大钻石单晶的制造方法与流程

本发明涉及一种钻石制造方法，尤指一种大钻石单晶的制造方法。

背景技术：

钻石，又称金刚石，为由碳元素所组成的无色晶体，且为已知自然界中硬度最高的物质，它还有许多优异的物理、化学及光学特性，使其应用颇具潜力，但地球上所能开采到的大颗粒、高质量天然钻石甚为稀少且昂贵，遂使人们开始研究如何制造出钻石。

如中国大陆专利公开第cn102091569号的人造金刚石及其制备方法，其为先将粘结剂溶解在石油醚或丙酮溶剂中形成一溶液，接着将炸药粉、金属粉、石墨混入该溶液之中，对该溶液搅拌与加热使石油醚或丙酮等溶剂挥发，然后进行造粒、烘干、抛光处理得到一颗粒，最后将该颗粒压制成药柱，并在密闭容器中爆炸合成金刚石。

虽然爆炸可以瞬间造成出巨大的压力，满足钻石成长所需的条件，进而制造出钻石，但爆炸仅为一瞬间的事情，故仅能合成出小颗粒的钻石，而不容易合成出大颗粒的钻石，因此，如何制造出大颗粒的钻石，为相关业者所努力的目标。

技术实现要素：

本发明的主要目的，在于解决不容易制造出大颗粒的钻石的问题。

为达上述目的，本发明提供一种大钻石单晶的制造方法，包含有以下步骤：

s1：将一触媒和一碳材料包覆在一钻石晶种的周围，而形成一晶种组件；

s2：利用一高温高压设备对该晶种组件的各方向同时进行加压以及加热，使该钻石晶种从一原始粒径成长至一第一粒径；以及

s3：取出该钻石晶种，并重复进行步骤s1～步骤s2，直至得到一具有一最终粒径的单晶钻石。

综上所述，本发明藉由重复在该钻石晶种之外形成该触媒以及该碳材料，而可以持续的提供合成钻石所需的该碳材料以及做为催化的该触媒，且对该晶种组件的各方向同时进行加压以及加热，而可形成适合钻石成长的环境条件，进而制造出大颗粒的该单晶钻石。

附图说明

图1，为本发明一较佳实施例的流程示意图。

图2a～2g，为本发明一较佳实施例的制作流程剖面示意图。

具体实施方式

涉及本发明的详细说明及技术内容，现就配合图式说明如下：

请参阅图1及图2a至图2g所示，本发明为一种大钻石单晶的制造方法，其制作步骤如下所示：

s1：将一触媒12和一碳材料13包覆在一钻石晶种11的周围，而形成一晶种组件10，其中，该碳材料13可以为石墨、石墨烯、石墨亮片(kishgraphite)等等，该触媒12可以为铁粉或镍粉等等。在本实施例中，还包含有以下步骤：

s1a：如图2a所示，先将该触媒12包覆在该钻石晶种11的周围。

s1b：接着如图2b所示，再将该碳材料13包覆在该触媒12的周围，而形成该晶种组件10，本实施例中，该碳材料13包覆该触媒12以及该钻石晶体而为方形体，但亦可为圆形体或其他形状，不以此为限。

s2：如图2c所示，再将该晶种组件10置入一高温高压设备20之中，并对该晶种组件10的各方向同时进行加压以及加热，使该晶种组件10处在一介于1100℃至1500℃之间的受热温度以及一介于4gpa至8gpa之间的压力，并持续0.5小时至10小时，以满足钻石成长所需的环境条件，进而使该钻石晶种11从一原始粒径成长至一第一粒径，且该第一粒径较该原始粒径大。在本实施例中，该高温高压设备20配合该晶体组件的形状而可以为一六面顶，并均匀地对六个面加压与加热。

s3：如图2d至图2f所示，取出具有该第一粒径的该钻石晶种11，并重复进行步骤s1～s2，也就是重新将该触媒12以及该碳材料13形成在该钻石晶种11的周围而形成一个新的该晶种组件10，再如图2f所示，将该晶种组件10重新放入该高温高压设备20之中，以对该晶种组件10再次进行加压以及加热，最后，如图2g所示，会得到一具有一最终粒径的单晶钻石30，且该最终粒径大于该第一粒径。

以上为以重复一次步骤s1～步骤s2做为举例说明，但实际制作时可以重复多次，直至得到所需要尺寸的该单晶钻石30。

综上所述，当该触媒与该碳材料在进行加压与加热后会被消耗掉，藉由重复于该钻石晶种外形成该触媒与该碳材料，而可持续补充合成钻石所需的该碳材料以及做为催化的该触媒，并配合该高温高压设备可以提供钻石生长所需要的环境条件，而可以成长出大颗粒的该单晶钻石。

以上已将本发明做一详细说明，惟以上所述者，仅为本发明的一较佳实施例而已，当不能限定本发明实施的范围。即凡依本发明申请范围所作的均等变化与修饰等，皆应仍属本发明的专利涵盖范围内。

技术特征：

技术总结
一种大钻石单晶的制造方法，其为先将一触媒和一碳材料包覆在一钻石晶种的周围，而形成一晶种组件，接着，利用一高温高压设备对该晶种组件的各方向同时进行加压以及加热，使该晶种从一原始粒径成长至一第一粒径，最后，取出该晶种，并重复进行上述步骤，直至得到一具有一最终粒径的单晶钻石。藉由重复在该钻石晶种之外形成该触媒以及该碳材料，可以持续的供给合成钻石所需的该碳材料以及该触媒，并持续地对该晶种组件进行加压及加热，而可以满足制造钻石的环境条件，进而制造出大颗粒的该单晶钻石。

技术研发人员：臧波;陈龙;王海超;宋健民;刘建设
受保护的技术使用者：河南烯碳合成材料有限公司
技术研发日：2018.01.10
技术公布日：2019.07.16