CN113373425B - 人造钻石生产装置及其微波发射模块 - Google Patents

Abstract

本发明一种人造钻石生产装置及其微波发射模块，用于对一反应腔体中的一钻石载台发射微波；反应腔体具有一微波窗口；钻石载台朝微波窗口的一侧具有一聚焦区域；微波发射模块位于该反应腔体外，且包含一微波产生器、一聚焦镜片及一调焦机构；微波产生器经微波窗口朝钻石平台发射微波；聚焦镜片位于钻石载台与微波产生器之间，并且集中微波产生器的微波；调焦机构连接聚焦镜片，并且可改变聚焦镜片与微波产生器的间隔距离，而使微波发射模块的微波保持集中于钻石载台的聚焦区域，进而提高人造钻石的生产效率。

Description

人造钻石生产装置及其微波发射模块

技术领域

本发明涉及一种人造钻石生产装置及其微波发射模块，尤指一种利用微波电浆化学气相沉积法生产人造钻石的装置中的微波发射模块。

背景技术

现有技术中的人造钻石生产装置，是将钻石晶种放入具有高浓度甲烷的反应腔内，然后利用2.45GHz的微波在反应腔内形成的区域性驻波强电场处放置钻石晶种的载台，该处的微波驻波的能量使晶种周围的碳氢化合物反应气体(例如甲烷)加热至极高温并形成电浆球，使该碳氢化合物气体的碳原子受电浆作用而附着于钻石晶种上，使钻石晶种逐渐生长成为人造钻石。

然而，微波的区域性驻波强电场位置容易受反应气体的干扰，因而难以稳定聚焦在钻石晶种的载台上，导致钻石晶种周围无法稳定形成电浆球，进而造成人造钻石的生产费时且耗能。

因此，现有技术的人造钻石生产装置实有待加以改良。

发明内容

有鉴于前述的现有技术的缺点及不足，本发明提供一种人造钻石生产装置及其微波发射模块，该微波发射模块所产生的微波聚焦位置可调整，借此提高人造钻石的生产效率。

为达到上述的发明目的，本发明所采用的技术手段为设计一种人造钻石生产装置的微波发射模块，用于对一反应腔体中的一钻石载台发射微波；该反应腔体具有一微波窗口；该钻石载台朝向该微波窗口的一侧具有一聚焦区域；该微波发射模块位于该反应腔体外，其中该微波发射模块包含：

一微波产生器，其具有一发射口，该微波产生器以该发射口朝该钻石载台发射微波；

一聚焦镜片，其位于该钻石载台与该发射口之间，并且该聚焦镜片集中该微波产生器的微波；

一调焦机构，其连接该聚焦镜片，并且该调焦机构改变该聚焦镜片与该发射口的间隔距离，而使该微波产生器的微波集中于该钻石载台的该聚焦区域；该调焦机构具有：一马达；一螺杆组件，其具有；一转动件，其连接该马达；一位移件，其连接该转动件，并且固设该聚焦镜片；其中，该转动件的转动使该位移件相对该转动件直线移动。

为达到上述的发明目的，本发明进一步提供一种人造钻石生产装置，其中包含：

一反应腔体，其具有：

一微波窗口，外部的微波可由该微波窗口穿入该反应腔体中；

一钻石载台，其设于该反应腔体中，该钻石载台朝向该微波窗口的一侧具有一聚焦区域；

一微波发射模块，其位于该反应腔体外，且该微波发射模块包含：

一微波产生器，其具有一发射口，该微波产生器以该发射口朝该钻石载台发射微波；

一聚焦镜片，其位于该钻石载台与该发射口之间，并且该聚焦镜片集中该微波产生器的微波；

一调焦机构，其连接该聚焦镜片，并且该调焦机构改变该聚焦镜片与该发射口的间隔距离，而使该微波产生器的微波集中于该钻石载台的该聚焦区域；该调焦机构具有：一马达；一螺杆组件，其具有；一转动件，其连接该马达；一位移件，其连接该转动件，并且固设该聚焦镜片；其中，该转动件的转动使该位移件相对该转动件直线移动。

本发明的优点在于，在微波发射模块中进一步设计一调焦机构，其连接聚焦镜片，并且可改变聚焦镜片与发射口的间隔距离。借此，聚焦后的微波更容易且更均匀的激发电浆球，且当微波的聚焦位置受干扰而偏移时，调焦机构可修正微波的聚焦位置，使微波持续集中于该钻石载台的聚焦区域，进而使钻石晶种周围能够稳定形成电浆球，以提高人造钻石的生产效率。

进一步而言，所述的微波发射模块，其中：该转动件为一套管，其内壁面具有内螺纹；该转动件的一端连接该马达；该位移件为一外螺纹杆，其相对两端分别为一镜片端及一套管端，该镜片端固设该聚焦镜片，该套管端穿设于该转动件中并且螺合该转动件。

进一步而言，所述的微波发射模块，进一步具有一微波吸收壳体，该微波吸收壳体连接该微波产生器及该反应腔体，且形成有：一容置空间；一入口，其连通该容置空间及该微波产生器的该发射口；一出口，其连通该容置空间，且该出口的外侧周缘贴靠该反应腔体的外侧面，并且环绕该微波窗口；其中，该聚焦镜片位于该容置空间中，该调焦机构位于该微波吸收壳体外，该调焦机构的该螺杆组件的该位移件能滑动地贯穿该微波吸收壳体。

进一步而言，所述的微波发射模块，进一步具有一直动组件，其具有：一固定件，其位置相对该发射口固定；一滑动件，其能滑动地连接该固定件，并且固接该聚焦镜片；其中，该直动组件及该调焦机构分别连接该聚焦镜片的相对两端。

进一步而言，所述的微波发射模块，其中：该固定件为一直线轴承，且固接该微波吸收壳体；该滑动件为一直杆体，且能滑动地贯穿该固定件及该微波吸收壳体；该滑动件的一端位于该容置空间中且固设该聚焦镜片，另一端位于该微波吸收壳体外。

进一步而言，所述的微波发射模块，进一步具有一极化管，该极化管朝向该钻石载台的一端部开口为该发射口，该极化管中具有至少一长条状的极化板，至少一该极化板沿该微波的行进路径延伸，且至少一该极化板的相对两端的板体厚度渐缩。借此，极化管可以将其上端的线极化电场转换成下端的圆极化电场。进一步而言，所述的微波发射模块，其中该聚焦镜片为一介质凸透镜。

附图说明

在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式来限制本发明公开的范围。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本发明的理解，并不是具体限定本发明各部件的形状和比例尺寸。本领域的技术人员在本发明的教导下，可以根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本发明。

图1为本发明的立体外观图。

图2为本发明的组件分解图。

图3为本发明的局部立体外观图。

图4为本发明的局部剖视示意图。

具体实施方式

结合附图和本发明具体实施方式的描述，能够更加清楚地了解本发明的细节。但是，在此描述的本发明的具体实施方式，仅用于解释本发明的目的，而不能以任何方式理解成是对本发明的限制。在本发明的教导下，技术人员可以构想基于本发明的任意可能的变形，这些都应被视为属于本发明的范围。

以下配合图式及本发明之较佳实施例，进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段。

请参阅图1至图4所示，本发明提供一种人造钻石生产装置的一微波发射模块，该人造钻石生产装置包含一反应腔体10、一反应气体控制模块20、一钻石载台30(如图4所示)及该微波发射模块。该微波发射模块位于反应腔体10外，且包含一微波产生器40、一聚焦镜片50及一调焦机构60；且在本实施例中，进一步包含有一直动组件70及一微波吸收壳体80。

前述的反应腔体10形成有一电浆作用空间11(如图4所示)，且具有一微波窗口12，微波窗口12的材质较佳地为石英，以使外部的微波可经由微波窗口12穿入电浆作用空间11中。

前述的反应气体控制模块20连通反应腔体10的电浆作用空间11，且具体来说，反应气体控制模块20包含一碳氢化合物气源21、氦气源22、氢气源23及一真空泵24，其均直接连通电浆作用空间11，以控制电浆作用空间11的气体成分。

前述的钻石载台30设于反应腔体10的电浆作用空间11中，钻石载台30朝向微波窗口的一侧具有一聚焦区域31(如图4所示)。

前述的微波产生器40位于反应腔体10外，且具有一发射口41(如图4所示)，微波产生器40产生的微波由发射口41射出，并且朝钻石载台30发射。本实施例中的微波产生器40具有一线极化电场微波源44及一极化管42，发射口41为极化管42朝向钻石载台30的一端部开口；线极化电场微波源44连接极化管42相对发射口41的一端，并朝极化管42发射线极化电场微波。极化管42中具有两个长条状的极化板43(如图3所示)，两个极化板43相对设置，各极化板43沿微波的行进路径延伸；借此，两个极化板43使极化管42中的微波从进入极化管42上端的线极化电场微波转换成下端离开的圆极化电场微波，进而使发射口41朝钻石载台30发射圆极化电场微波，以增进人造钻石的制作质量，但微波产生器40不以发射圆极化电场微波为限。

极化板43的相对两端的板体厚度呈阶梯状渐缩，以使进入极化管42上端以及离开极化管42下端的微波阻抗匹配，减少微波反射量。在其他较佳的实施例中，极化板43的相对两端的板体厚度也可以是线性渐缩(即阶梯面替换为一斜面)、弧形渐缩(即阶梯面替换为一弧面)或多折点渐缩(即阶梯面替换为相连接的多个斜面)；此外，极化板43的数量可以只有一个。

前述的聚焦镜片50位于钻石载台30与微波产生器40的发射口41之间，并且可集中微波产生器40的圆极化电场微波。在本实施例中，发射口41、微波窗口12、聚焦镜片50及钻石载台30的聚焦区域31沿一直线依序排列。聚焦镜片50在本实施例中为一介质凸透镜，且聚焦镜片50的材质较佳地为陶瓷或高密度聚乙烯(HDPE)。

前述的微波吸收壳体80连接微波产生器40及反应腔体10，且形成有一容置空间81、一入口82及一出口83(如图4所示)；入口82连通容置空间81及微波产生器40的发射口41；出口83连通容置空间81，且出口83的外侧周缘贴靠反应腔体10的外侧面，并且环绕微波窗口12。前述的聚焦镜片50位于容置空间81中。微波吸收壳体80的材质为高介质损耗(或者磁滞损耗)材料，可吸收微波的电场分量(或磁场分量)，以避免微波在微波吸收壳体80内部造成多重反射，甚至从微波吸收壳体80与其他配合零件的接缝中外泄出去，因此微波吸收壳体80具有降低微波发射模块的微波外泄量的功效。

前述的调焦机构60连接聚焦镜片50，并且可改变聚焦镜片50与发射口41的间隔距离D(如图4所示)，而使微波产生器40的圆极化电场微波集中于钻石载台30的聚焦区域31。在本实施例中，调焦机构60具有一马达61及一螺杆组件62，螺杆组件具有一转动件621及一位移件622；转动件621连接马达61，位移件622连接转动件621，并且固设聚焦镜片50；马达61可带动转动件621转动，并使转动件621驱动位移件622相对转动件621直线移动。

更具体来说，调焦机构60位于微波吸收壳体80外，转动件621为一套管，其内壁面具有内螺纹，转动件621的一端套设马达61的转轴；位移件622为一外螺纹杆，其可滑动地贯穿微波吸收壳体80；位移件622的相对两端分别为一镜片端6221及一套管端6222，镜片端6221固设聚焦镜片50，套管端6222穿设于转动件621中并且螺合转动件621，当马达61带动转动件621转动时，转动件621的旋转可借由转动件621的内螺纹及位移件622的外螺纹的螺合而驱动位移件622相对转动件621直线移动，并进而改变聚焦镜片50与发射口41的间隔距离。另外，借由将调焦机构60设置于于微波吸收壳体80外，仅杆体状的位移件622贯入微波吸收壳体80，位移件622与微波吸收壳体80之间的间隙可设计得较小，进而降低微波外泄的程度，同时使调焦机构60外露而容易调整维修，但调焦机构60的具体构造不以此为限，例如转动件621及位移件622也可分别为一外螺纹杆及一套管，甚至，调焦机构60也可以是其他形式的致动器或手动调整机构。

前述的直动组件70具有一固定件71及一滑动件72，固定件71固设微波吸收壳体80，滑动件72可滑动地连接固定件71，并且固设聚焦镜片50。直动组件70及该调焦机构60分别连接聚焦镜片50的相对两端，以强化聚焦镜片50的稳定度。固定件71不以固设微波吸收壳体80为限，仅要固定件71的位置相对发射口41固定即可，例如固定件71也可固设微波产生器40。在本实施例中，直动组件70为一滚珠导引组件，即固定件71为一直线轴承，滑动件72为一直杆体，该直杆体可滑动地贯穿固定件71，且滑动件72与位移件622相互平行。

本发明在使用时，将钻石晶种A置于钻石载台30的聚焦区域31内，聚焦镜片50将微波产生器40发射的圆极化电场微波聚焦于钻石载台30的聚焦区域31以制作人造钻石。当圆极化电场微波的聚焦位置偏离聚焦区域31时，调焦机构60可调整聚焦镜片50与发射口41的间隔距离，使圆极化电场微波保持集中于聚焦区域31。

综上所述，本发明借由进一步设置调焦机构60，其可改变聚焦镜片50与发射口41的间隔距离，进而修正微波的聚焦位置，使钻石晶种A周围能够稳定形成电浆球，以提高人造钻石的生产效率。

以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例公开如上，然而并非用以限定本发明，任何本领域普通技术人员，在不脱离本发明技术方案的范围内，当可利用上述公开的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (9)

1.一种人造钻石生产装置的微波发射模块，用于对一反应腔体中的一钻石载台发射微波；该反应腔体具有一微波窗口；该钻石载台朝向该微波窗口的一侧具有一聚焦区域；其特征在于，该微波发射模块位于该反应腔体外，且该微波发射模块包含：

一微波产生器，其具有一发射口，该微波产生器以该发射口朝该钻石载台发射微波；

一聚焦镜片，其位于该钻石载台与该发射口之间，并且该聚焦镜片集中该微波产生器的微波；

一调焦机构，其连接该聚焦镜片，并且该调焦机构改变该聚焦镜片与该发射口的间隔距离，而使该微波产生器的微波集中于该钻石载台的该聚焦区域；该调焦机构具有

一马达；

一螺杆组件，其具有；

一转动件，其连接该马达；

一位移件，其连接该转动件，并且该位移件固接该聚焦镜片；该转动件的转动使该位移件相对该转动件直线移动。

2.如权利要求1所述的微波发射模块，其特征在于，

该转动件为一套管，其内壁面具有内螺纹；该转动件的一端连接该马达；

该位移件为一外螺纹杆，其相对两端分别为一镜片端及一套管端，该镜片端固接该聚焦镜片，该套管端穿设于该转动件中并且螺合该转动件。

3.如权利要求2所述的微波发射模块，其特征在于，该微波发射模块具有一微波吸收壳体，该微波吸收壳体连接该微波产生器及该反应腔体，且该微波吸收壳体形成有：

一容置空间；

一入口，其连通该容置空间及该微波产生器的该发射口；

一出口，其连通该容置空间，且该出口的外侧周缘贴靠该反应腔体的外侧面，并且环绕该微波窗口；

该聚焦镜片位于该容置空间中，该调焦机构位于该微波吸收壳体外，该调焦机构的该螺杆组件的该位移件能滑动地贯穿该微波吸收壳体。

4.如权利要求3所述的微波发射模块，其特征在于，该微波发射模块具有一直动组件，该直动组件具有：

一固定件，其位置相对该发射口固定；

一滑动件，其能滑动地连接该固定件，并且该滑动件固接该聚焦镜片；

该直动组件及该调焦机构分别连接该聚焦镜片的相对两端。

5.如权利要求4所述的微波发射模块，其特征在于，

该固定件为一直线轴承，且固设该微波吸收壳体；

该滑动件为一直杆体，且该滑动件能滑动地贯穿该固定件及该微波吸收壳体；该滑动件的一端位于该容置空间中且固设该聚焦镜片，该滑动件另一端位于该微波吸收壳体外。

6.如权利要求1至3中任一项所述的微波发射模块，其特征在于，该微波产生器具有一极化管，该极化管朝向该钻石载台的一端部开口为该发射口，该极化管中具有至少一长条状的极化板，至少一该极化板沿该微波的行进路径延伸，且至少一该极化板的相对两端的板体厚度渐缩。

7.如权利要求6所述的微波发射模块，其特征在于，

至少一该长条状的极化板包含两个极化板，两个该极化板相对设置；

该微波产生器具有一线极化电场微波源，该线极化电场微波源连接该极化管相对该发射口的一端，并朝该极化管发射线极化电场微波；

两个该极化板使该极化管中的线极化电场微波转换为圆极化电场微波，并使该发射口朝该钻石载台发射圆极化电场微波。

8.如权利要求1至3中任一项所述的微波发射模块，其特征在于，该聚焦镜片为一介质凸透镜。

9.一种人造钻石生产装置，其特征在于，该人造钻石生产装置包含：

一反应腔体，其具有：

一微波窗口，外部的微波能由该微波窗口穿入该反应腔体中；

一钻石载台，其设于该反应腔体中，朝向该微波窗口的一侧具有一聚焦区域；

一微波发射模块，其位于该反应腔体外，且该微波发射模块包含：

一微波产生器，其具有一发射口，该微波产生器以该发射口朝该钻石载台发射微波；

一聚焦镜片，其位于该钻石载台与该发射口之间，并且该聚焦镜片集中该微波产生器的微波；

一调焦机构，其连接该聚焦镜片，并且该调焦机构改变该聚焦镜片与该发射口的间隔距离，而使该微波产生器的圆极化电场微波集中于该钻石载台的该聚焦区域；该调焦机构具有

一马达；

一螺杆组件，其具有；

一转动件，其连接该马达；

一位移件，其连接该转动件，并且该位移件固接该聚焦镜片；该转动件的转动使该位移件相对该转动件直线移动。

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