近日，成都穩(wěn)正科技有限公司發(fā)布環(huán)評(píng)公示信息，信息顯示其將于6~8月在四川成都市新建一微波等離子體設(shè)備及金剛石生產(chǎn)項(xiàng)目。

當(dāng)今，金剛石在許多工業(yè)領(lǐng)域中起著不可替代的作用。2018被列入了《戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)分 類（2018）》，然而天然金剛石儲(chǔ)量少，開(kāi)采困難，環(huán)境污染嚴(yán)重，品質(zhì)不穩(wěn)定等缺點(diǎn)，不能滿足工業(yè)領(lǐng)域甚至消費(fèi)領(lǐng)域的需要。?

目前，人工合成金剛石的方法主要有高溫高壓法（HTHP）、直流電弧等離子體噴射法（DCAPJ）、熱絲化學(xué)氣相沉積（HFCVD）、微波等離子體化學(xué)氣相沉積（MPCVD）。MPCVD 合成金剛石是上個(gè)世紀(jì)80年代發(fā)展起來(lái)的一種制備高品質(zhì)金剛石的新型技術(shù)，微波放電區(qū)域集中不發(fā)散，所以避免了電極放電和腔體壁造成對(duì)外延金剛石膜的污染。MPCVD 合成金剛石 技術(shù)的出現(xiàn)，成功解決金剛石生長(zhǎng)尺寸等問(wèn)題。 目前 MPCVD 方法制備的金剛石單晶材料幾乎實(shí)現(xiàn)了天然金剛石的全部特征。因此， MPCVD 法是目前該領(lǐng)域研究者們使用最多的合成高品質(zhì)金剛石的方法，是一項(xiàng)滿足國(guó)家高端科技發(fā)展新興技術(shù)的項(xiàng)目，迫切需求國(guó)內(nèi)具有自己的高品質(zhì)金剛石生產(chǎn)技術(shù)和產(chǎn)業(yè)。

本次新建微波等離子體設(shè)備及金剛石生產(chǎn)項(xiàng)目租用廠房面積1200平方米。購(gòu)置金剛石激光切割設(shè)備2臺(tái)，金剛石拋光機(jī)4臺(tái)，螺桿空壓機(jī)1臺(tái)等。組裝微波等離子體設(shè)備20套用于金剛石生產(chǎn)，年產(chǎn)金剛石10000克拉（包括由MPCVD設(shè)備生產(chǎn)后未經(jīng)后續(xù)切割、打磨處理的金剛石原材料，約8000克拉；以及根據(jù)業(yè)主需求，對(duì)金剛石原材料進(jìn)行切割打磨處理后的金剛石產(chǎn)品，約2000克拉），微波等離子體設(shè)備年產(chǎn)能400套（包括用于金剛石生產(chǎn)的20套設(shè)備）。

生產(chǎn)方案

據(jù)了解，該項(xiàng)目主要生產(chǎn)單元包括兩部分，1. 微波等離子體設(shè)備（MPCVD 設(shè)備）組裝線；2.金剛 石生產(chǎn)線。其中，微波等離子體設(shè)備由建設(shè)單位自主研發(fā)設(shè)計(jì)，參照?qǐng)?zhí)行以下標(biāo)準(zhǔn)：具有完全自動(dòng)化控制的功能，長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)間大于30天。最大輸出功率達(dá)到6-15kw（輸出功率穩(wěn)定度達(dá)到±1%），并且具有手動(dòng)/自動(dòng)調(diào)節(jié)功能，腔體本底真空度優(yōu)于10^-6mbar，該設(shè)備具有微波源過(guò)流過(guò)壓、缺項(xiàng)斷電報(bào)警，三相動(dòng)力電逆相報(bào)警，冷卻水欠壓斷電報(bào)警，冷卻水過(guò)溫?cái)嗔鲌?bào) 警等安全功能。同時(shí)，項(xiàng)目生產(chǎn)的金剛石要求生長(zhǎng)厚度大于4mm，顏色G-H色、凈度VS2及以上。20 倍光學(xué)放大鏡下無(wú)明顯雜質(zhì)。

微波等離子體設(shè)備示例

金剛石產(chǎn)品示例

同時(shí)，該項(xiàng)目需要大量設(shè)備，以下為項(xiàng)目主要設(shè)備匯總表：

主要設(shè)備匯總

項(xiàng)目公示信息也披露了微波等離子體設(shè)備和單晶金剛石生產(chǎn)工藝，其中金剛石生產(chǎn)工藝如下：

金剛石生產(chǎn)工藝流程

（1）來(lái)料檢驗(yàn)、清洗。本項(xiàng)目外購(gòu)金剛石單晶片為金剛石生長(zhǎng)基材（主要成分為金剛石， 其生產(chǎn)工藝與本項(xiàng)目相似，不含重金屬等雜質(zhì)），生產(chǎn)前需要通過(guò)無(wú)塵布蘸取無(wú)水乙醇擦拭 清洗。該工序會(huì)產(chǎn)生有機(jī)廢氣和廢棄無(wú)塵布。

（2）金剛石生長(zhǎng)。將金剛石種子（外購(gòu)金剛石單晶片）置于微波等離子體設(shè)備中（以下簡(jiǎn)稱MPCVD設(shè)備），設(shè)備開(kāi)啟后，腔體處于真空狀態(tài)，由儲(chǔ)氣室接入工藝氣體氣管至設(shè)備， 流量計(jì)按工藝需求量供應(yīng)氫氣、氮?dú)?、氧氣和甲烷。在高溫環(huán)境下（800℃），MPCVD設(shè)備 通過(guò)微波電源產(chǎn)生微波，在微波場(chǎng)的作用下將反應(yīng)氣體變?yōu)榈入x子體態(tài)（等離子體是由部分 電子被剝奪后的原子及原子團(tuán)被電離后產(chǎn)生的正負(fù)離子組成的離子化氣體狀物質(zhì)，是一種擁 有離子、電子和核心粒子的不帶電的離子化物質(zhì)，其運(yùn)動(dòng)主要受電磁力支配，并表現(xiàn)出顯著 的集體行為），形成懸浮于金剛石襯底上方的等離子體球，并利用等離子體的高溫使得襯底 加熱到一定溫度。腔體內(nèi)產(chǎn)生的多余熱量由水冷單元傳導(dǎo)出去。在微波作用下，反應(yīng)氣體裂 解成H、O、N 原子或CH2、CH3、C2H2、OH等基團(tuán)。含碳基團(tuán)( CH2、CH3、C2H2) 將在 金剛石種子表面形成氣固混合界面，在動(dòng)態(tài)平衡模型或非平衡熱力學(xué)模型下實(shí)現(xiàn)金剛石、非 晶碳或石墨的生長(zhǎng)。氫等離子體刻蝕非晶碳或石墨的速度比刻蝕金剛石快得多，因此 CVD 金剛石表面的非金剛石相被快速刻蝕，從而實(shí)現(xiàn)金剛石生長(zhǎng)。 利用甲烷氣體中的碳原子同質(zhì)外延出金剛石單晶材料，生長(zhǎng)周期為 15-20 天。期間需要循 環(huán)冷卻水對(duì)設(shè)備進(jìn)行降溫，使溫度環(huán)境保持在 800℃，冷卻水使用純水，不需外排，定期補(bǔ)充。 工藝氣體中，加入氮?dú)饪商嵘饎偸L(zhǎng)速率，氮?dú)馐褂昧繕O少，以原子態(tài)附著于金剛石上， 氮?dú)獠煌馀?；甲烷分解后（氫氣），與氫氣、氧氣一起經(jīng)排氣管道收集后于車間外排放。生 長(zhǎng)期間設(shè)備自動(dòng)化控制，無(wú)需人工另外操作。生長(zhǎng)后的金剛石原材料部分可直接外售，部分 進(jìn)入下一步工序。

（3）激光加工。金剛石原材料置于激光切割機(jī)，利用激光束照射將金剛石原材料加工成 所需的形狀和尺寸，此工序不使用切削液，會(huì)產(chǎn)生邊角料和噪聲。

（4）精密打磨。經(jīng)過(guò)激光切割后的金剛石需進(jìn)入金剛石拋光機(jī)進(jìn)一步打磨，拋光機(jī)使用 鍍金剛石打磨盤，打磨盤由廠家定期更換，更換頻率 1 年 1 次，打磨完成后的金剛石作為金 剛石產(chǎn)品外售。此工序不使用研磨液，會(huì)產(chǎn)生打磨粉塵和噪聲。

附件：微波等離子體設(shè)備及金剛石生產(chǎn)項(xiàng)目.pdf