單晶碳的製作方法及系統的製作方法
2023-04-26 13:08:56
單晶碳的製作方法及系統的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種單晶碳的製作方法及系統，涉及金剛石的製作方法【技術領域】。包括以下步驟：1）將碳源加熱，產生含有高溫碳原子的氣體，然後將上述氣體使用冷卻裝置進行冷卻；2）將冷卻後含有碳原子的氣體進行乾燥和去雜質處理，得到只含有碳原子的氣體；3）將經過步驟2）處理後的氣體經過電場進行加速，並通過磁場將加速後的碳原子定向發射至靶，所述靶使用單晶矽製作，且靶周圍溫度能夠使碳原子與其結晶。使用所述方法能夠製造大顆粒的單晶碳，降低了相關產品的製造成本。
【專利說明】單晶碳的製作方法及系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及金剛石的製作方法【技術領域】，尤其涉及一種單晶碳的製作方法及系統。
【背景技術】
[0002]單晶碳是碳原子有規則排列形成的晶體，自然界存在的金剛石，是由多個單晶碳組成，所以金剛石也不完全是單晶碳。單晶碳除了可以做裝飾品外，工業上還可以用於晶片的製造，對於提高運算速度，降低成本，具有很大的意義。目前全世界範圍還沒有真正製造出大顆粒的單晶碳，細小的單晶碳，可以通過高溫高壓的方式，或者氣相沉澱的方式製備，用於磨料使用，但是真正的可以製作大顆粒單晶碳的工藝目前還沒有出現。
【發明內容】
[0003]本發明所要解決的技術問題是提供一種單晶碳的製作方法及系統，所述方法能夠製造大顆粒的單晶碳，降低了相關產品的製造成本。
[0004]為解決上述技術問題，本發明所採取的技術方案是:一種單晶碳的製作方法，其特徵在於包括以下步驟:
1)將碳源加熱，產生含有高溫碳原子的氣體，然後將上述氣體使用冷卻裝置進行冷
卻；
2)將冷卻後含有碳原子的氣體進行乾燥和去雜質處理，得到只含有碳原子的氣體；
3)將經過步驟2)處理後的氣體經過電場進行加速，並通過磁場將加速後的碳原子定向發射至靶，所述靶使用單晶矽製作，且靶周圍溫度能夠使碳原子與其結晶。
[0005]優選的，所述碳源採用煤炭。
[0006]優選的，將煤炭加熱到950_1050°C，產生含有高溫碳原子的氣體。
[0007]優選的，使用冷卻裝置對步驟I)中產生的高溫氣體進行冷卻處理，處理後的溫度控制在 25°C -40°C。
[0008] 優選的，將冷卻後含有碳原子的氣體依次通過無水氯化鈣和金屬鈉乾燥器除去雜質，得到只含有碳原子的氣體。
[0009]優選的，所述電場為1-10千伏直流可變電場。
[0010]優選的，加速後碳原子的速度控制在0.45-0.55m/s。
[0011]優選的，靶周圍的溫度在600-700°C之間。
[0012]一種單晶碳的製作系統，其特徵在於:包括汽化室、冷卻器、乾燥器、過濾器、加速器和靶，所述汽化室上設有加熱設備，加熱後的蒸汽依次經冷卻器、乾燥器和過濾器發送給電場和磁場進行加速和定向處理，加速後的粒子被定向的發射到靶，靶的外周設有加熱設備。
[0013]優選的，所述靶放置在密閉容器中，且密閉容器外設有與密閉容器相連通的抽真
空裝置。[0014]採用上述技術方案所產生的有益效果在於:本發明使用氣態的碳原子，通過電場作用，定向的發射集中到靶上，控制碳原子的運動速度，調整靶周圍的溫度，製造一種有利於碳原子成長的環境，從而碳原子在可以控制的條件下穩定增長，形成大顆粒的單晶碳，降低了相關廣品製造的成本，提聞了相關廣品的發展速度。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明作進一步詳細的說明。
[0016]圖1是本發明的工藝流程圖；
圖2是本發明系統的原理框圖；
其中:1、汽化室2、冷卻器3、乾燥器4、過濾器5、靶6、電場和磁場7、密閉容器8、
抽真空裝置。
【具體實施方式】
[0017]通過對現有的單晶碳的製作方法研究發現，在現有技術中一般都使用高溫、高壓的方式，或者氣相沉澱的方式製備單晶碳，但是製造出的單晶碳的顆粒一般都較小，使用範圍較小且不適 合用於晶片的製造和使用。
[0018]基於以上所述，本發明提供了以下技術方案解決現有技術中存在的技術問題: 一種單晶碳的製作方法，包括以下步驟:1)將碳源加熱，產生含有高溫碳原子的氣體，
然後將上述氣體使用冷卻裝置進行冷卻；2)將冷卻後含有碳原子的氣體進行乾燥和去雜質處理，得到只含有碳原子的氣體；3)將經過步驟2)處理後的氣體經過電場進行加速，並通過磁場將加速後的碳原子定向發射至靶，所述靶使用單晶矽製作，且靶周圍溫度能夠使碳原子與其結晶。
[0019]與所述方法相對應的具有一套系統，所述系統包括汽化室1、冷卻器2、乾燥器3、過濾器4和靶5，所述汽化室I上設有加熱設備，加熱後的蒸汽依次經冷卻器2、乾燥器3和過濾器4發送給電場和磁場6進行加速和定向處理,加速後的粒子被定向的發射到祀5,革巴5的外周設有加熱設備。
[0020]以上是本申請的核心思想，下面結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明的一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
[0021]在下面的描述中闡述了很多具體細節以便於充分理解本發明，但是本發明還可以採用其他不同於在此描述的其它方式來實施，本領域技術人員可以在不違背本發明內涵的情況下做類似推廣，因此本發明不受下面公開的具體實施例的限制。
[0022]下面通過具體實施例進行說明。
[0023]實施例一
如圖1所示，一種單晶碳的製作方法，包括以下步驟:1)碳源製備:碳源使用煤炭，加熱到950度產生高溫的碳原子，然後經過冷卻器冷卻，使氣態碳原子溫度為25°C;2)碳原子提純:碳源產生的碳，含有微量水分子和二氧化碳一氧化碳等雜質，將上述冷卻後的氣體依次通過無水氯化鈣和金屬鈉乾燥器，去除雜質，得到純潔的碳原子；3)碳原子定向加速:在密閉的容器中，建立I千伏的單向電場，通過導向器使碳原子能夠定向的發射至靶，加速後碳原子的速度控制在0.45m/s ;4)生長:用單晶矽做靶，靶周圍的溫度控制在600°C，聚集過來的碳原子在單晶矽上面結晶成長；5)結晶:經過48小時的成長，合成出一克拉左右的單晶碳。
[0024]與上述方法相對應的，如圖2所示，所述系統包括汽化室1、冷卻器2、乾燥器3、過濾器4和靶5，所述汽化室I上設有加熱設備，加熱後的蒸汽依次經冷卻器2、乾燥器3和過濾器4發送給電場和磁場6進行加速和定向處理,加速後的粒子被定向的發射到祀5,革巴5的外周設有加熱設備。所述靶5放置在密閉容器7中，且密閉容器7外設有與密閉容器相連通的抽真空裝置8。
[0025]實施例二 一種單晶碳的製作方法，包括以下步驟:1)碳源製備:碳源使用煤炭，加熱到1050°C產生高溫的碳原子，然後經過冷卻器冷卻，使氣態碳原子溫度為40°C ；2)碳原子提純:碳源產生的碳，含有微量水分子和二氧化碳一氧化碳等雜質，將上述冷卻後的氣體依次通過無水氯化鈣和金屬鈉乾燥器，去除雜質，得到純潔的碳原子；3)碳原子定向加速:在密閉的容器中，建立10千伏的單向電場，通過導向器使碳原子能夠定向的發射至靶，加速後碳原子的速度控制在0.55m/s ;4)生長:用單晶矽做靶，靶周圍的溫度控制在700°C，聚集過來的碳原子在單晶矽上面結晶成長；5)結晶:經過100小時的成長，合成出1.5克拉左右的單晶碳。
[0026]在本實施例中系統的組成不變。
[0027]1-10千伏直流可變電場的作用:可變電場與外加磁場配合，通過改變電場外加電壓和磁場強度，共同加速碳原子，同時保證其定向運動；使得所有的碳原子經過電磁場的加速，形成一種穩定的指向靶心方向的平移；調整原子的移動速度，保持在靶心位置的碳原子有適合結晶的原子密度。
[0028]綜上所述，本發明使用氣態的碳原子，通過電場作用，定向的發射到靶心，控制碳原子的運動速度，調整靶周圍的溫度，製造一種有利於碳原子成長的環境，從而碳原子在可以控制的條件下穩定增長，結晶形成大顆粒的單晶碳。
【權利要求】
1.一種單晶碳的製作方法，其特徵在於包括以下步驟: 1)將碳源加熱，產生含有高溫碳原子的氣體，然後將上述氣體使用冷卻裝置進行冷卻； 2)將冷卻後含有碳原子的氣體進行乾燥和去雜質處理，得到只含有碳原子的氣體； 3)將經過步驟2)處理後的氣體經過電場進行加速，並通過磁場將加速後的碳原子定向發射至靶，所述靶使用單晶矽製作，且靶周圍溫度能夠使碳原子與其結晶。
2.根據權利要求1所述的單晶碳的製作方法，其特徵在於:所述碳源採用煤炭。
3.根據權利要求2所述的單晶碳的製作方法，其特徵在於:將煤炭加熱到950-1050°C，產生含有高溫碳原子的氣體。
4.根據權利要求3所述的單晶碳的製作方法，其特徵在於:使用冷卻裝置對步驟I)中產生的高溫氣體進行冷卻處理，處理後的溫度控制在25°C -40°C。
5.根據權利要求1所述的單晶碳的製作方法，其特徵在於:將冷卻後含有碳原子的氣體依次通過無水氯化鈣和金屬鈉乾燥器除去雜質，得到只含有碳原子的氣體。
6.根據權利要求1所述的單晶碳的製作方法，其特徵在於:所述電場為1-10千伏直流可變電場。
7.根據權利要求6所述的單晶碳的製作方法，其特徵在於:加速後碳原子的速度控制在 0.45-0.55m/s。
8.根據權利要求1所述的單晶碳的製作方法，其特徵在於:靶周圍的溫度在600-700°C之間。
9.一種單晶碳的製作系統，其特徵在於:包括汽化室(1)、冷卻器(2)、乾燥器(3)、過濾器(4)和靶(5)，所述汽化室(1)上設有加熱設備，加熱後的蒸汽依次經冷卻器(2)、乾燥器(3 )和過濾器(4 )發送給電場和磁場(6 )進行加速和定向處理，加速後的粒子被定向的發射到靶(5)，靶(5)的外周設有加熱設備。
10.根據權利要求9所述的單晶碳的製作系統，其特徵在於:所述靶(5)放置在密閉容器(7)中，且密閉容器(7)外設有與密閉容器相連通的抽真空裝置(8)。
【文檔編號】C30B29/04GK103898604SQ201410094199
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2014年3月14日 優先權日:2014年3月14日
【發明者】張志東 申請人:張志東