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打破百年垄断中国自产PECVD珠宝级人造钻石

admin 人造钻石 2021年02月12日

  近日,在北京举行的中国国际珠宝展上,中国人造钻石企业展出了一批10到22克拉各种颜色的钻石毛胚,打破了国外对大颗粒人造钻石的垄断,使我国在钻石饰品主流领域领跑全球。

  根据中国海关数据显示,每年的进口钻石金额都有数百亿。中国的工厂打破了国外企业对钻石行业的垄断,将为国家节省大量的外汇。

  CVD钻石是在实验室中用化学气相沉积法,以一颗母石(直径10到30纳米钻石晶体)作为基底,使用微波加热原理让甲烷中的碳原子不断沉积到钻石基底上,合成钻石一层层地增生,钻石便会以基底为基础,迅速长大。

  但由于CVD钻石的颜色等级不高,通常只有H色以下。所以常使用中子辐射改色技术来提高钻石颜色等级。

  在辐射改色钻石的过程中,当辐射粒子进入宝石与晶体中的碳原子发生弹性碰撞,在碰撞过程中,彼此间发生能量转移, 从而使碰撞粒子的运动状态发生显著的变化,将钻石中的碳原子从其初始位置激离,从而产生GR1 色心( 中性的碳空位)。要使钻石形成离子缺陷,辐射粒子必须给予晶格原子足够的动能,碳原子才能克服其周围原子形成的势垒,离开原来的晶格,进入邻近的填隙位置。

  但是由国家核事故医学应急专家组郭主任的论文得知:中子辐射改色CVD人造钻石应属放射性物质, 放射性半衰期为 87.72 天, 辐射改色后的CVD人造钻石制品至少应贮存 2 ~ 3 年后使用, 对消费者才可能是足够安全的。

  1.中华人民共和国国家标准,GB8703—88, 辐射防护规定.1988

  2.中华人民共和国国家标准, GB4792—84, 放射卫生防护基本标准. 1984

  因此,一些技术实力比较雄厚的企业和实验室开始采用PECVD技术来生产钻石。

  生长 PECVD 钻石所用气源主要有氢气( H2) 、甲烷( CH4) 、氮气( N2) 和氧气( O2) ,在微波作用下裂解成 H、O、N 原子或 CH2、CH3、C2H2、OH 等基团。含碳基团( CH2、CH3、C2H2) 将在金刚石表面形成气固混合界面,在动态平衡模型或非平衡热力学模型下实现金刚石( sp3) 、非晶碳或石墨( sp2) 的生长。氢等离子体刻蚀非晶碳或石墨( sp2) 的速度比刻蚀金刚石( sp3) 快得多,因此 CVD 金刚石表面的非金刚石相被快速刻蚀,从而实现金刚石生长。

  国内近些年来陆续出现多种商用型单晶金刚石 PECVD 设备,其中具有代表性的是西安交通大学王宏兴教授团队自主研发的圆柱谐振腔式 PECVD 系统,生长 PECVD钻石质量高、工艺稳定、重复性好。

  同时,武汉工程大学在 PECVD 钻石生长设备上也有一定研究,北京科技大学利用直流电弧等离子喷射设备生长钻石,西南科技大学采用环形谐振腔式 PECVD 对钻石进行掺杂生长。


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