บทบาทของสุญญากาศในการผลิตเพชรสังเคราะห์ 11 กรกฎาคม 2022
4 MIN READ
พูดถึงเพชรและคนส่วนใหญ่จะเชื่อมโยงกับภาคเครื่องประดับ พวกเขายังต้องคํานึงว่าอัญมณีดังกล่าวจะพบได้ในเหมืองแร่ และบางครั้งก็ได้มาภายใต้สภาวะที่รุนแรง ("เพชรเลือด") ด้วยเหตุผลดังกล่าว อุตสาหกรรมได้ศึกษาวิธีการผลิตเพชรสังเคราะห์ในช่วงทศวรรษ 1950
ปัจจุบัน มีหลายกระบวนการในการสร้างเพชรเทียม ไม่เพียงแต่สําหรับเครื่องประดับที่แม้แต่ผู้เชี่ยวชาญก็มีความท้าทายในการแยกแยะเพชรธรรมชาติจากเพชรเทียมเท่านั้น แต่ยังรวมถึงตลาดเพชรขนาดใหญ่มากในภาคอุตสาหกรรมด้วย
คุณสมบัติที่โดดเด่นสี่ประการของเพชรสังเคราะห์
คุณสมบัติสําคัญของเพชรสังเคราะห์ที่ทําให้เพชรสังเคราะห์น่าสนใจสําหรับภาคอุตสาหกรรมคือ:
- เชิงกล (ความแข็งที่เหนือกว่าและความเฉื่อยทางเคมี)
- ออพติคัล (โปร่งใสสูง)
- ไฟฟ้า (คุณสมบัติเซมิคอนดักเตอร์)
- ความร้อน (การนําความร้อนสูงสุด)
ตัวอย่างการใช้งานในอุตสาหกรรมทั่วไป ได้แก่ เครื่องมือกลึงและตัด วัสดุหน้าต่างสําหรับการส่งรังสีอินฟราเรดและไมโครเวฟ และแผ่นระบายความร้อนสําหรับเลเซอร์และทรานซิสเตอร์ เพชรสังเคราะห์ยังเป็นวัสดุพื้นฐานสําหรับแผ่นเวเฟอร์เซมิคอนดักเตอร์และ Qubits สําหรับการคํานวณควอนตัม
เพชรได้รับมาอย่างไร?
โดยทั่วไปแล้วเพชรจะเกิดขึ้นตามธรรมชาติเมื่อหลายพันล้านปีก่อนในเปลือกโลกโดยอะตอมของคาร์บอนที่สัมผัสกับความร้อนและความดันสูง อย่างไรก็ตาม เนื่องจากความก้าวหน้าทางเทคนิค จึงมีการสร้างแหล่งเพชรสังเคราะห์ใหม่ขึ้นมา ตลาดนี้แบ่งออกเป็น 2 วิธีการผลิตหลัก ได้แก่
- HPHT (แรงดันสูงและอุณหภูมิสูง)- วิธีการนี้ขึ้นอยู่กับวิธีที่เพชรเกิดขึ้นตามธรรมชาติ - บีบอัดคาร์บอนและเพิ่มความร้อน พื้นที่ติดตั้งของอุปกรณ์มักมีการควบคุมกระบวนการขนาดใหญ่และจํากัด
- CVD (การสะสมของไอเคมี) - วิธีการนี้ขึ้นอยู่กับการสร้างสภาพแวดล้อมสุญญากาศ จากนั้นจึงนําก๊าซเฉพาะเข้าไปเพื่อกระตุ้นปฏิกิริยา พื้นที่ติดตั้งของอุปกรณ์มักมีการควบคุมกระบวนการที่เล็กและยอดเยี่ยม
กระบวนการเพาะเลี้ยง MPCVD (Microwave Plasma CVD)
เนื่องจากมีขนาดเล็กและการควบคุมกระบวนการที่ยอดเยี่ยม กระบวนการเติบโตของ MPCVD จึงได้รับความนิยมมากขึ้น ส่วนหนึ่งที่สําคัญของกระบวนการ MPCVD คือการสร้างและรักษาสภาวะสุญญากาศที่เหมาะสมภายในห้องเติบโต การตั้งค่าห้องเติบโตทั่วไปมีลักษณะดังนี้:
กระบวนการผลิตเพชรสังเคราะห์ ที่มา: NNE, 2019
ขั้นตอนทั่วไปของกระบวนการมีดังนี้:
- รูปแบบเมล็ดเพชร/ซับสเตรต
- ปิดห้องและไล่อากาศออกจากห้องเพื่อปรับสภาพ อุ่นซับสเตรต
- แนะนําไฮโดรเจน
- เปิดไมโครเวฟและสร้างพลาสมา (~4000 °C) เหนือซับสเตรต
- แนะนําก๊าซในกระบวนการและเริ่มการเจริญเติบโตของ epitaxial
- มีเทน - แหล่งกําเนิดคาร์บอน
- เอธานอล อะซีโตน หรือออกซิเจน (ตัวเลือก) - ช่วยปรับปรุงคุณภาพด้วยการกัดกร่อนด้วยออกซิเจนพลาสมา
- ก๊าซไนโตรเจน (อุปกรณ์เสริม) - ช่วยเร่งกระบวนการ (เรียนรู้จากประสบการณ์และทําให้การเติบโตของ MPCVD เป็นไปได้ในเชิงเศรษฐกิจ)
- ระยะการเจริญเติบโต 1 ถึง 4 สัปดาห์
ข้อกําหนดของปั๊มสุญญากาศสําหรับช่วงการเจริญเติบโตคืออะไร
- ปั๊มเบื้องต้นจนถึงแรงดันพื้นฐานประมาณ 2E-2 mbar
- รักษาแรงดัน (100-300 mbar โดยทั่วไปในช่วง 100-130 mbar) ในขณะที่ก๊าซในกระบวนการไหล
- การทําความสะอาดสีเพชรด้วยแรงดันต่ําหลังการผลิต
ปัจจุบัน ปั๊มใบพัดโรตารี่แบบซีลน้ํามัน หรือแบบ 2 จังหวะมักใช้ในกระบวนการ MPCVD เพราะปั๊มเหล่านี้เหมาะอย่างยิ่งสําหรับการบรรลุแรงดันปรับสภาพที่ต่ํา แต่ยังเนื่องจากปั๊มเหล่านี้ได้รับการออกแบบมาเพื่อการทํางานอย่างต่อเนื่องที่สุญญากาศระดับละเอียดเป็นหลัก นอกจากนี้ ปั๊มเหล่านี้ยังต้องเผชิญกับการหล่อลื่นที่ไม่ดี ความร้อนสูงเกินไป หรือการสูญเสียน้ํามันสูงเมื่อทํางานเป็นเวลาหลายวันในเฟสแรงดันหยาบที่กระบวนการนี้ต้องการ
ข้อดีของปั๊ม 2 จังหวะที่พัฒนาโดย Leybold
การหล่อลื่นด้วยน้ํามันของปั๊ม TRIVAC ได้รับการรักษาความปลอดภัยด้วยปั๊มน้ํามันในตัว ซึ่งยังช่วยให้การกระจายน้ํามันสม่ําเสมอในการทํางานที่แรงดันหยาบ ในขณะที่ปั๊มมาตรฐานที่ไม่มีปั๊มน้ํามันดังกล่าวอาจล้มเหลวได้
ปั๊มใบพัดโรตารี่ 2 จังหวะ NEO D ได้รับการออกแบบมาเพื่อการทํางานที่แรงดันหยาบและให้โซลูชันที่สมบูรณ์แบบสําหรับความต้องการแรงดันที่หลากหลายของกระบวนการเติบโตนี้:
- การออกแบบขึ้นอยู่กับกลุ่มผลิตภัณฑ์ปั๊มอุตสาหกรรม SOGEVAC ที่มีชื่อเสียงของเราและมีความทนทานที่ผ่านการพิสูจน์แล้วสําหรับการใช้งานในอุตสาหกรรม
- ความดันขั้นสุดท้ายที่ต่ําสามารถตอบสนองความต้องการปั๊มลมขั้นต้นได้อย่างง่ายดาย แต่การออกแบบของปั๊มยังช่วยให้ทํางานต่อเนื่องที่แรงดันการทํางานใดๆ (แม้กระทั่งความดันขั้นต่ํา)
- ตัวกรองไอเสียประสิทธิภาพสูงในตัวที่สามารถลดการสูญเสียน้ํามันให้เหลือน้อยที่สุดทางเทคนิค น้ํามันจะยังคงอยู่ภายในปั๊ม!
- ขนาดกะทัดรัด ไม่จําเป็นต้องใช้ตัวแยกละอองน้ํามันไอเสียภายนอกที่มีการไหลย้อนกลับน้ํามัน
สําหรับลูกค้าที่ต้องการบรรลุความดันปรับสภาพในช่วงสุญญากาศสูง <10-3 mbar Leybold ยังสามารถนําเสนอปั๊มเทอร์โบที่หลากหลาย เช่น รุ่น TURBOVAC นอกจากนี้เรายังมีเกจและฮาร์ดแวร์ที่จําเป็นอีกด้วย
Leybold: พันธมิตรร้านค้าครบวงจรของคุณ
ด้วยประสบการณ์กว่า 175+ ปีและกลุ่มผลิตภัณฑ์ที่หลากหลาย Leybold เป็นพันธมิตรที่ยอดเยี่ยมสําหรับการเติบโตของเพชร CVD ของคุณ ตั้งแต่ปั๊มหยาบไปจนถึงปั๊มเทอร์โบหรืออุปกรณ์เสริม เรามีผลิตภัณฑ์ที่หลากหลายมากมาย นอกจากนี้เรายังมีทีมงานการใช้งานเฉพาะที่พร้อมคํานวณการกําหนดค่าปั๊มที่เหมาะสมที่สุด
ด้วยองค์กรสนับสนุนทั่วโลก เราสามารถสนับสนุนการดําเนินงานด้านการผลิตของคุณได้ทุกที่
