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