CN111705360A - 一种生产纯化单晶金刚石的方法 - Google Patents

一种生产纯化单晶金刚石的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种生产纯化单晶金刚石的方法,将人体头发粉碎后挤压成人体头发细棒,人体头发细棒的直径为0.5‑1.5mm;人体头发细棒置于电弧阳极中,电弧阳极为中空形状;氢气从氢气瓶通入放置于金属腔室内的电弧阴极中;利用电弧放电将通入氢气变成氢等离子体,使人体头发细棒气化转变为气体混合物;将气体混合物中的氮氢化物、硫化物、水汽杂质气体去掉,得到体积纯度为99.999%的碳氢化合物气体;该发明能够将人体头发中的碳转变为金刚石。

Description

一种生产纯化单晶金刚石的方法
技术领域
本发明涉及金刚石合成技术领域,具体涉及一种生产纯化单晶金刚石的方法。
背景技术
头发是由蛋白质组成,含有碳、氢、氧、氮及少量的硫,有的还含有微量磷、铁、锌、钼等元素,能够提供制备金刚石的碳源。目前利用人体头发作为碳源合成金刚石主要采用的是高温高压制备金刚石的方法,该方法是将头发在无氧条件下碳化后得到碳粉,再和金属触媒混合后放入压机在高温高压条件下合成金刚石。高温高压制备的金刚石晶体的纯度不高,并且它的大小很难做大。微波等离子体化学气相沉积技术合成金刚石通常采用甲烷、二氧化碳、一氧化碳等气体为碳源,氢气作为稀释气体,工作气压较低,温度较低,对设备的要求不高。等离子体化学气相沉积法制备的金刚石可以是多晶膜,也可利用单晶金刚石作为种晶同质外延生长单晶金刚石。微波等离子体化学气相沉积技术合成金刚石的碳源为气态源,而头发为固态碳源;但是现有技术尚无利用人体头发作为碳源采用微波等离子体化学气相沉积技术合成金刚石,将人体头发中的碳转变为金刚石的方法;同时在对金刚石进行切割刀过程中,只能对单一尺寸的金刚石进行切割,并且不便于调节其位置,不方便使用。
发明内容
为了克服上述的技术问题,本发明的目的在于提供一种生产纯化单晶金刚石的方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现:
一种生产纯化单晶金刚石的方法,包括以下步骤:
步骤一、将人体头发粉碎后挤压成人体头发细棒,人体头发细棒的直径为0.5-1.5mm;
步骤二、人体头发细棒置于电弧阳极中,电弧阳极为中空形状;氢气从氢气瓶通入放置于金属腔室内的电弧阴极中;利用电弧放电将通入氢气变成氢等离子体,使人体头发细棒气化转变为气体混合物;
步骤三、将气体混合物中的氮氢化物、硫化物、水汽杂质气体去掉,得到体积纯度为99.999%的碳氢化合物气体;
步骤四、利用所述碳氢化合物气体和高纯氢气的混合气体为原料,采用微波等离子体化学气相沉积方法在天然金刚石衬底上同质外延生长金刚石,得到样品;所述的碳氢化合物气体、高纯氢气的体积配比为1:10-200;
步骤五、采用激光切割设备切除样品中的天然金刚石,首先驱动伺服电机,带动丝杆转动,丝杆带动两块升降轨相对运动,进而带动L型插板插入插槽中,然后将天然金刚石放置在限位块支架,再次驱动伺服电机,带动L型插板和L型板将天然金刚石固定;然后驱动气缸,带动天然金刚石到达激光切割头下方,并且可以驱动旋转电机,带动小齿轮转动,小齿轮与大齿轮啮合连接,进而带动大齿轮转动,大齿轮带动转盘转动,转盘带动滑轨转动,进而带动天然金刚石转动,调节天然金刚石的位置,最后由激光切割头进行切割,得到由人体头发为碳源制备的金刚石。
作为本发明进一步的方案:步骤二中利用电弧放电将通入氢气变成氢等离子体,使人体头发细棒气化转变为气体混合物的工艺条件为:氢气流量为450-600ml/mi n,气压7kPa-100kPa,电压范围为30-150V,放电电流为50-120A,电弧阳极与电弧阴极的距离为1-5mm,人体头发细棒被推进的速度为1-2mm/s。
作为本发明进一步的方案:所述激光切割设备包括切割箱、输送机构和激光切割头,所述切割箱为中空结构,所述切割箱的内部固定安装有输送机构,所述切割箱的顶部内壁中心处固定安装有激光切割头,所述输送机构包括安装座,所述安装座顶部中心处开设有滑槽,所述安装座的一端固定安装有气缸,所述气缸的活塞杆延伸至滑槽内与移动板固定连接,所述移动板的底部固定安装有旋转电机,所述旋转电机的输出轴贯穿移动板与小齿轮连接,所述小齿轮与大齿轮啮合连接,所述大齿轮转动安装在移动板的顶部,所述大齿轮的顶部固定安装有转盘,所述转盘的顶部固定安装有滑轨,所述滑轨的一侧固定有伺服电机,所述伺服电机的输出轴与丝杆连接,所述丝杆延伸至滑轨内,且与滑轨的内壁一侧转动连接,所述丝杆上设置有两段相反的螺纹,所述丝杆对称安装有升降轨,所述升降轨与滑轨滑动连接。
作为本发明进一步的方案:两个所述升降轨的内侧分别滑动连接有L型插板和L型板,所述L型板远离升降轨水平部开设有插槽,所述L型插板与插槽适配,所述L型插板和L型板的水平部的顶部均固定安装有两块限位块。
作为本发明进一步的方案:所述L型插板和L型板的竖直部内侧均开设有凹槽,所述凹槽的内部均匀安装有弹簧,所述弹簧的另一端固定安装有挤压板。
作为本发明进一步的方案:所述移动板的一侧还对称安装有两个导向轮,所述滑槽的两侧对称安装有导轨,所述导轨与移动板通过滑块滑动连接,两条所述导轨的外侧均固定安装有导向侧板,所述导向侧板与导向轮适配。
本发明的有益效果:本发明能够将人体头发中的碳转变为金刚石;
本发明通过驱动伺服电机,带动丝杆转动,丝杆带动两块升降轨相对运动,进而带动L型插板插入插槽中,便于起到支撑作用,同时便于L型插板和L型板之间继续移动固定,然后将天然金刚石放置在限位块支架,再次驱动伺服电机,带动L型插板和L型板移动,天然金刚石首先与挤压板接触,挤压弹簧,通过弹簧所产生的反作用力,将天然金刚石固定,通过L型插板、L型板、升降轨的设置便于固定不同大小的天然金刚石,便于使用;然后驱动气缸,通过活塞杆推动移动板移动,带动天然金刚石到达激光切割头下方,并且可以驱动旋转电机,带动小齿轮转动,小齿轮与大齿轮啮合连接,进而带动大齿轮转动,大齿轮带动转盘转动,转盘带动滑轨转动,进而带动天然金刚石转动,调节天然金刚石的位置,实用性强,最后由激光切割头进行切割;通过带动天然金刚石转动以及滑轨、升降轨的设置,便于调节天然金刚石的位置,方便不同类型的天然金刚石进行切割。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1是本发明激光切割设备整体结构示意图;
图2是本发明激光切割设备内部结构示意图;
图3是本发明中输送机构整体结构示意图;
图4是本发明中移动板整体结构示意图;
图5是本发明中L型板和L型插板内部结构示意图。
图中:1、切割箱;2、输送机构;3、激光切割头;4、气缸;5、滑槽;6、导轨;7、伺服电机;8、丝杆;9、滑轨;10、安装座;11、移动板;12、升降轨;13、L型板;14、挤压板;15、限位块;16、插槽;17、L型插板;18、导向侧板;19、旋转电机;20、小齿轮;21、转盘;22、大齿轮;23、导向轮;24、凹槽;25、弹簧。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例,都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-5所示,
实施例1:
一种生产纯化单晶金刚石的方法,包括以下步骤:
步骤一、将人体头发粉碎后挤压成人体头发细棒,人体头发细棒的直径为0.5-1.5mm;
步骤二、人体头发细棒置于电弧阳极中,电弧阳极为中空形状;氢气从氢气瓶通入放置于金属腔室内的电弧阴极中;利用电弧放电将通入氢气变成氢等离子体,使人体头发细棒气化转变为气体混合物;
步骤三、将气体混合物中的氮氢化物、硫化物、水汽杂质气体去掉,得到体积纯度为99.999%的碳氢化合物气体;
步骤四、利用所述碳氢化合物气体和高纯氢气的混合气体为原料,采用微波等离子体化学气相沉积方法在天然金刚石衬底上同质外延生长金刚石,得到样品;所述的碳氢化合物气体、高纯氢气的体积配比为1:10;
步骤五、采用激光切割设备切除样品中的天然金刚石,首先驱动伺服电机7,带动丝杆8转动,丝杆8带动两块升降轨12相对运动,进而带动L型插板17插入插槽16中,然后将天然金刚石放置在限位块15支架,再次驱动伺服电机7,带动L型插板17和L型板13将天然金刚石固定;然后驱动气缸4,带动天然金刚石到达激光切割头3下方,并且可以驱动旋转电机19,带动小齿轮20转动,小齿轮20与大齿轮22啮合连接,进而带动大齿轮22转动,大齿轮22带动转盘21转动,转盘21带动滑轨9转动,进而带动天然金刚石转动,调节天然金刚石的位置,最后由激光切割头3进行切割,得到由人体头发为碳源制备的金刚石。
步骤二中利用电弧放电将通入氢气变成氢等离子体,使人体头发细棒气化转变为气体混合物的工艺条件为:氢气流量为450ml/mi n,气压7kPa,电压范围为30V,放电电流为50A,电弧阳极与电弧阴极的距离为1mm,人体头发细棒被推进的速度为1mm/s。
实施例2:
一种生产纯化单晶金刚石的方法,包括以下步骤:
步骤一、将人体头发粉碎后挤压成人体头发细棒,人体头发细棒的直径为0.5-1.5mm;
步骤二、人体头发细棒置于电弧阳极中,电弧阳极为中空形状;氢气从氢气瓶通入放置于金属腔室内的电弧阴极中;利用电弧放电将通入氢气变成氢等离子体,使人体头发细棒气化转变为气体混合物;
步骤三、将气体混合物中的氮氢化物、硫化物、水汽杂质气体去掉,得到体积纯度为99.999%的碳氢化合物气体;
步骤四、利用所述碳氢化合物气体和高纯氢气的混合气体为原料,采用微波等离子体化学气相沉积方法在天然金刚石衬底上同质外延生长金刚石,得到样品;所述的碳氢化合物气体、高纯氢气的体积配比为1:200;
步骤五、与实施例1步骤相同。
步骤二中利用电弧放电将通入氢气变成氢等离子体,使人体头发细棒气化转变为气体混合物的工艺条件为:氢气流量为600ml/mi n,气压100kPa,电压范围为150V,放电电流为120A,电弧阳极与电弧阴极的距离为5mm,人体头发细棒被推进的速度为2mm/s。
所述激光切割设备包括切割箱1、输送机构2和激光切割头3,所述切割箱1为中空结构,所述切割箱1的内部固定安装有输送机构2,所述切割箱1的顶部内壁中心处固定安装有激光切割头3,所述输送机构2包括安装座10,所述安装座10顶部中心处开设有滑槽5,所述安装座10的一端固定安装有气缸4,所述气缸4的活塞杆延伸至滑槽5内与移动板11固定连接,所述移动板11的底部固定安装有旋转电机19,所述旋转电机19的输出轴贯穿移动板11与小齿轮20连接,所述小齿轮20与大齿轮22啮合连接,所述大齿轮22转动安装在移动板11的顶部,所述大齿轮22的顶部固定安装有转盘21,所述转盘21的顶部固定安装有滑轨9,所述滑轨9的一侧固定有伺服电机7,所述伺服电机7的输出轴与丝杆8连接,所述丝杆8延伸至滑轨9内,且与滑轨9的内壁一侧转动连接,所述丝杆8上设置有两段相反的螺纹,所述丝杆8对称安装有升降轨12,所述升降轨12与滑轨9滑动连接。
两个所述升降轨12的内侧分别滑动连接有L型插板17和L型板13,升降轨12通过丝杆带动L型插板17和L型板13升降,便于调节L型插板17和L型板13的高度,方便使用,所述L型板13远离升降轨12水平部开设有插槽16,所述L型插板17与插槽16适配,所述L型插板17和L型板13的水平部的顶部均固定安装有两块限位块15。
所述L型插板17和L型板13的竖直部内侧均开设有凹槽24,所述凹槽24的内部均匀安装有弹簧25,所述弹簧25的另一端固定安装有挤压板14。
所述移动板11的一侧还对称安装有两个导向轮23,所述滑槽5的两侧对称安装有导轨6,所述导轨6与移动板11通过滑块滑动连接,两条所述导轨6的外侧均固定安装有导向侧板18,所述导向侧板18与导向轮23适配,便于移动板11移动的更加稳定。
本发明的工作原理:驱动伺服电机7,带动丝杆8转动,丝杆8带动两块升降轨12相对运动,进而带动L型插板17插入插槽16中,便于起到支撑作用,同时便于L型插板17和L型板13之间继续移动固定,然后将天然金刚石放置在限位块15支架,再次驱动伺服电机7,带动L型插板17和L型板13移动,天然金刚石首先与挤压板14接触,挤压弹簧,通过弹簧所产生的反作用力,将天然金刚石固定;然后驱动气缸4,通过活塞杆推动移动板11移动,带动天然金刚石到达激光切割头3下方,并且可以驱动旋转电机19,带动小齿轮20转动,小齿轮20与大齿轮22啮合连接,进而带动大齿轮22转动,大齿轮22带动转盘21转动,转盘21带动滑轨9转动,进而带动天然金刚石转动,调节天然金刚石的位置,实用性强,最后由激光切割头3进行切割。
在本说明书的描述中,参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上内容仅仅是对本发明所作的举例和说明,所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代,只要不偏离发明或者超越本权利要求书所定义的范围,均应属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种生产纯化单晶金刚石的方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤一、将人体头发粉碎后挤压成人体头发细棒,人体头发细棒的直径为0.5-1.5mm;
步骤二、人体头发细棒置于电弧阳极中,电弧阳极为中空形状;氢气从氢气瓶通入放置于金属腔室内的电弧阴极中;利用电弧放电将通入氢气变成氢等离子体,使人体头发细棒气化转变为气体混合物;
步骤三、将气体混合物中的氮氢化物、硫化物、水汽杂质气体去掉,得到体积纯度为99.999%的碳氢化合物气体;
步骤四、利用所述碳氢化合物气体和高纯氢气的混合气体为原料,采用微波等离子体化学气相沉积方法在天然金刚石衬底上同质外延生长金刚石,得到样品;所述的碳氢化合物气体、高纯氢气的体积配比为1:10-200;
步骤五、采用激光切割设备切除样品中的天然金刚石,首先驱动伺服电机(7),带动丝杆(8)转动,丝杆(8)带动两块升降轨(12)相对运动,进而带动L型插板(17)插入插槽(16)中,然后将天然金刚石放置在限位块(15)支架,再次驱动伺服电机(7),带动L型插板(17)和L型板(13)将天然金刚石固定;然后驱动气缸(4),带动天然金刚石到达激光切割头(3)下方,并且可以驱动旋转电机(19),带动小齿轮(20)转动,小齿轮(20)与大齿轮(22)啮合连接,进而带动大齿轮(22)转动,大齿轮(22)带动转盘(21)转动,转盘(21)带动滑轨(9)转动,进而带动天然金刚石转动,调节天然金刚石的位置,最后由激光切割头(3)进行切割,得到由人体头发为碳源制备的金刚石。
2.根据权利要求1所述的一种生产纯化单晶金刚石的方法,其特征在于,步骤二中利用电弧放电将通入氢气变成氢等离子体,使人体头发细棒气化转变为气体混合物的工艺条件为:氢气流量为450-600ml/min,气压7kPa-100kPa,电压范围为30-150V,放电电流为50-120A,电弧阳极与电弧阴极的距离为1-5mm,人体头发细棒被推进的速度为1-2mm/s。
3.根据权利要求1所述的一种生产纯化单晶金刚石的方法,其特征在于,所述激光切割设备包括切割箱(1)、输送机构(2)和激光切割头(3),所述切割箱(1)为中空结构,所述切割箱(1)的内部固定安装有输送机构(2),所述切割箱(1)的顶部内壁中心处固定安装有激光切割头(3),所述输送机构(2)包括安装座(10),所述安装座(10)顶部中心处开设有滑槽(5),所述安装座(10)的一端固定安装有气缸(4),所述气缸(4)的活塞杆延伸至滑槽(5)内与移动板(11)固定连接,所述移动板(11)的底部固定安装有旋转电机(19),所述旋转电机(19)的输出轴贯穿移动板(11)与小齿轮(20)连接,所述小齿轮(20)与大齿轮(22)啮合连接,所述大齿轮(22)转动安装在移动板(11)的顶部,所述大齿轮(22)的顶部固定安装有转盘(21),所述转盘(21)的顶部固定安装有滑轨(9),所述滑轨(9)的一侧固定有伺服电机(7),所述伺服电机(7)的输出轴与丝杆(8)连接,所述丝杆(8)延伸至滑轨(9)内,且与滑轨(9)的内壁一侧转动连接,所述丝杆(8)上设置有两段相反的螺纹,所述丝杆(8)对称安装有升降轨(12),所述升降轨(12)与滑轨(9)滑动连接。
4.根据权利要求3所述的一种生产纯化单晶金刚石的方法,其特征在于,两个所述升降轨(12)的内侧分别滑动连接有L型插板(17)和L型板(13),所述L型板(13)远离升降轨(12)水平部开设有插槽(16),所述L型插板(17)与插槽(16)适配,所述L型插板(17)和L型板(13)的水平部的顶部均固定安装有两块限位块(15)。
5.根据权利要求4所述的一种生产纯化单晶金刚石的方法,其特征在于,所述L型插板(17)和L型板(13)的竖直部内侧均开设有凹槽(24),所述凹槽(24)的内部均匀安装有弹簧(25),所述弹簧(25)的另一端固定安装有挤压板(14)。
6.根据权利要求3所述的一种生产纯化单晶金刚石的方法,其特征在于,所述移动板(11)的一侧还对称安装有两个导向轮(23),所述滑槽(5)的两侧对称安装有导轨(6),所述导轨(6)与移动板(11)通过滑块滑动连接,两条所述导轨(6)的外侧均固定安装有导向侧板(18),所述导向侧板(18)与导向轮(23)适配。
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