一种钴触媒高氮大尺寸单晶金刚石生长的方法与流程

本发明涉及金刚石制备，尤其涉及一种钴触媒高氮大尺寸单晶金刚石生长的方法。

背景技术：

1、金刚石是具有高硬度、极高的热导率、高折射率以及优良的化学稳定性等一系列优异性能，被应用在钻头、磨料、工艺品和装饰品等很多领域。人造金刚石主要采用高温高压以及化学气相沉积的方法合成。

2、根据含氮量不同可将金刚石分为ⅰ型和ⅱ型两类。人工合成的金刚石为ib型，其含氮约为300ppm，且氮是以单一替代原子即弥散态的形式存在。而天然金刚石含氮量约为2×103ppm，其中的氮是以聚集态形式存在，多为(ia型。人造金刚石和天然金刚石的氮浓度及存在形式上有很大差异，导致两种金刚石存在性质上的差异。合成具有完整晶型的高氮含量金刚石能成为本领域技术人员关注的问题。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中存在的问题和不足，本发明提供一种钴触媒高氮大尺寸单晶金刚石生长的方法，通过将使用金属钴片作为触媒合成金刚石。因为金属钴的溶氮能力相对于传统的合金触媒要低，从而使得合成腔体中的碳元素进入金刚石晶格，取代晶格中的碳原子，从而提高金刚石晶体的氮含量。

2、具体地，本发明提供一种钴触媒高氮大尺寸单晶金刚石生长的方法，所述钴触媒高氮大尺寸单晶金刚石生长的方法包括：

3、将碳源，金属触媒和金刚石籽晶组装成合成块；

4、将所述合成块放入高压设备的合成腔体，在合成压力为5.5gpa～6.0gpa，合成温度为1400℃～1500℃，合成时间为20h～25h的条件下，获得单晶金刚石；

5、所述碳源为纯度不低于99.99％鳞片石墨，所述触媒为纯度不低于99.99％的金属钴片，所述金刚石籽晶为金刚石的{100}面或{111}面。

6、可选地，所述高压设备为铰链式六面顶。

7、可选地，所述合成腔体的内部温度根据双铂铑热电偶测定的输入功率与温度的关系曲线进行标定；

8、所述合成腔体的内部压力通过根据铋、钡、铊的高压相变点所建立的油压与腔体内部压力的定标曲线进行标定。

9、可选地，在组装成所述合成块前，所述碳源、所述金属触媒和所述金刚石籽晶在干燥箱中保存。

10、可选地，所述合成块放入所述高压设备前，在烘箱内干燥1h～3h进行脱水处理，干燥温度为110℃～130℃。

11、在本发明中，采用金属钴做为触媒，进行单晶金刚石的合成。相对于传统的合金触媒，co的溶氮能力较弱，使得合成腔体中更多的的氮进入到金刚石晶格中，对金刚石晶格中的c进行取代，从而提高单晶金刚石中的含氮量。

12、根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。

技术特征：

1.一种钴触媒高氮大尺寸单晶金刚石生长的方法，其特征在于，

2.根据权利要求1所述的钴触媒高氮大尺寸单晶金刚石生长的方法，其特征在于，

3.根据权利要求1或2所述的钴触媒高氮大尺寸单晶金刚石生长的方法，其特征在于，

4.根据权利要求3所述的钴触媒高氮大尺寸单晶金刚石生长的方法，其特征在于，

5.根据权利要求3所述的钴触媒高氮大尺寸单晶金刚石生长的方法，其特征在于，

技术总结
本发明涉及金刚石制备技术领域，尤其涉及一种钴触媒高氮大尺寸单晶金刚石的制备方法。本发明提供了一种钴触媒高氮大尺寸单晶金刚石的制备方法，采用金属钴做为触媒，进行单晶金刚石的合成。相对于传统的合金触媒，Co的溶氮能力较弱，使得合成腔体中的更多的氮进入到金刚石晶格中，对金刚石晶格中的C进行取代，从而提高单晶金刚石的含氮量。

技术研发人员：任伟,尹君,房超,陈良超,王文豪,王新,李军玉,陈子玉,赵强,唐玮罡,王雁霄,张胜男
受保护的技术使用者：河南省科研平台服务中心
技术研发日：
技术公布日：2024/11/26