《化學氣相法合成高品級單晶金剛石微粉的套用基礎研究》是依託上海交通大學，由孫方宏擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：化學氣相法合成高品級單晶金剛石微粉的套用基礎研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：孫方宏
- 依託單位：上海交通大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本項目以熱絲化學氣相沉積CVD法為基礎，研發化學氣相法合成高品級單晶金剛石微粉的新方法。通過合理最佳化熱絲CVD工藝參數，採用適合晶粒脫附的襯底材料，施加基台超聲振動避免晶粒附著或成膜，獲得控制自支撐CVD單晶金剛石顆粒生長新工藝，提高CVD合成單晶金剛石顆粒生長質量和均勻性;採用光刻膠超聲分離晶種和旋轉甩膠或有效控制無籽晶成核密度等新措施，均勻分散襯底基盤金剛石晶種，通過對HFCVD系統合成顆粒金剛石的仿真模擬和實驗驗證，實現大功率熱絲柵狀排列結構和襯底模板金剛石晶種微粒合理排布的最佳化結合，獲得適合於CVD高品級細晶粒單晶金剛石微粉批量合成的新技術.對CVD合成超細金剛石微粉的粒度分布及晶形質量等指標進行評價，結合游離磨料研磨拋光實驗，研究CVD合成金剛石微粉的加工性能，為化學氣相法合成高品級金剛石微粉的工業化套用打下基礎，同時也為高溫高壓中、低級金剛石品級提高提供新途徑。
結題摘要
金剛石單晶微粉通常指粒度在0.1 ~54 μm之間的超細磨料，主要用於工件表面的超精密光整加工。目前大部分人造單晶金剛石都是採用靜態高壓法合成，然而該方法設備複雜、工藝苛刻，難以合成細粒度的金剛石單晶顆粒，因此工業上所需的微粉級金剛石（38 μm以下）幾乎都是採用機械破碎高溫高壓合成的中、細顆粒金剛石方法獲得，但是這種方法工藝流程極其繁瑣，使得生產效率受到嚴重製約，且經過破碎獲取的金剛石微粒形狀雜，品級低，即使經過適當的整形處理，仍不能獲得批量化的較高品級微粒，嚴重限制了研磨拋光質量的進一步提高，因此迫切需要尋找新的方法來合成高品級金剛石微粉。 本項目以熱絲化學氣相沉積CVD法為基礎，提出化學氣相法合成高品級單晶金剛石微粉的新方法，通過研製新型超聲振動基台的化學氣相沉積裝置，使置於工作檯之上的金剛石微粒產生微小運動，有效減小晶體生長內應力以及金剛石顆粒與襯底的結合力，並結合化學腐蝕矽基襯底和高速離心沉降顆粒工藝，獲得自支撐CVD單晶金剛石顆粒製備的新工藝，進一步提出了CVD合成有/無籽晶高品級金剛石單晶顆粒的新技術，揭示了該項技術多顆粒單晶金剛石同時生長及抑制成膜的新機制，並通過合理最佳化熱絲CVD工藝參數及動態摻硼工藝，獲得了單晶金剛石顆粒優質生長的新工藝。利用有限容積法仿真模擬及實測溫度實驗驗證，實現了大功率熱絲排列結構與進出氣口合理排布的最佳化結合，有效保證了在襯底各處單晶顆粒金剛石生長粒度和質量均勻性，獲得了適合於CVD高品級單晶金剛石微粉批量合成的新技術。在此基礎上，對CVD單晶金剛石微粉的粒度分布及晶形質量進行測試研究，並與機械粉碎法金剛石微粉的行業標準相比較，結果顯示該微粉中70~ 80 %的顆粒都具有高品級單晶晶體形態，與傳統機械粉碎法金剛石微粉相比，在晶形及表面質量上占有絕對優勢，將尤為適合高精密器件的拋光加工。本項目的研究內容不但為CVD合成高品級金剛石微粉的工業化套用打下基礎，同時也為高溫高壓中、低級金剛石品級提高提供新途徑。
