本發(fā)明涉及金剛石，特別是涉及一種降低金剛石應(yīng)力的方法。

背景技術(shù)：

1、金剛石的熱導(dǎo)率可達(dá)2200w/mk，有望作為大功率電子元器件的散熱襯底使用。然而，金剛石存在的殘余應(yīng)力，導(dǎo)致其可加工性差。目前，通常利用熱能與超聲波沖擊振動(dòng)以及填充料的無規(guī)則振動(dòng)撞擊金剛石，為其晶粒的位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)提供外部動(dòng)力，降低金剛石的應(yīng)力，但是，這些方式容易對金剛石造成損傷。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、基于此，有必要針對上述問題，提供一種降低金剛石應(yīng)力的方法，所述方法能夠在非接觸條件下降低金剛石的應(yīng)力，不會損傷金剛石。

2、一種降低金剛石應(yīng)力的方法，包括以下步驟：

3、將金剛石在富氫氣氛中進(jìn)行第一次退火處理，其中，所述第一次退火處理的步驟中還使用了鉭材料，且控制所述鉭材料的溫度大于或等于1500℃且小于鉭材料的熔點(diǎn)；

4、然后將所述金剛石在惰性氣氛中進(jìn)行第二次退火處理。

5、在其中一個(gè)實(shí)施例中，第一次退火處理的步驟中，所述鉭材料的溫度控制在1700℃-2600℃。

6、在其中一個(gè)實(shí)施例中，第一次退火處理的步驟中，所述金剛石的溫度控制在500℃-1000℃；

7、及/或，保溫時(shí)間控制在15min-30min；

8、及/或，所述金剛石的降溫速率控制在1℃/min-20℃/min。

9、在其中一個(gè)實(shí)施例中，第二次退火處理的步驟中，所述金剛石的溫度控制在800℃-1000℃，且大于或等于第一次退火處理步驟中所述金剛石的溫度；

10、及/或，所述金剛石的保溫時(shí)間控制在10min-30min。

11、在其中一個(gè)實(shí)施例中，在第一次退火處理的步驟中，當(dāng)所述金剛石的溫度降至200℃-350℃時(shí)，停止降溫并進(jìn)行第二次退火處理。

12、在其中一個(gè)實(shí)施例中，在第一次退火處理的步驟中，利用所述鉭材料提供的熱場加熱所述金剛石；

13、及/或，所述金剛石和所述鉭材料的距離為5mm-30mm。

14、在其中一個(gè)實(shí)施例中，在第二次退火處理的步驟中，利用所述鉭材料提供的熱場加熱所述金剛石；

15、及/或，所述金剛石和所述鉭材料的距離為5mm-30mm。

16、在其中一個(gè)實(shí)施例中，通入氫氣形成富氫氣氛，所述氫氣的流量為100sccm-500sccm；

17、及/或，所述第一次退火處理的步驟中，壓力小于或等于10kpa。

18、在其中一個(gè)實(shí)施例中，通入惰性氣體形成惰性氣氛，所述惰性氣體的流量為300sccm-800sccm；

19、及/或，所述惰性氣氛選自氮?dú)鈿夥?、氬氣氣氛中的至少一種；

20、及/或，所述第二次退火處理的步驟中，壓力控制在3kpa-10kpa。

21、在其中一個(gè)實(shí)施例中，包括以下步驟：

22、將金剛石置于熱絲cvd設(shè)備的樣品臺上，然后在熱絲架上布置鉭絲；

23、關(guān)閉真空腔，將所述熱絲cvd設(shè)備抽至真空；

24、通入氫氣，打開電源加熱所述鉭絲，利用所述鉭絲提供的熱場對所述金剛石進(jìn)行第一次退火處理；

25、然后關(guān)閉氫氣，通入惰性氣體，加熱所述鉭絲，利用所述鉭絲提供的熱場對所述金剛石進(jìn)行第二次退火處理。

26、本發(fā)明的方法中，第一次退火處理在富氫氣氛中進(jìn)行，且還使用鉭材料，其中，富氫氣氛可以防止鉭材料發(fā)生氧化或碳化等反應(yīng)，且通過溫度的控制使鉭材料能夠更好的蒸發(fā)出鉭原子并更均勻的擴(kuò)散到金剛石中，促進(jìn)金剛石中的石墨相向金剛石相轉(zhuǎn)變，同時(shí)，氫氣在鉭材料提供的熱場的激發(fā)下能夠產(chǎn)生氫離子，氫離子能夠刻蝕金剛石中的石墨相，從而，通過鉭原子促進(jìn)石墨相向金剛石相轉(zhuǎn)變以及氫離子刻蝕石墨相，能夠盡可能去除掉金剛石中的石墨相，并促使金剛石中的晶粒產(chǎn)生位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)行自整定，填補(bǔ)晶格空隙以及增大晶粒尺寸。然后，在惰性氣氛中進(jìn)行第二次退火處理，充分釋放出金剛石晶格中夾雜的氫離子和鉭原子，并使金剛石中的晶粒再次產(chǎn)生位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)一步自整定，填補(bǔ)晶格空隙以及增大晶粒尺寸。

27、因此，本發(fā)明的方法能夠盡可能去除掉金剛石中的石墨相，并增大晶粒尺寸，使晶粒尺寸更大、更完整且通過位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)變得更加平整，填補(bǔ)晶格空隙，從而在非接觸條件下充分去除了金剛石的應(yīng)力，提高金剛石的可加工性，而且不會損傷金剛石。

技術(shù)特征：

1.一種降低金剛石應(yīng)力的方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的降低金剛石應(yīng)力的方法，其特征在于，第一次退火處理的步驟中，所述鉭材料的溫度控制在1700℃-2600℃。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的降低金剛石應(yīng)力的方法，其特征在于，第一次退火處理的步驟中，所述金剛石的溫度控制在500℃-1000℃；

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的降低金剛石應(yīng)力的方法，其特征在于，第二次退火處理的步驟中，所述金剛石的溫度控制在800℃-1000℃，且大于或等于第一次退火處理步驟中所述金剛石的溫度；

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的降低金剛石應(yīng)力的方法，其特征在于，在第一次退火處理的步驟中，當(dāng)所述金剛石的溫度降至200℃-350℃時(shí)，停止降溫并進(jìn)行第二次退火處理。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的降低金剛石應(yīng)力的方法，其特征在于，在第一次退火處理的步驟中，利用所述鉭材料提供的熱場加熱所述金剛石；

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的降低金剛石應(yīng)力的方法，其特征在于，在第二次退火處理的步驟中，利用所述鉭材料提供的熱場加熱所述金剛石；

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的降低金剛石應(yīng)力的方法，其特征在于，通入氫氣形成富氫氣氛，所述氫氣的流量為100sccm-500sccm；

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的降低金剛石應(yīng)力的方法，其特征在于，通入惰性氣體形成惰性氣氛，所述惰性氣體的流量為300sccm-800sccm；

10.根據(jù)權(quán)利要求1至權(quán)利要求9任一項(xiàng)所述的降低金剛石應(yīng)力的方法，其特征在于，包括以下步驟：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種降低金剛石應(yīng)力的方法，包括以下步驟：將金剛石在富氫氣氛中進(jìn)行第一次退火處理，其中，所述第一次退火處理的步驟中還使用了鉭材料，且控制所述鉭材料的溫度大于或等于1500℃且小于鉭材料的熔點(diǎn)；然后將所述金剛石在惰性氣氛中進(jìn)行第二次退火處理。本發(fā)明的方法能夠盡可能去除掉金剛石中的石墨相，并增大晶粒尺寸，使晶粒尺寸更大、更完整且通過位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)變得更加平整，填補(bǔ)晶格空隙，從而在非接觸條件下充分去除了金剛石的應(yīng)力，提高金剛石的可加工性，而且不會損傷金剛石。

技術(shù)研發(fā)人員：孔祥鵬,鄔蘇東
受保護(hù)的技術(shù)使用者：甬江實(shí)驗(yàn)室
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6