合成碳硅石和钻石的区别(合成碳硅石)

导读 今天菲菲来为大家解答以上的问题。合成碳硅石和钻石的区别,合成碳硅石相信很多小伙伴还不知道,现在让我们一起来看看吧!1、陈秀芳 徐现刚...

今天菲菲来为大家解答以上的问题。合成碳硅石和钻石的区别,合成碳硅石相信很多小伙伴还不知道,现在让我们一起来看看吧!

1、陈秀芳 徐现刚 田亮光 蒋民华作者简介:陈秀芳,山东大学晶体材料研究所在读博士;徐现刚,山东大学晶体材料研究所教授、博士生导师,本文在“中国人工宝石发展论坛”上的报告者;田亮光,中宝协第三届人工宝石专业委员会委员,山东省质量技术监督局研究员。

2、一、引言本文叙述了一种新的宝石材料,也是迄今为止最令人信服的钻石仿制品——合成碳硅石(SiC),如图1所示。

3、一般钻石仿制品通常仅能模仿钻石的一两项技术指标,而合成碳硅石的光泽、亮度、火彩等都和钻石极为相似,尤其是合成碳硅石的热导性高,用常规的钻石热导仪难以与钻石区分,仿真性远超过以前的最佳钻石替代品——合成立方氧化锆(吴伟娟等,1999)。

4、一般认为宝石的最重要的物理特性是硬度、折射率和颜色。

5、合成碳硅石具有与钻石相同的光泽,仅次于钻石(摩氏硬度10)的高硬度(8.5~9.25),比钻石(折射率2.417)略高的折射率(2.5~2.71),双折射率为0.043,色散为0.014,化学稳定性好,几乎不与其他物质反应,韧性好,热导率高,热稳定性好,在空气中加热到1400℃而不损坏,因此被称为最新一代钻石仿制品(Kurt,1999)。

6、它是一种新的实验室合成宝石。

7、图1 合成碳硅石戒指二、合成碳硅石的结构SiC宝石是一种复杂的材料系统,它的奇特性质之一就是其结构的多型性(王世忠等,1999)。

8、结构单元为SiC4或CSi4四面体结构,属于密堆积结构,由于单向堆积方式的不同产生各种不同的晶型,目前已经发现的晶型有200余种,分为立方结构、六方结构和菱方结构等,每一种都可称为“SiC宝石”,较为常见的有3C、15R、6H、4H和2H,图2列出了几种SiC多型的堆垛结构(郝跃等,2000)。

9、这里叙述的是合成的6H-SiC宝石,另一种能获得大直径单晶的多型为4H-SiC。

10、图2 几种SiC多型的堆垛结构三、合成碳硅石单晶的生长SiC单晶一般采用升华法生长,用该法可生长出大尺寸、高质量SiC单晶(徐现刚等,2003;Tairov et al.,1978;LLiu et al.,2002)。

11、具体生长步骤如下:把籽晶置于坩埚的上盖底部,高纯SiC粉源料置于坩埚底部,生长室压力在50~120Mbar1bar=100kPa。

12、,生长温度为2000~2500℃,底部的SiC粉料分解为Si、SiC2和Si2C三种主要气相组分,输运到温度较低的籽晶表面,通过沉积,使得晶体不断生长。

13、经过80~100h的生长,可获得厚度为15~25mm、直径为2英寸1英寸=25.4mm。

14、或3英寸的无色或彩色SiC单晶。

15、图3是我们利用该法生长的2英寸和3英寸SiC单晶,其平均微管的密度小于100个/cm2。

16、图3 2英寸和3英寸SiC单晶四、合成碳硅石的成形SiC单晶生长过程中通过掺杂不同元素可获得不同颜色的晶体。

17、因此 SiC是一种非常优异的彩色宝石材料。

18、SiC的掺杂物有Nn(型)和Al、B、Be、Ga、()、Sc(p型)等。

19、未掺杂的6H-SiC和4 H-SiC显无色,在6 H-SiC中掺氮(n型)和铝(p型),分别得到了绿色和蓝色的6H-SiC单晶。

20、在4H-SiC中掺入低浓度的氮可得到淡棕色的4H-SiC单晶。

21、3C-SiC显黄色,而掺氮的3C-SiC显黄绿色。

22、图4 SiC宝石生长出无色或彩色SiC单晶后,该晶体作为毛坯被切割成不同大小的粗人造宝石,然后经研磨和抛光制成无色或彩色合成碳硅石成品。

23、合成碳硅石的硬度、韧性和各向异性使得能够以很尖锐的角度磨刻面,因此可获得很好的外形和光泽,从而能达到形美和质美的高度和谐统一。

24、表1比较了钻石、合成碳硅石和立方氧化锆的宝石学特性。

25、表1 钻石、合成碳硅石和立方氧化锆的宝石学特性比较五、结论由于合成碳硅石优越的宝石学特性,与钻石相比,它具有高的色散、相似的亮度、较高的折射率和较低的相对密度;硬度最接近于钻石,并具有明显的双折射,迄今为止是最佳的钻石仿制品。

26、由于堆积方式的不同,碳化硅具有多种不同晶型,分为立方结构、六方结构和菱方结构。

27、通过升华法生长直径为2英寸或3英寸的无色或彩色SiC单晶,然后经过切割、研磨和抛光加工成合成碳硅石成品。

28、参考文献郝跃,彭军,杨银堂.2000.碳化硅宽禁带半导体技术.北京:科学出版社.吴伟娟,段体玉.1999.珠宝检测.珠宝科技,2:41.王世忠,徐良瑛,束碧云,等.1999.SiC的性质、生长和应用.无机材料学报,14(4):527.徐现刚,胡小波,王继扬,等.2003.大直径6H-SiC单晶的生长.人工晶体学报,32(5).Kurt Nassau.1999.莫依桑石:一种新的合成宝石材料.宝石和宝石学杂志,1(4):47.L Liu,Edgar J H.2002.Substrates for Gallium Nitride Epi-taxy.Materials Scienceand Engineering R,37(3):61.Tairov Y M,Tsvetkov V F.1978.Investigation of growth processes of ingots of silicon carbide single crystals.Journal ofCrystal Growth,43:209。

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