化学気相成長法（CVD）は、炭化水素ガス混合物からダイヤモンドを成長させる方法である。
このプロセスでは、密閉されたチャンバーに薄いダイヤモンドの種を入れる。
チャンバーは摂氏約800度に加熱される。
その後、メタンなどの炭素を多く含むガスを他のガスと混合してチャンバー内に充満させる。
ガスはイオン化され、分子結合が切断される。
これにより、純粋な炭素がダイヤモンドシードに付着する。
その後、炭素は原子ごとに、層ごとに積み重なり、新しいダイヤモンド結晶を形成する。
化学気相成長法ダイヤモンドのプロセスとは？
1.ダイヤモンドシードの準備
プロセスは、ダイヤモンドシードを薄くスライスしたものを選ぶことから始まります。
このシードは通常、厚さ約300ミクロン、大きさ10x10mmです。
シードは、多くの場合、以前にラボで作成されたダイヤモンドから供給されます。
シードは徹底的に洗浄され、欠陥がないことが確認されます。
不純物は、新しいダイヤモンドのインクルージョンに成長する。
2.チャンバーの設置
洗浄されたダイヤモンドシードは、密閉されたチャンバーに入れられます。
密閉は、外部からのガスの侵入を防ぐために非常に重要です。
これにより、育成されるダイヤモンドの純度と品質が保証されます。
3.ガスの導入
次に、チャンバー内を炭素を多く含む混合ガスで満たします。
この混合ガスは通常、メタンに水素を加えたものです。
プロセスを促進するために窒素を加えることもあります。
しかし、これはダイヤモンドの黄色味につながる可能性があります。
高品質の合成ダイヤモンド製造業者は、一般的にこれを避けている。
4.加熱とイオン化
チャンバー内のガスは非常に高温に加熱されます。
この温度は通常800℃前後です。
この高温は、炭素含有ガスと水素を分解するのに必要です。
これにより、反応性基が形成されやすくなる。
その後、マイクロ波やレーザーを使ってガスをイオン化する。
これにより、ガス中の分子結合が切断される。
5.蒸着と成長
イオン化プロセスにより、ガス分子が分解される。
これにより、純粋な炭素がダイヤモンドシードに付着する。
炭素はゆっくりとシード上に堆積していく。
炭素は既存のダイヤモンド構造と強い原子結合を形成する。
成長は層ごとに起こる。
各層はダイヤモンド結晶の大きさと複雑さを増す。
6.制御された環境
チャンバー内の条件は注意深く制御されています。
これにより、高温と低圧が保証される。
高温はガスの分解に不可欠です。
反応性基が新しい化学結合を形成するのに十分なエネルギーを提供する。
低圧は、不純物分子の存在を減らすのに役立つ。
これにより、反応性基の平均自由行程が高くなる。
蒸着プロセスの効率が向上する。
7.完成と抽出
成長プロセスは、ダイヤモンドの希望するサイズと品質が得られるまで続けられます。
完成したダイヤモンドは、慎重にチャンバーから取り出されます。
最終製品は、実験室で成長したダイヤモンドです。
外観も性質も天然ダイヤモンドによく似ています。
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