一種生長寶石級金剛石單晶用雙層腔體裝置制造方法
【專利摘要】一種生長寶石級金剛石單晶用雙層腔體裝置，屬于制造寶石級金剛石單晶裝備【技術領域】。該裝置內有雙層生長空間，可降低寶石級金剛石大單晶合成成本。葉蠟石堵環一和二置于葉蠟石塊通孔內上下端，導電堵頭一和二嵌入葉蠟石堵環一和二內，銅片二和一設置在導電堵頭一和二上下端；全穩二氧化鋯堵環設置在銅片一下端，氯化鈉套管位于全穩二氧化鋯堵環下端，石墨管套設在氯化鈉套管內，石墨片一和二分別設在全穩二氧化鋯堵環和石墨管下端，石墨片二上放置全穩二氧化鋯晶床，全穩二氧化鋯絕緣管套設在石墨管內，全穩二氧化鋯絕緣管內放置合金觸媒二、石墨碳源二、氧化鋁晶床、合金觸媒一、石墨碳源一及氧化鋁壓片。本實用新型用于生長寶石級金剛石單晶。
【專利說明】一種生長寶石級金剛石單晶用雙層腔體裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種生長寶石級金剛石單晶裝置，屬于制造寶石級金剛石單晶裝備【技術領域】。
【背景技術】
[0002]高溫高壓下使用溫度梯度法合成寶石級金剛石大單晶是目前工業用金剛石單晶片的主要來源，使用這種方法的最大好處是可以在一個腔體內部同時放置多個金剛石晶種，用來有效的控制單晶的外延生長。隨著六面頂液壓機的大型化，合成組裝塊也越來越大，因此單層的生長方式，無法充分利用腔體內部空間。所謂的單層生長方式是指在合成腔體內部只放置一層觸媒和碳源，使用這種方式的組裝塊裝置，腔體空間利用率低，單產能力差，以至于產品成本高。
【發明內容】
[0003]本實用新型的目的是提供一種生長寶石級金剛石單晶用雙層腔體裝置，該裝置內有雙層的生長空間，可以降低寶石級金剛石大單晶的合成成本。
[0004]本實用新型解決上述問題采取的技術方案是:
[0005]一種生長寶石級金剛石單晶用雙層腔體裝置，它包括葉蠟石塊、葉蠟石堵環一、導電堵頭一、銅片一、石墨柱、全穩二氧化錯堵環、石墨片一、氧化招壓片、石墨碳源一、合金觸媒一、氧化鋁晶床、石墨碳源二、合金觸媒二、全穩二氧化鋯晶床、石墨片二、銅片二、導電堵頭、葉臘石堵環二、氯化鈉套管、石墨管及全穩二氧化鋯絕緣管；所述的葉蠟石塊中部設有貫通于葉蠟石塊上下表面的通孔，所述的葉蠟石堵環一置于葉蠟石塊通孔內的上端，所述的葉蠟石堵環二置于葉蠟石塊通孔內的下端；所述的導電堵頭一嵌入葉蠟石堵環一環腔中，所述的導電堵頭二嵌入葉蠟石堵環二環腔中；所述的銅片一設置在導電堵頭一下端，且銅片一上表面與導電堵頭一下表面相接觸，所述的銅片二設置在導電堵頭二上端，且銅片二下表面與導電堵頭二上表面相接觸；所述的全穩二氧化鋯堵環設置在銅片一下端，所述的石墨柱嵌入全穩二氧化鋯堵環環腔中，石墨柱及全穩二氧化鋯堵環上表面與銅片一下表面相接觸；所述的氯化鈉套管套設在葉蠟石塊的通孔內，且位于全穩二氧化鋯堵環下端，所述的石墨管套設在氯化鈉套管內；所述的石墨片一設置在全穩二氧化鋯堵環下端，且石墨片一上表面與石墨柱和全穩二氧化鋯堵環下表面相接觸，石墨片一下表面與石墨管上端面相接觸；所述的石墨片二設置在石墨管的下端，且石墨片二上表面與石墨管下端面相接觸，石墨片二下表面與銅片二上表面相接觸；石墨片二的上表面放置全穩二氧化鋯晶床，所述的全穩二氧化鋯絕緣管套設在石墨管內，且全穩二氧化鋯絕緣管下端面與全穩二氧化鋯晶床上表面相接觸，全穩二氧化鋯絕緣管上端面與石墨片一下表面相接觸；全穩二氧化鋯絕緣管內由全穩定二氧化鋯晶床至石墨片一之間依次放置合金觸媒二、石墨碳源二、氧化鋁晶床、合金觸媒一、石墨碳源一及氧化鋁壓片；所述的氧化鋁晶床上表面沿軸向設置有多個凹腔一，全穩定二氧化鋯晶床上表面沿軸向設有多個凹腔二，所述的多個凹腔一和多個凹腔二用于鑲嵌工業金剛石單晶；所述的葉蠟石塊的外形為正四棱柱形。
[0006]本實用新型相對于現有技術的有益效果是:本實用新型的的生長寶石級金剛石單晶用雙層腔體裝置由于采用了雙層結構，合成的金剛石單晶產率高，晶型規則，品質好，可以提聞單廣50%,從而使寶石級大單晶的生廣成本大幅度降低。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0007]圖1是本實用新型的生長寶石級金剛石單晶用雙層腔體裝置的主視剖視圖。
[0008]上述圖中涉及到的部件名稱及標號分別為:
[0009]葉蠟石塊1、葉蠟石堵環一 2、導電堵頭一 3、銅片一 4、石墨柱5、全穩二氧化鋯堵環6、石墨片一 7、氧化招壓片8、石墨碳源一 9、合金觸媒一 10、氧化招晶床11、凹腔一 11-1、石墨碳源二 12、合金觸媒二 13、全穩二氧化鋯晶床14、凹腔二 14-1、石墨片二 15、銅片二 16、導電堵頭17、葉臘石堵環二 18、氯化鈉套管19、石墨管20、全穩二氧化鋯絕緣管21。
【具體實施方式】
[0010]如圖1所示，一種生長寶石級金剛石單晶用雙層腔體裝置，它包括葉蠟石塊1、葉蠟石堵環一 2、導電堵頭一 3、銅片一 4、石墨柱5、全穩二氧化鋯堵環6、石墨片一 7、氧化鋁壓片8、石墨碳源一 9、合金觸媒一 10、氧化招晶床11、石墨碳源二 12、合金觸媒二 13、全穩二氧化鋯晶床14、石墨片二 15、銅片二 16、導電堵頭17、葉臘石堵環二 18、氯化鈉套管19、石墨管20及全穩二氧化鋯絕緣管21 ;所述的葉蠟石塊I中部設有貫通于葉蠟石塊I上下表面的通孔，所述的葉蠟石堵環一 2置于葉蠟石塊I通孔內的上端，所述的葉蠟石堵環二 18置于葉蠟石塊I通孔內的下端；所述的導電堵頭一 3嵌入葉蠟石堵環一 2環腔中，所述的導電堵頭二 17嵌入葉蠟石堵環二 18環腔中；所述的銅片一 4設置在導電堵頭一 3下端，且銅片一 4上表面與導電堵頭一 3下表面相接觸，所述的銅片二 16設置在導電堵頭二 17上端，且銅片二 16下表面與導電堵頭二 17上表面相接觸；所述的全穩二氧化鋯堵環6設置在銅片一 4下端，所述的石墨柱5嵌入全穩二氧化鋯堵環6環腔中，石墨柱5及全穩二氧化鋯堵環6上表面與銅片一 4下表面相接觸；所述的氯化鈉套管19套設在葉蠟石塊I的通孔內，且位于全穩二氧化鋯堵環6下端，所述的石墨管20套設在氯化鈉套管19內；所述的石墨片一 7設置在全穩二氧化鋯堵環6下端，且石墨片一 7上表面與石墨柱5和全穩二氧化鋯堵環6下表面相接觸，石墨片一 7下表面與石墨管20上端面相接觸；所述的石墨片二 15設置在石墨管20的下端，且石墨片二 15上表面與石墨管20下端面相接觸，石墨片二 15下表面與銅片二 16上表面相接觸；石墨片二 15的上表面放置全穩二氧化鋯晶床14，所述的全穩二氧化鋯絕緣管21套設在石墨管20內，且全穩二氧化鋯絕緣管21下端面與全穩二氧化鋯晶床14上表面相接觸，全穩二氧化鋯絕緣管21上端面與石墨片一 7下表面相接觸；全穩二氧化鋯絕緣管21內由全穩定二氧化鋯晶床14至石墨片一 7之間依次放置合金觸媒二 13、石墨碳源二 12、氧化鋁晶床11、合金觸媒一 10、石墨碳源一 9及氧化鋁壓片8 ;所述的氧化鋁晶床11上表面沿軸向設置有多個凹腔一 11-1，全穩定二氧化鋯晶床14上表面沿軸向設有多個凹腔二 14-1，所述的多個凹腔一 11-1和多個凹腔二 14-1用于鑲嵌工業金剛石單晶；所述的葉蠟石塊I的外形為正四棱柱形。
[0011]所述的合金觸媒一 10和合金觸媒二 13均為鐵鎳合金，鐵鎳合金中鐵與鎳的重量比為64:36o
[0012]優選的是，設置在所述的氧化鋁晶床11上表面的多個凹腔一 11-1的分布方式是:氧化鋁晶床11上表面中部設置一個凹腔一 11-1，余下的多個凹腔一 11-1設置在氧化鋁晶床11上表面的不同圓周上，且位于氧化鋁晶床11上表面同一圓周上的多個凹腔一 11-1均布設置；設置在所述的全穩定二氧化鋯晶床14上表面的多個凹腔二 14-1的分布方式是:全穩定二氧化鋯晶床14上表面中部設置一個凹腔二 14-1，余下的多個凹腔二 14-1設置在全穩定二氧化鋯晶床14上表面的不同圓周上，且位于全穩定二氧化鋯晶床14上表面同一圓周上的多個凹腔二 14-2均布設置。所述的凹腔一 11-1和凹腔二 14-1均為圓形凹腔，所述的圓形凹腔直徑為0.7_。
[0013]工作原理:首先分別在氧化鋁晶床11上表面多個凹腔一 11-1內以及二氧化鋯晶床14上表面的多個凹腔二 14-1內鑲嵌工業金剛石單晶(所述的工業金剛石單晶為0.5mmX0.5mmX0.5mm的立方體金剛石單晶)用來誘導金剛石結晶，從而控制金剛石定向外延生長。嵌入氧化鋁晶床11的多個凹腔一 11-1內的立方體金剛石單晶的上表面與氧化鋁晶床11上表面平齊，嵌入二氧化鋯晶床14的多個凹腔二 14-1內的立方體金剛石單晶的上表面與二氧化鋯晶床14上表面平齊；其次，將組裝完成后的生長寶石級金剛石單晶用雙層腔體裝置，放置在國產六面頂液壓機的六個頂砧中心位置處，對該裝置上下兩端進行加熱，同時對該裝置的六個面(即裝置的上下兩個端面以及葉蠟石塊I四個外側面)進行加壓，使得加熱溫度達到1300°C，加壓壓力達到5.5GPa，并保持24tT48h的時間，即可實現寶石級金剛石單晶的雙層生長。
【權利要求】
1.一種生長寶石級金剛石單晶用雙層腔體裝置，它包括葉蠟石塊(I)、葉蠟石堵環一(2)、導電堵頭一(3)、銅片一(4)、石墨柱(5)、全穩二氧化錯堵環(6)、石墨片一(7)、氧化招壓片(8)、石墨碳源一(9)、合金觸媒一(10)、氧化鋁晶床(11)、石墨碳源二(12)、合金觸媒二(13)、全穩二氧化鋯晶床(14)、石墨片二(15)、銅片二(16)、導電堵頭二(17)、葉臘石堵環二( 18)、氯化鈉套管(19)、石墨管(20)及全穩二氧化鋯絕緣管(21);其特征是:所述的葉蠟石塊(I)中部設有貫通于葉蠟石塊(I)上下表面的通孔，所述的葉蠟石堵環一(2)置于葉蠟石塊(I)通孔內的上端，所述的葉蠟石堵環二( 18)置于葉蠟石塊(I)通孔內的下端；所述的導電堵頭一(3)嵌入葉蠟石堵環一(2)環腔中，所述的導電堵頭二(17)嵌入葉蠟石堵環二(18)環腔中；所述的銅片一(4)設置在導電堵頭一(3)下端，且銅片一(4)上表面與導電堵頭一(3)下表面相接觸，所述的銅片二(16)設置在導電堵頭二(17)上端，且銅片二(16)下表面與導電堵頭二(17)上表面相接觸；所述的全穩二氧化鋯堵環(6)設置在銅片一(4)下端，所述的石墨柱(5)嵌入全穩二氧化鋯堵環(6)環腔中，石墨柱(5)及全穩二氧化鋯堵環(6)上表面與銅片一(4)下表面相接觸；所述的氯化鈉套管(19)套設在葉蠟石塊(I)的通孔內，且位于全穩二氧化鋯堵環(6)下端，所述的石墨管(20)套設在氯化鈉套管(19)內；所述的石墨片一(7)設置在全穩二氧化鋯堵環(6)下端，且石墨片一(7)上表面與石墨柱(5)和全穩二氧化鋯堵環(6)下表面相接觸，石墨片一(7)下表面與石墨管(20)上端面相接觸；所述的石墨片二(15)設置在石墨管(20)的下端，且石墨片二(15)上表面與石墨管(20)下端面相接觸，石墨片二(15)下表面與銅片二(16)上表面相接觸；石墨片二(15)的上表面放置全穩二氧化鋯晶床(14)，所述的全穩二氧化鋯絕緣管(21)套設在石墨管(20)內，且全穩二氧化鋯絕緣管(21)下端面與全穩二氧化鋯晶床(14)上表面相接觸，全穩二氧化鋯絕緣管(21)上端面與石墨片一(7)下表面相接觸；全穩二氧化鋯絕緣管(21)內由全穩定二氧化錯晶床(14)至石墨片一(7)之間依次放置合金觸媒二( 13)、石墨碳源二(12)、氧化鋁晶床(11)、合金觸媒一(10)、石墨碳源一(9)及氧化鋁壓片(8);所述的氧化鋁晶床(11)上表面沿軸向設置有多個凹腔一(11-1)，全穩定二氧化鋯晶床(14)上表面沿軸向設有多個凹腔二( 14-1 )，所述的多個凹腔一(11-1)和多個凹腔二( 14-1)用于鑲嵌工業金剛石單晶；所述的葉蠟石塊(I)的外形為正四棱柱形。
2.根據權利要求1所述的生長寶石級金剛石單晶用雙層腔體裝置，其特征是:設置在所述的氧化鋁晶床(11)上表面的多個凹腔一(11-1)的分布方式是:氧化鋁晶床(11)上表面中部設置一個凹腔一(11-1)，余下的多個凹腔一(11-1)設置在氧化鋁晶床(11)上表面的不同圓周上，且位于氧化鋁晶床(11)上表面同一圓周上的多個凹腔一(11-1)均布設置；設置在所述的全穩二氧化鋯晶床(14)上表面的多個凹腔二(14-1)的分布方式是:全穩定二氧化鋯晶床(14)上表面中部設置一個凹腔二( 14-1),余下的多個凹腔二( 14-1)設置在全穩定二氧化鋯晶床(14)上表面的不同圓周上，且位于全穩定二氧化鋯晶床(14)上表面同一圓周上的多個凹腔二(14-2)均布設置。
3.根據權利要求1或2所述的生長寶石級金剛石單晶用雙層腔體裝置，其特征是:所述的凹腔一(11-1)和凹腔二(14-1)均為圓形凹腔，所述的圓形凹腔直徑為0.7mm。
【文檔編號】C30B11/00GK204162829SQ201420619939
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年10月24日 優先權日:2014年10月24日
【發明者】黃國鋒 申請人:赤峰學院