问：
如何制备金刚石
答：
金刚石的制备主要依靠化学气相沉积法(CVD),其原理是利用含有碳的气体在高温高压条件下,通过化学反应使碳原子沉积在基底表面,然后进一步生长形成金刚石晶体。具体步骤如下:
1. 准备基底。选用能抵抗高温和与碳原子结晶的基底,如天然钻石粉末烧结得到的多晶金刚石基底。表面应彻底清洁,没有任何其他杂质。
2. 设计反应器。反应器应采用耐高温高压的材料制作,并具有精密的温度和压力控制系统,可提供1300-1500°C的温度和5-6GPa的压力。反应器内应提供一定的激发手段,如微波等来激发气体分子。
3. 准备碳源气体。常用的碳源气体有甲烷、乙烷、丙烷等。在反应过程中持续提供碳源气体和氢气等。
4. 加热和增压。将反应器加热至1300-1500°C,并增压至5-6GPa,加热和增压速度应严格控制。高温高压是金刚石形成的必要条件。
5. 金刚石生长。在高温高压和碳源气体的条件下,碳原子会在基底上以金刚石晶体形式生长,生长时间一般在10-100小时。生长结束后停止供气和降温降压。
6. 后处理。将生长的金刚石取出,进行切割、抛光等表面处理,可制作成各种形状的金刚石来应用于不同用途。
通过上述步骤,可以在人工控制的条件下生长出人造金刚石。生长的金刚石性能与天然钻石基本相当,具有广泛的应用前景。总之,合适的基底和反应器,精密的温度压力控制,适宜的碳源气体和生长时间是人造金刚石获得成功的关键要素。