CN111304750A - 一种提高cvd钻石硬度的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及材料科学技术领域，且公开了一种提高CVD钻石硬度的方法，包括以下步骤：S1、硬件准备并对相关硬件设施进行安装，首先准备能够发出辐照剂量达到3E19‑1E20cm^(‑2)高能粒子束的电子枪，也需要准备旋转平台和固定CVD钻石的夹具，同时把钻石夹具与旋转平台的顶端连接，之后把旋转平台和电子枪都安装在工作位置上；S2、原材料挑选，在众多大小不一的CVD钻石中挑选形状规则，大小适中的CVD钻石，并把CVD钻石固定在钻石夹具中。该提高CVD钻石硬度的方法，能够有效提高CVD钻石硬度，提高了CVD钻石工业使用时使用效果，同时能够提高CVD钻石的使用寿命，避免发生设备经常更换CVD钻石的问题。

Description

一种提高CVD钻石硬度的方法

技术领域

本发明涉及材料科学技术领域，具体为一种提高CVD钻石硬度的方法。

背景技术

CVD钻石，是一种由直径10到30纳米钻石晶体合成的多结晶钻石，早期的人造钻石由于空气中的氮原子进进钻石晶体而呈淡淡的糖稀颜色，经过科学家的改良制作方法，生产的人造钻石在外观上和自然钻石没有任何差异，由于天生环境的不同，人造钻石的的分子结构并不是自然钻石的完全八面体结构而是一种复杂结构，从而会产生磷光现象，CVD钻石制作方法具体是在一个如洗碗机大小的高压器里，用化学气体相沉积的方法来加热天然气和氢气，接着便会产生一种碳化电浆，电浆随后会像雨点一样撒落在高压器底部的碳化基片层上，电浆越积越多，而且慢慢变硬，最后形成像钻石一样的晶体，纯且清亮。

目前CVD钻石主要用于工业用途，在工业用途中需要CVD钻石具有较高的硬度，但目前CVD钻石的硬度较低，进而影响CVD钻石工业使用的使用效果，同时硬度较低的CVD钻石使用的时候使用寿命较低，且CVD钻石需要经常更换。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种提高CVD钻石硬度的方法，具备能够有效提高CVD钻石硬度，提高了CVD钻石工业使用时使用效果，同时能够提高CVD钻石的使用寿命，避免发生设备经常更换CVD钻石等优点，解决了CVD钻石的硬度较低，影响CVD钻石工业使用的使用效果，同时硬度较低的CVD钻石使用的时候使用寿命较低，CVD钻石需要经常更换的问题。

(二)技术方案

为实现上述能够有效提高CVD钻石硬度，提高了CVD钻石工业使用时使用效果，同时能够提高CVD钻石的使用寿命，避免发生设备经常更换CVD钻石的目的，本发明提供如下技术方案：一种提高CVD钻石硬度的方法，包括以下步骤：

S1、硬件准备并对相关硬件设施进行安装，首先准备能够发出辐照剂量达到3E19-1E20cm^(-2)高能粒子束的电子枪，也需要准备旋转平台和固定CVD钻石的夹具，同时把钻石夹具与旋转平台的顶端连接，之后把旋转平台和电子枪都安装在工作位置上；

S2、原材料挑选，在众多大小不一的CVD钻石中挑选形状规则，大小适中的CVD钻石，并把CVD钻石固定在钻石夹具中；

S3、设备检查，保障设备能够正常工作，避免设备损坏导致CVD钻石硬度无法提升的问题；

S4、CVD钻石硬度提升，首先启动旋转平台和电子枪，旋转平台能够保障CVD钻石样品都能够被电子枪发出的高能粒子束轰击，高能粒子束轰击钻石晶格，产生非弹性碰撞；

S5、CVD钻石退火，将S4步骤中加工完的CVD钻石取出，并将该CVD钻石通过加热炉加热到380-390摄氏度，并保持30-35分钟，最后把加热完成的CVD钻石送入冷取设备中快速降温；

S6、质检，最后把S5步骤中退火完成的CVD钻石进行硬度检测，若检测CVD钻石的莫氏硬度小于10则表示CVD钻石硬度提升不合格；

S7、清洗，最后把S6步骤中质检合格的CVD钻石用清洗液清洗洁净，祛除CVD钻石表面的污渍。

优选的，所述S3步骤中将高能粒子束轰击CVD钻石，CVD钻石的晶格C3V对称会发生改变，产生二维位错，平行于位错，位于位错附近的碳-碳键键能提高，发生黄色到绿色波段可见光的吸收效应。

优选的，所述S4步骤中CVD钻石退火能够固化CVD钻石位错，保障CVD钻石硬度提升的稳定性，最后白色CVD钻石变化成粉红色CVD钻石。

优选的，所述S5步骤中冷却设备为风箱，所述风箱包括箱体、箱盖、进气口、出气口和风机，当CVD钻石放入箱体并合上箱盖后，启动风机，风机从进气口吸入冷空气吹向高温的CVD钻石，加快CVD钻石周边的空气流动，使CVD钻石的热量快速随着空气从出气口排出。

优选的，所述S1步骤中电子枪一般由发生电子的发射极、聚焦电子束的聚焦极、和加速电子的引出极三部分组成。

优选的，所述S1步骤中旋转平台一般有电机和转杆组成，转杆的底端通过联轴器与电机的输出端固定连接。

优选的，所述S1步骤中钻石夹具一般为四爪夹具。

(三)有益效果

与现有技术相比，本发明提供了一种提高CVD钻石硬度的方法，具备以下有益效果：

该提高CVD钻石硬度的方法，通过高能粒子束，使用时，首先把挑选好的CVD钻石固定在四爪夹具上，然后检查设备，之后启动电子枪，电子枪发出高能粒子束对CVD钻石进行轰击，高能粒子束轰击钻石晶格，产生非弹性碰撞，CVD钻石晶格C3V对称会发生改变，产生二维位错，平行于位错，位于位错附近的碳-碳键键能提高，发生黄色到绿色波段可见光的吸收效应，当高能电子束对CVD钻石的辐照剂量到达3E19-1E20cm^(-2)，白色CVD钻石会显示出粉色，接着通过加热炉对CVD钻石进行高温退火，保障CVD钻石能够固定滑位错，使CVD钻石的硬度能够显著提高，该方法能够有效提高CVD钻石硬度，提高了CVD钻石工业使用时使用效果，同时能够提高CVD钻石的使用寿命，避免发生设备经常更换CVD钻石的问题。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

一种提高CVD钻石硬度的方法，包括以下步骤：

S1、硬件准备并对相关硬件设施进行安装，首先准备能够发出辐照剂量达到3E19-1E20cm^(-2)高能粒子束的电子枪，也需要准备旋转平台和固定CVD钻石的夹具，同时把钻石夹具与旋转平台的顶端连接，之后把旋转平台和电子枪都安装在工作位置上；

S2、原材料挑选，在众多大小不一的CVD钻石中挑选形状规则，大小适中的CVD钻石，并把CVD钻石固定在钻石夹具中；

S3、设备检查，保障设备能够正常工作，避免设备损坏导致CVD钻石硬度无法提升的问题；

S4、CVD钻石硬度提升，首先启动旋转平台和电子枪，旋转平台能够保障CVD钻石样品都能够被电子枪发出的高能粒子束轰击，高能粒子束轰击钻石晶格，产生非弹性碰撞；

S5、CVD钻石退火，将S4步骤中加工完的CVD钻石取出，并将该CVD钻石通过加热炉加热到380-390摄氏度，并保持30-35分钟，最后把加热完成的CVD钻石送入冷取设备中快速降温；

S6、质检，最后把S5步骤中退火完成的CVD钻石进行硬度检测，若检测CVD钻石的莫氏硬度小于10则表示CVD钻石硬度提升不合格；

S7、清洗，最后把S6步骤中质检合格的CVD钻石用清洗液清洗洁净，祛除CVD钻石表面的污渍。

S3步骤中将高能粒子束轰击CVD钻石，CVD钻石的晶格C3V对称会发生改变，产生二维位错，平行于位错，位于位错附近的碳-碳键键能提高，发生黄色到绿色波段可见光的吸收效应。

S4步骤中CVD钻石退火能够固化CVD钻石位错，保障CVD钻石硬度提升的稳定性，最后白色CVD钻石变化成粉红色CVD钻石。

S5步骤中冷却设备为风箱，风箱包括箱体、箱盖、进气口、出气口和风机，当CVD钻石放入箱体并合上箱盖后，启动风机，风机从进气口吸入冷空气吹向高温的CVD钻石，加快CVD钻石周边的空气流动，使CVD钻石的热量快速随着空气从出气口排出。

S1步骤中电子枪一般由发生电子的发射极、聚焦电子束的聚焦极、和加速电子的引出极三部分组成，在电子枪里，灯丝一般是钨丝，通电加热后，表面产生大量的热电子，在阳极和阴极之间的高压电场作用下，热电子加速向阳极方向高速移动，并获得很高的动能。其具体速度值取决于加速电压的高低，一般可以达到光速的三分之二左右。在聚焦线圈的作用下可使电子束流聚焦，在导向线圈，又称偏转线圈的作用下可使电子束发生偏转，从而在一定范围内进行扫描。电子枪的工作电压通常在几十到几百千伏之间，为防止高压击穿、束流散射及其能量减损，电子枪的真空度须保持在6.67x10^-2帕以上。

S1步骤中旋转平台一般有电机和转杆组成，转杆的底端通过联轴器与电机的输出端固定连接，旋转平台通过电机带动转杆转动，转杆使其顶端安装的四爪夹具转动，进而使电子枪发出的高能电子束能够全面轰击CVD钻石，保障CVD钻石，使其产生非弹性碰撞，CVD钻石晶格C3V对称会发生改变，产生二维位错，平行于位错，位于位错附近的碳-碳键键能提高，进而提高CVD钻石内部原子结构的稳定性，同时提高CVD钻石的硬度。

S1步骤中钻石夹具一般为四爪夹具，四爪夹具扩大了夹具与CVD钻石的接触面积，保障CVD钻石夹持的稳定性。

综上所述，该提高CVD钻石硬度的方法，使用时，首先把挑选好的CVD钻石固定在四爪夹具上，然后检查设备，之后启动电子枪，电子枪发出高能粒子束对CVD钻石进行轰击，高能粒子束轰击钻石晶格，产生非弹性碰撞，CVD钻石晶格C3V对称会发生改变，产生二维位错，平行于位错，位于位错附近的碳-碳键键能提高，发生黄色到绿色波段可见光的吸收效应，当高能电子束对CVD钻石的辐照剂量到达3E19-1E20cm^(-2)，白色CVD钻石会显示出粉色，接着通过加热炉对CVD钻石进行高温退火，通过加热炉把CVD钻石加热到380-390摄氏度，并保持30-35分钟，最后把加热完成的CVD钻石送入冷取设备中快速降温，保障CVD钻石能够固定滑位错，使CVD钻石的硬度能够显著提高，接着把S5步骤中退火完成的CVD钻石进行硬度检测，若检测CVD钻石的莫氏硬度小于10则表示CVD钻石硬度提升不合格，最后把合格的CVD钻石间清洗，清洗CVD钻石表面的污渍，保障CVD钻石的洁净，该方法能够有效提高CVD钻石硬度，提高了CVD钻石工业使用时使用效果，同时能够提高CVD钻石的使用寿命，避免发生设备经常更换CVD钻石的问题。

需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种提高CVD钻石硬度的方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1、硬件准备并对相关硬件设施进行安装，首先准备能够发出辐照剂量达到3E19-1E20cm^(-2)高能粒子束的电子枪，也需要准备旋转平台和固定CVD钻石的夹具，同时把钻石夹具与旋转平台的顶端连接，之后把旋转平台和电子枪都安装在工作位置上；

S2、原材料挑选，在众多大小不一的CVD钻石中挑选形状规则，大小适中的CVD钻石，并把CVD钻石固定在钻石夹具中；

S3、设备检查，保障设备能够正常工作，避免设备损坏导致CVD钻石硬度无法提升的问题；

S4、CVD钻石硬度提升，首先启动旋转平台和电子枪，旋转平台能够保障CVD钻石样品都能够被电子枪发出的高能粒子束轰击，高能粒子束轰击钻石晶格，产生非弹性碰撞；

S5、CVD钻石退火，将S4步骤中加工完的CVD钻石取出，并将该CVD钻石通过加热炉加热到380-390摄氏度，并保持30-35分钟，最后把加热完成的CVD钻石送入冷取设备中快速降温；

S6、质检，最后把S5步骤中退火完成的CVD钻石进行硬度检测，若检测CVD钻石的莫氏硬度小于10则表示CVD钻石硬度提升不合格；

S7、清洗，最后把S6步骤中质检合格的CVD钻石用清洗液清洗洁净，祛除CVD钻石表面的污渍。

2.根据权利要求1所述的一种提高CVD钻石硬度的方法，其特征在于：所述S3步骤中将高能粒子束轰击CVD钻石，CVD钻石的晶格C3V对称会发生改变，产生二维位错，平行于位错，位于位错附近的碳-碳键键能提高，发生黄色到绿色波段可见光的吸收效应。

3.根据权利要求1所述的一种提高CVD钻石硬度的方法，其特征在于：所述S4步骤中CVD钻石退火能够固化CVD钻石位错，保障CVD钻石硬度提升的稳定性，最后白色CVD钻石变化成粉红色CVD钻石。

4.根据权利要求1所述的一种提高CVD钻石硬度的方法，其特征在于：所述S5步骤中冷却设备为风箱，所述风箱包括箱体、箱盖、进气口、出气口和风机，当CVD钻石放入箱体并合上箱盖后，启动风机，风机从进气口吸入冷空气吹向高温的CVD钻石，加快CVD钻石周边的空气流动，使CVD钻石的热量快速随着空气从出气口排出。

5.根据权利要求1所述的一种提高CVD钻石硬度的方法，其特征在于：所述S1步骤中电子枪一般由发生电子的发射极、聚焦电子束的聚焦极、和加速电子的引出极三部分组成。

6.根据权利要求1所述的一种提高CVD钻石硬度的方法，其特征在于：所述S1步骤中旋转平台一般有电机和转杆组成，转杆的底端通过联轴器与电机的输出端固定连接。

7.根据权利要求1所述的一种提高CVD钻石硬度的方法，其特征在于：所述S1步骤中钻石夹具一般为四爪夹具。