CN114875485A - 一种实验室培育钻石的工艺及其制造设备 - Google Patents
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Abstract
本发明属于培育钻石技术领域，尤其是一种实验室培育钻石的制造设备及其工艺，包括培育箱，所述培育箱的内底壁固定安装有支撑柱。通过设置细微观察机构达到了钻石在培育中可通过观察环内部的第一凸镜与调节管内部的第二凸镜配合进行观察种晶的培育状态，需要细微观察时，驱动转轮转动进行带动主动轴旋转，从而带动第二锥齿转动，驱动第一锥齿旋转从而控制齿轮转动，进而驱动行程齿条移动带动滑块滑动，驱动第二凸镜移动调节之间的焦距，进行放大观察的倍数，从而细微观察钻石培育的过程和状态，结构简单操作方便，避免现有的只是在培育箱的表面安装观察窗，进行观察，调节效果差无法知晓每一个种晶培育的状态和过程。
Description
技术领域
本发明涉及培育钻石技术领域，尤其涉及一种实验室培育钻石的制造设备及其工艺。
背景技术
培育钻石，合成钻石的商贸名称，又称生长钻石。指在实验室或工厂里通过一定的技术与工艺流程制造出来的与天然钻石的外观、化学成分和晶体结构完全相同的晶体。由NGTC主导的合成钻石国家标准正在制定。
现有的合成钻石的方法包括化学气相沉积法(CVD法)和高温高压法(HTHP法)，但是现有的在采用化学气相沉积法(CVD法)制造培育钻石时，只在培育箱的表面开设有观察槽，安装观察透明罩进行观察培育的状态以及过程，从而导致无法直观细微的观察钻石培育状态以及过程，且观察的角度单一，观察效果差，所以需要一种实验室培育钻石的制造设备及其工艺。
发明内容
基于现有的合成钻石的方法包括化学气相沉积法(CVD法)和高温高压法(HTHP法)，但是现有的在采用化学气相沉积法(CVD法)制造培育钻石时，只在培育箱的表面开设有观察槽，安装观察透明罩进行观察培育的状态以及过程，从而导致无法直观细微的观察钻石培育状态以及过程，且观察的角度单一，观察效果差技术问题，本发明提出了一种实验室培育钻石的制造设备及其工艺。
本发明提出的一种实验室培育钻石的制造设备及其工艺，包括培育箱，所述培育箱的内底壁固定安装有支撑柱，所述支撑柱的顶部开设有插接安装孔，所述插接安装孔的内壁滑动插接有底座，所述底座的顶部粘接有种晶，所述培育箱的顶部固定安装有培育管，所述培育管的内部进行输送气体和微波进入到培育箱的内部培育，所述培育箱的一侧设置有细微观察机构，所述细微观察机构进行培育中观察钻石培育的状态，所述细微观察机构包括有调节座，所述调节座的一端安装表面与培育箱的一侧表面固定安装，所述培育箱的一侧表面开设有第一观察孔，所述第一观察孔的轴心与调节座的轴心均位于同一轴心。
优选地，所述调节座的内壁分别滑动插接有第一卡环和第二卡环，所述第一卡环的内壁和第二卡环的相对内壁均开设有卡槽，所述卡槽的内壁滑动插接有调节珠，两个所述卡槽的直径均小于调节珠的直径。
优选地，所述调节座的一侧螺纹连接有锁紧挤压环，所述锁紧挤压环的表面开设有辅助锁紧孔，四个所述辅助锁紧孔的内壁与卡簧钳的两端卡接，所述锁紧挤压环位于第二卡环的一侧。
优选地，所述调节珠的一端固定连接有把手，所述把手的一端固定安装有观察环，所述观察环的内壁固定安装有第一凸镜，所述调节珠的另一端固定连接有调节管，所述把手的内部和调节珠的内部均开设有第二观察孔，所述第二观察孔的内壁一端与第一凸镜的一端相对应，所述第二观察孔的另一端与调节管的内壁固定连通。
优选地，所述调节管的圆弧内壁开设有滑槽，两个所述滑槽相对设置，两个所述滑槽的内壁均滑动插接有滑块，两个所述滑块的相对表面均固定安装有第二凸镜，所述调节管的一端固定安装有耐高温透明板，所述耐高温透明板与第二凸镜相对应。
优选地，其中一个所述滑槽的内壁开设有行程槽，所述行程槽的内壁滑动插接有行程齿条，所述调节管的圆弧表面固定安装有安装座，所述安装座的表面转动连接有从动轴，所述从动轴的底端固定安装有齿轮，所述齿轮的齿槽与行程齿条的齿槽啮合。
优选地，所述从动轴的顶部固定安装有第一锥齿，所述调节珠的圆弧表面开设有转接孔，所述转接孔的内壁转动连接有主动轴，所述主动轴的一端贯穿并延伸至调节管的一侧，且主动轴的一端固定安装有第二锥齿，所述第二锥齿的齿槽与第一锥齿的齿槽啮合。
优选地，所述主动轴的另一端贯穿并延伸至把手的一侧，且所述主动轴的一端固定安装有转轮，所述转轮的轴心与调节珠的轴心呈水平排列分布。
优选地，步骤一、种晶的前期处理，选用钻石原材料进行切割成片状，使之片状原材料用胶粘接在底座的顶部，然后进行机械抛光使之片状表面呈光滑平整，在利用酸和丙酮出去表面的杂质和有机物，最终得到生长的种晶。
优选地，步骤二、种晶准备结束后，控制底座安装在插接安装孔的内部，放置在培育箱的里面，并将培育箱内部的空腔压强降到0.1个大气压；
步骤三、利用培育管向空腔内注入甲烷气体和氢气，并用微波束加热形成等离子体；
步骤三、在步骤二的操作中，碳原子在种晶的上表面沉积；
步骤四、在培育中可通过细微观察机构进行观察种晶表面沉积的状态和过程，即可详细记录，且观察中可通过转动转轮进行调节第二凸镜移动的距离进行改变观察的程度，转动把手带动把手以调节珠的球心为圆心进行调节调节管观察的位置，便于观察多个种晶表面培育沉积；
步骤五、培育结束后通过打开培育箱，取出钻石砖块，切成薄片作为半导体或者切割抛光成宝石级钻石。
本发明中的有益效果为：
通过设置细微观察机构达到了钻石在培育中可通过观察环内部的第一凸镜与调节管内部的第二凸镜配合进行观察种晶的培育状态，需要细微观察时，驱动转轮转动进行带动主动轴旋转，从而带动第二锥齿转动，驱动第一锥齿旋转从而控制齿轮转动，进而驱动行程齿条移动带动滑块滑动，驱动第二凸镜移动调节之间的焦距，进行放大观察的倍数，从而细微观察钻石培育的过程和状态，结构简单操作方便，避免现有的只是在培育箱的表面安装观察窗，进行观察，调节效果差无法知晓每一个种晶培育的状态和过程。
附图说明
图1为一种实验室培育钻石的制造设备及其工艺的结构示意图；
图2为一种实验室培育钻石的制造设备及其工艺的图1中A处结构放大图；
图3为一种实验室培育钻石的制造设备及其工艺的调节管结构立体图；
图4为一种实验室培育钻石的制造设备及其工艺的调节座结构立体图；
图5为一种实验室培育钻石的制造设备及其工艺的观察环结构立体图；
图6为一种实验室培育钻石的制造设备及其工艺的爆炸图；
图7为一种实验室培育钻石的制造设备及其工艺的调节座结构剖视图；
图8为一种实验室培育钻石的制造设备及其工艺的图6中B处结构放大图。
图中：1、培育箱；2、支撑柱；3、插接安装孔；4、底座；5、种晶；6、培育管；7、调节座；8、第一观察孔；9、第一卡环；10、第二卡环；11、卡槽；12、调节珠；13、锁紧挤压环；14、辅助锁紧孔；15、把手；16、观察环；17、第一凸镜；18、调节管；19、第二观察孔；20、滑槽；21、滑块；22、第二凸镜；23、耐高温透明板；24、行程槽；25、行程齿条；26、安装座；27、从动轴；28、齿轮；29、第一锥齿；30、转接孔；31、主动轴；32、第二锥齿；33、转轮。
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。
参照图1-8，一种实验室培育钻石的制造设备及其工艺，包括培育箱1，培育箱1的内底壁固定安装有支撑柱2，支撑柱2的顶部开设有插接安装孔3，插接安装孔3的内壁滑动插接有底座4，底座4的顶部粘接有种晶5，培育箱1的顶部固定安装有培育管6，培育管6的内部进行输送气体和微波进入到培育箱1的内部培育，培育箱1的一侧设置有细微观察机构，细微观察机构进行培育中观察钻石培育的状态，细微观察机构包括有调节座7，调节座7的一端安装表面与培育箱1的一侧表面固定安装，培育箱1的一侧表面开设有第一观察孔8，第一观察孔8的轴心与调节座7的轴心均位于同一轴心。
步骤一、种晶5的前期处理，选用钻石原材料进行切割成片状，使之片状原材料用胶粘接在底座4的顶部，然后进行机械抛光使之片状表面呈光滑平整，在利用酸和丙酮出去表面的杂质和有机物，最终得到生长的种晶5。
步骤二、种晶5准备结束后，控制底座4安装在插接安装孔3的内部，放置在培育箱1的里面，并将培育箱1内部的空腔压强降到0.1个大气压。
步骤三、利用培育管6向空腔内注入甲烷气体和氢气，并用微波束加热形成等离子体。
步骤三、在步骤二的操作中，碳原子在种晶5的上表面沉积。
步骤四、在培育中可通过细微观察机构进行观察种晶5表面沉积的状态和过程，即可详细记录，且观察中可通过转动转轮33进行调节第二凸镜22移动的距离进行改变观察的程度，转动把手15带动把手15以调节珠12的球心为圆心进行调节调节管18观察的位置，便于观察多个种晶5表面培育沉积。
调节座7的内壁分别滑动插接有第一卡环9和第二卡环10，第一卡环9的内壁和第二卡环10的相对内壁均开设有卡槽11，卡槽11的内壁滑动插接有调节珠12，两个卡槽11的直径均小于调节珠12的直径，进一步达到了设置第一卡环9和第二卡环10进行挤压调节珠12的圆弧表面，使之增强调节珠12转动的摩擦力，便于调节中利用摩擦力随时停止的效果。
调节座7的一侧螺纹连接有锁紧挤压环13，锁紧挤压环13的表面开设有辅助锁紧孔14，四个辅助锁紧孔14的内壁与卡簧钳的两端卡接，锁紧挤压环13位于第二卡环10的一侧，进一步达到了锁紧挤压环13旋紧进行挤压第二卡环10的一侧表面使之挤压调节珠12的圆弧表面，安装中通过卡簧钳的两端插接在辅助锁紧孔14的内壁进行带动锁紧挤压环13旋紧操作的效果。
调节珠12的一端固定连接有把手15，把手15的一端固定安装有观察环16，观察环16的内壁固定安装有第一凸镜17，调节珠12的另一端固定连接有调节管18，把手15的内部和调节珠12的内部均开设有第二观察孔19，第二观察孔19的内壁一端与第一凸镜17的一端相对应，第二观察孔19的另一端与调节管18的内壁固定连通，进一步达到了观察中可通过抓取把手15进行调节，进行观看观察环16内部安装的第一凸镜17来观察培育箱1内部种晶5培育的状态效果。
调节管18的圆弧内壁开设有滑槽20，两个滑槽20相对设置，两个滑槽20的内壁均滑动插接有滑块21，两个滑块21的相对表面均固定安装有第二凸镜22，调节管18的一端固定安装有耐高温透明板23，耐高温透明板23与第二凸镜22相对应，调节管18的内部设置有隔温层，进一步达到了耐高温透明板23和隔温层起到防止培育箱1内部温度过高导致调节管18内部的第二凸镜22损坏的效果，利用第二凸镜22使之滑块21在滑槽20的内部滑动来进行调节前后距离，进行调节观察的细微度。
其中一个滑槽20的内壁开设有行程槽24，行程槽24的内壁滑动插接有行程齿条25，调节管18的圆弧表面固定安装有安装座26，安装座26的表面转动连接有从动轴27，从动轴27的底端固定安装有齿轮28，齿轮28的齿槽与行程齿条25的齿槽啮合，进一步达到了调节观察精细时，通过驱动齿轮28转动进行带动行程齿条25在行程槽24的内部移动，从而带动滑块21移动进行调节第二凸镜22的效果。
从动轴27的顶部固定安装有第一锥齿29，调节珠12的圆弧表面开设有转接孔30，转接孔30的内壁转动连接有主动轴31，主动轴31的一端贯穿并延伸至调节管18的一侧，且主动轴31的一端固定安装有第二锥齿32，第二锥齿32的齿槽与第一锥齿29的齿槽啮合，进一步达到了驱动主动轴31旋转从而带动第二锥齿32转动，进行驱动第一锥齿29转动，从而带动齿轮28旋转的效果；主动轴31的另一端贯穿并延伸至把手15的一侧，且主动轴31的一端固定安装有转轮33，转轮33的轴心与调节珠12的轴心呈水平排列分布，进一步达到了观察中需要观察种晶5的效果，通过转动转轮33来进行调节控制第二凸镜22进行移动，从而进行放大需要观察的种晶5进行观察培育，当需要观察其他位置的种晶5变化时，驱动把手15摆动，使之以调节珠12的球心为圆心带动调节管18摆动到需要观察的种晶5位置，进行观察对应的种晶5。
步骤五、培育结束后通过打开培育箱1，取出钻石砖块，切成薄片作为半导体或者切割抛光成宝石级钻石。
通过设置细微观察机构达到了钻石在培育中可通过观察环16内部的第一凸镜17与调节管18内部的第二凸镜22配合进行观察种晶5的培育状态，需要细微观察时，驱动转轮33转动进行带动主动轴31旋转，从而带动第二锥齿32转动，驱动第一锥齿29旋转从而控制齿轮28转动，进而驱动行程齿条25移动带动滑块21滑动，驱动第二凸镜22移动调节之间的焦距，进行放大观察的倍数，从而细微观察钻石培育的过程和状态，结构简单操作方便，避免现有的只是在培育箱1的表面安装观察窗，进行观察，调节效果差无法知晓每一个种晶5培育的状态和过程。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种实验室培育钻石的制造设备，其特征在于：包括培育箱（1），所述培育箱（1）的内底壁固定安装有支撑柱（2），所述支撑柱（2）的顶部开设有插接安装孔（3），所述插接安装孔（3）的内壁滑动插接有底座（4），所述底座（4）的顶部粘接有种晶（5），所述培育箱（1）的顶部固定安装有培育管（6），所述培育管（6）的内部进行输送气体和微波进入到培育箱（1）的内部培育，所述培育箱（1）的一侧设置有细微观察机构，所述细微观察机构进行培育中观察钻石培育的状态，所述细微观察机构包括有调节座（7），所述调节座（7）的一端安装表面与培育箱（1）的一侧表面固定安装，所述培育箱（1）的一侧表面开设有第一观察孔（8），所述第一观察孔（8）的轴心与调节座（7）的轴心均位于同一轴心。
2.根据权利要求1所述的一种实验室培育钻石的制造设备，其特征在于：所述调节座（7）的内壁分别滑动插接有第一卡环（9）和第二卡环（10），所述第一卡环（9）的内壁和第二卡环（10）的相对内壁均开设有卡槽（11），所述卡槽（11）的内壁滑动插接有调节珠（12），两个所述卡槽（11）的直径均小于调节珠（12）的直径。
3.根据权利要求2所述的一种实验室培育钻石的制造设备，其特征在于：所述调节座（7）的一侧螺纹连接有锁紧挤压环（13），所述锁紧挤压环（13）的表面开设有辅助锁紧孔（14），四个所述辅助锁紧孔（14）的内壁与卡簧钳的两端卡接，所述锁紧挤压环（13）位于第二卡环（10）的一侧。
4.根据权利要求2所述的一种实验室培育钻石的制造设备，其特征在于：所述调节珠（12）的一端固定连接有把手（15），所述把手（15）的一端固定安装有观察环（16），所述观察环（16）的内壁固定安装有第一凸镜（17），所述调节珠（12）的另一端固定连接有调节管（18），所述把手（15）的内部和调节珠（12）的内部均开设有第二观察孔（19），所述第二观察孔（19）的内壁一端与第一凸镜（17）的一端相对应，所述第二观察孔（19）的另一端与调节管（18）的内壁固定连通。
5.根据权利要求4所述的一种实验室培育钻石的制造设备，其特征在于：所述调节管（18）的圆弧内壁开设有滑槽（20），两个所述滑槽（20）相对设置，两个所述滑槽（20）的内壁均滑动插接有滑块（21），两个所述滑块（21）的相对表面均固定安装有第二凸镜（22），所述调节管（18）的一端固定安装有耐高温透明板（23），所述耐高温透明板（23）与第二凸镜（22）相对应。
6.根据权利要求5所述的一种实验室培育钻石的制造设备，其特征在于：其中一个所述滑槽（20）的内壁开设有行程槽（24），所述行程槽（24）的内壁滑动插接有行程齿条（25），所述调节管（18）的圆弧表面固定安装有安装座（26），所述安装座（26）的表面转动连接有从动轴（27），所述从动轴（27）的底端固定安装有齿轮（28），所述齿轮（28）的齿槽与行程齿条（25）的齿槽啮合。
7.根据权利要求6所述的一种实验室培育钻石的制造设备，其特征在于：所述从动轴（27）的顶部固定安装有第一锥齿（29），所述调节珠（12）的圆弧表面开设有转接孔（30），所述转接孔（30）的内壁转动连接有主动轴（31），所述主动轴（31）的一端贯穿并延伸至调节管（18）的一侧，且主动轴（31）的一端固定安装有第二锥齿（32），所述第二锥齿（32）的齿槽与第一锥齿（29）的齿槽啮合。
8.根据权利要求7所述的一种实验室培育钻石的制造设备，其特征在于：所述主动轴（31）的另一端贯穿并延伸至把手（15）的一侧，且所述主动轴（31）的一端固定安装有转轮（33），所述转轮（33）的轴心与调节珠（12）的轴心呈水平排列分布。
9.根据权利要求1-8任一所述的一种实验室培育钻石的制造设备的工艺，其特征在于：步骤一、种晶（5）的前期处理，选用钻石原材料进行切割成片状，使之片状原材料用胶粘接在底座（4）的顶部，然后进行机械抛光使之片状表面呈光滑平整，在利用酸和丙酮出去表面的杂质和有机物，最终得到生长的种晶（5）。
10.根据权利要求9所述的一种实验室培育钻石的制造设备的工艺，其特征在于：步骤二、种晶（5）准备结束后，控制底座（4）安装在插接安装孔（3）的内部，放置在培育箱（1）的里面，并将培育箱（1）内部的空腔压强降到0.1个大气压；
步骤三、利用培育管（6）向空腔内注入甲烷气体和氢气，并用微波束加热形成等离子体；
步骤三、在步骤二的操作中，碳原子在种晶（5）的上表面沉积；
步骤四、在培育中可通过细微观察机构进行观察种晶（5）表面沉积的状态和过程，即可详细记录，且观察中可通过转动转轮（33）进行调节第二凸镜（22）移动的距离进行改变观察的程度，转动把手（15）带动把手（15）以调节珠（12）的球心为圆心进行调节调节管（18）观察的位置，便于观察多个种晶（5）表面培育沉积；
步骤五、培育结束后通过打开培育箱（1），取出钻石砖块，切成薄片作为半导体或者切割抛光成宝石级钻石。
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