石通过辐照产生空穴，再通过高温退火处理使得氮原子和空位结合致使钻石呈现粉色，诸如六号元素有限公司2016年1月6日公告授权的发明专利cn102575380b公开的用于处理单晶cvd金刚石的方法。

2、然而，通过上述方法制备的彩钻颜色比较单一。为了满足更多人对彩钻的需求，提高钻石的观赏性，一些研究人员开始研究多色钻石的合成。目前，已有相关专利提出制备多色金刚石的方法，例如2019年9月10日公开的发明专利申请cn110219043a公开了一种多色单晶金刚石生长方法，通过在金刚石生长过程中掺入不同元素，并在每完成一次颜色生长后，对种晶进行切割研磨以实现每层颜色的厚度控制，从而达到合成多色金刚石的目的。此方法存在合成过程过于繁琐，工艺要求很高的问题。

技术实现思路

1、为此，本发明提出一种基于微波等离子体学气相沉积法(mpcvd法)生产渐变粉色单晶金刚石的方法，通过调节生长过程中氮气的通入量，制备出不同层面含氮量不同的单晶金刚石，再通过辐照以及高温退火处理获得不同层面粉色程度不同的渐变粉色单晶金刚石。

2、一种基于mpcvd法生产渐变粉色单晶金刚石的方法，金刚石在mpcvd法生长过程中，改变通入mpcvd设备的氮气量，实现渐变粉色单晶金刚石的生产，具体包括以下步骤：

3、生长步骤：将洁净的金刚石母片置于金属生长托盘上，再置入mpcvd设备腔体内，进行单晶金刚石的生长；启动mpcvd设备，将腔体内逐渐抽至真空状态，控制温度、压强、功率，通入氢气、甲烷、氮气；

4、进一步的，金属生长托盘中的金属为钼、铜、钛、钽中的一种。

5、进一步的，生长温度控制在600～1200℃之间，压强控制在50～400torr之间，功率控制在3000～6000w之间。

6、氢气和甲烷的通入体积比控制在100:1～5:1之间，氮气通入量每隔3～12h调整一次，从0sccm开始，以1～20sccm为浓度梯度，逐渐增加通入量；待单晶金刚石完成生长，关闭设备，取出单晶金刚石毛坯；

7、加工步骤：将单晶金刚石毛坯加工成不同形状的成品钻；

8、辐照步骤：采用电子加速器对金刚石进行辐照，辐照能量为1～20mev，辐照时间为0.5～4h；

9、高温退火步骤：将辐照后的成品钻在500～1500℃温度下进行高温处理。

10、本发明直接在生长过程中调整氮气的掺杂来控制金刚石各层面氮浓度，无需多次从腔体内拿出生长后的金刚石进行加工，后续直接在同一条件下进行辐照和退火处理，操作简单，还可以有效避免金刚石表面因多次处理残留的杂质、缺陷，提高金刚石的纯净度；与单一颜色的彩色钻石相比，渐变粉色单晶金刚石具有更加吸引人的多层次颜色深浅不一的特征，更具观赏性。

技术特征：

1.一种基于mpcvd法生产渐变粉色单晶金刚石的方法，其特征在于，金刚石在mpcvd法生长过程中，改变通入mpcvd设备的氮气量，实现渐变粉色单晶金刚石的生产。

2.根据权利要求1所述的基于mpcvd法生产渐变粉色单晶金刚石的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

3.根据权利要求1所述的基于mpcvd法生产渐变粉色单晶金刚石的方法，其特征在于，温度控制在800～1200℃之间，压强控制在50～400torr之间，功率控制在3000～6000w之间。

4.根据权利要求1所述的基于mpcvd法生产渐变粉色单晶金刚石的方法，其特征在于，金属生长托盘中的金属为钼、铜、钛、钽中的一种。

技术总结
本发明公开了一种基于MPCVD法生产渐变粉色单晶金刚石的方法，直接在生长过程中调整氮气的掺杂来控制金刚石各层面氮浓度，无需多次从腔体内拿出生长后的金刚石进行加工，后续直接在同一条件下进行辐照和退火处理，操作简单，还可以有效避免金刚石表面因多次处理残留的杂质、缺陷，提高金刚石的纯净度；与单一颜色的彩色钻石相比，渐变粉色单晶金刚石具有更加吸引人的多层次颜色深浅不一的特征，更具观赏性。

技术研发人员：李搏,宋学瑞,林盛然
受保护的技术使用者：合肥先端晶体科技有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/29