Peranan vakum dalam pengeluaran berlian sintetik 11 Julai 2022
4 MIN READ
Sebutkan berlian dan kebanyakan orang akan mengaitkannya dengan sektor perhiasan. Mereka juga akan ingat bahawa permata seperti itu boleh ditemui di lombong dan kadangkala diperoleh dalam keadaan yang sukar (“berlian darah”). Oleh sebab itu, industri telah menyelidik pada tahun 1950-an bagaimana untuk menghasilkan berlian sintetik.
Hari ini, terdapat beberapa proses yang tersedia untuk mencipta berlian tiruan. Bukan sahaja untuk barang kemas di mana bahkan pakar pun dicabar untuk membezakan berlian asli daripada yang tiruan, tetapi juga untuk pasaran yang jauh lebih besar bagi berlian dalam sektor industri.
Empat ciri luar biasa berlian sintetik
Ciri-ciri utama berlian sintetik yang menjadikannya sangat menarik untuk sektor industri adalah:
- Mekanikal (kekerasan yang unggul dan ketidakaktifan kimia)
- Optik (transparensi tinggi)
- Elektrik (ciri-ciri semikonduktor)
- Terma (konduktiviti haba tertinggi)
Beberapa contoh aplikasi industri yang biasa adalah alat pemesinan dan pemotongan, bahan tingkap untuk menghantar radiasi inframerah dan gelombang mikro, serta sink haba untuk laser dan transistor. Batu berlian sintetik juga merupakan bahan asas untuk wafer semikonduktor dan Qubit untuk pengkomputeran kuantum.
Bagaimana berlian diperoleh?
Secara tradisional, berlian terbentuk secara semula jadi berbilion tahun yang lalu di kerak bumi apabila atom karbon terdedah kepada haba dan tekanan yang tinggi. Namun, disebabkan oleh kemajuan teknikal, satu sumber baru berlian yang ditanam secara sintetik telah dicipta. Pasaran ini boleh dibahagikan kepada 2 kaedah pembuatan utama:
- HPHT (Tekanan Tinggi Suhu Tinggi) – Kaedah ini berdasarkan cara berlian terbentuk secara semula jadi - memampatkan karbon dan menambah haba. Jejak peralatan sering mempunyai kawalan proses yang besar dan terhad.
- CVD (Deposisi Uap Kimia) – Kaedah ini berdasarkan penciptaan persekitaran vakum dan kemudian memperkenalkan gas-gas tertentu untuk mencetuskan reaksi. Jejak peralatan sering mempunyai kawalan proses yang kecil dan cemerlang.
Proses pertumbuhan MPCVD (Microwave Plasma CVD)
Disebabkan jejaknya yang kecil dan kawalan proses yang cemerlang, proses pertumbuhan MPCVD telah menjadi semakin popular. Salah satu bahagian penting dalam proses MPCVD adalah penciptaan dan pemeliharaan keadaan vakum yang optimum di dalam ruang pertumbuhan. Persediaan ruang pertumbuhan yang tipikal kelihatan seperti di bawah:
Proses pembuatan berlian sintetik. Sumber: NNE, 2019
Langkah-langkah proses yang tipikal adalah seperti berikut:
- Susun benih/substrat berlian
- Tutup ruang dan kosongkan ruang untuk pengkondisian, panaskan substrat
- Memperkenalkan hidrogen
- Hidupkan gelombang mikro dan hasilkan plasma (~4000 °C) di atas substrat
- Perkenalkan gas proses dan mulakan pertumbuhan epitaxial
- Metana – sumber karbon
- Ethanol, Aseton, atau Oksigen (pilihan) – membantu meningkatkan kualiti melalui kesan pengukiran plasma oksigen.
- Nitrogen (pilihan) – membantu mempercepat proses (dipelajari dari pengalaman dan menjadikan pertumbuhan MPCVD secara ekonomi feasible)
- 1 hingga 4 minggu tempoh pertumbuhan
Apakah keperluan pam vakum untuk tempoh pertumbuhan?
- Pam awal hingga tekanan asas sekitar 2E-2 mbar
- Kekalkan tekanan (100-300 mbar, biasanya dalam julat 100-130 mbar) semasa gas proses mengalir.
- Pembersihan tekanan rendah warna berlian selepas pengeluaran
Pada masa kini, pam sudu putar 2 peringkat biasanya digunakan dalam proses MPCVD. Ini kerana pam-pam ini sangat sesuai untuk mencapai tekanan pengkondisian yang rendah tetapi juga kerana ia direka terutamanya untuk operasi berterusan pada vakum halus. Selain itu, pam-pam ini menghadapi pelinciran yang buruk, pemanasan berlebihan, atau kehilangan minyak yang tinggi apabila beroperasi selama beberapa hari dalam fasa tekanan kasar yang diperlukan oleh proses ini.
Kelebihan pam 2 peringkat yang dibangunkan oleh Leybold
Pelinciran minyak bagi pam TRIVAC dijamin oleh pam minyak terbina dalam, yang juga membolehkan pengagihan minyak yang seragam pada operasi tekanan yang kasar, manakala pam standard tanpa pam minyak sedemikian boleh gagal.
NEO D pam rotor dua peringkat direka untuk beroperasi pada tekanan kasar dan menyediakan penyelesaian yang sempurna untuk pelbagai keperluan tekanan dalam proses yang berkembang ini:
- Reka bentuk ini berdasarkan rangkaian pam industri SOGEVAC kami yang terkenal dan menawarkan ketahanan yang terbukti untuk aplikasi industri.
- Tekanan akhir yang rendah dapat dengan mudah memenuhi permintaan pemompaan awal, tetapi reka bentuk pam juga membolehkan operasi berterusan pada sebarang tekanan operasi (walaupun kasar).
- Penapis ekzos berkecekapan tinggi yang terintegrasi yang dapat mengurangkan kehilangan minyak kepada minimum teknikal. Minyak kekal di dalam pam!
- Reka bentuk kompak. Tiada keperluan untuk pemisah kabus minyak ekzos luaran dengan pemulangan minyak.
Bagi pelanggan yang ingin mencapai tekanan pengkondisian dalam julat vakum tinggi <10-3 mbar, Leybold juga menawarkan pelbagai pam turbo seperti siri TURBOVAC. Selain itu, kami menawarkan alat pengukur dan perkakasan yang diperlukan.
Leybold: Rakan kedai sehenti anda
Dengan pengalaman lebih dari 175 tahun dan pelbagai rangkaian produk, Leybold adalah rakan kongsi yang hebat untuk pertumbuhan berlian CVD anda. Dari pam kasar hingga pam turbo atau aksesori, kami mempunyai pelbagai jenis produk. Kami juga mempunyai pasukan aplikasi yang berdedikasi sedia untuk mengira konfigurasi pam yang ideal.
Dengan organisasi sokongan global, kami dapat menyokong operasi pembuatan anda di mana sahaja ia berada.
