大颗粒金刚石晶片合成用生长装置

技术领域

本发明涉及人造金刚石生产技术领域，具体涉及一种大颗粒金刚石晶片合成用生长装置。

背景技术

金刚石具有高硬度、高导热率、低膨胀系数等物理性质，应用于机械加工、石油钻探、电子器件、国防军工、医疗器械、珠宝首饰等多个领域。人造金刚石单晶使用性能已能与天然金刚石相媲美，掺杂金刚石在某些物理性能上甚至远超过天然金刚石。

现有技术中的人造金刚石生产装置，是将小颗粒金刚石晶种放入具有高浓度甲烷的反应腔内，然后利用2.45GHz的微波在反应腔内形成的区域性驻波强电场处放置钻石晶种的载台，该处的微波驻波的能量使晶种周围的碳氢化合物反应气体(例如甲烷)加热至极高温并形成电浆球，使该碳氢化合物气体的碳原子受电浆作用而附着于钻石晶种上，使钻石晶种逐渐生长成为人造大颗粒金刚石。

然而现有的人造金刚石晶片合成用生产装置中的微波聚焦位置是固定的，无法根据合成晶片的大小随时调节聚焦位置，使得人造金刚石的生产效率较低，因此，需要进一步的改进。

发明内容

本发明的目的在于提供大颗粒金刚石晶片合成用生长装置，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种大颗粒金刚石晶片合成用生长装置，包括合成座，所述合成座上端固定安装有合成箱，合成箱上端安装有固定筒，固定筒内部滑动安装有微波柱，微波柱底部安装有微波头，所述合成座上端一侧固定安装有支撑架，支撑架上安装有用于调节微波头在固定筒内部位置的聚焦调节机构，所述合成座上还设置有用于往微波头内部输入微波的微波发生机构。

作为本发明的一种改进方案：所述合成箱内部安装有筒形的保温层，保温层内侧安装有筒形的发热管，发热管上连接有设置在合成箱外部的电导线，所述合成箱上端还安装有微波窗口，所述合成箱内部还连通有设置在合成箱外壁的气体管。

作为本发明的一种改进方案：所述微波发生机构包括安装在合成座上的微波发生器，微波发生器通过微波软管连接有微波柱。

作为本发明的一种改进方案：所述聚焦调节机构包括U型架，U型架侧面对称安装有连接架，上侧连接架与U型架之间转动安装有上固定齿轮，上固定齿轮外侧啮合有中间齿轮，中间齿轮外侧啮合有下活动齿轮，下活动齿轮中心位置同轴固定安装有摇臂架，摇臂架上固定安装有转动轴，转动轴上通过滑动部连接有滑动设置在U型架内壁之间的调节板，所述聚焦调节机构还包括用于改变调节板在U型架内部初始位置的伸缩机构。

作为本发明的一种改进方案：所述滑动部包括转动安装在转动轴上的滑动块以及设置在调节板上的滑动槽，所述滑动块滑动设置在滑动槽内部。

作为本发明的一种改进方案：所述调节板两端设置有导向块，导向块滑动于设置在U型架内壁的导向槽内部，所述导向块为燕尾块结构，所述导向槽为梯形槽结构。

作为本发明的一种改进方案：所述上固定齿轮与中间齿轮之间同轴铰接有上限位连杆，下活动齿轮与中间齿轮之间同轴铰接有下限位连杆。

作为本发明的一种改进方案：所述伸缩机构包括转动安装在两个连接架之间的活动螺杆，活动螺杆上通过螺纹结构安装有活动块，活动块与下活动齿轮同轴转动设置，所述伸缩机构还包括用于限制活动块运动方向的限位组件。

作为本发明的一种改进方案：所述限位组件包括固定在活动块上的限位块以及固定在两个连接架之间的限位柱，所述限位块滑动设置在限位柱上。

作为本发明的一种改进方案：所述活动螺杆一端连接有调节电机的输出端，调节电机安装在其中一个连接架上，所述调节电机为双转向步进电机，所述U型架上还安装有合成电机，合成电机的输出端连接有上固定齿轮。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

所述一种大颗粒金刚石晶片合成用生长装置，结构合理，设计新颖，通过设置的聚焦调节机构使得微波头在固定筒内部的位置可以发生改变，进而使得照在金刚石晶种上的微波聚焦位置得到修正，最终使得晶种周围能够稳定形成电浆球，大大提高人造金刚石的合成生长效率，实用性强，可靠性高。

附图说明

图1为本发明的整体正视结构示意图；

图2为本发明的整体侧视结构示意图；

图3为本发明的整体后视结构示意图；

图4为本发明中聚焦调节机构的正视结构示意图；

图5为本发明中聚焦调节机构的仰视结构示意图；

图6为本发明中合成箱的内部剖视结构示意图。

图中：1、合成座；2、合成箱；3、微波发生器；4、电导线；5、气体管；6、固定筒；7、微波软管；8、微波柱；9、U型架；10、支撑架；11、合成电机；12、调节电机；13、连接架；14、微波头；15、微波窗口；16、活动螺杆；17、活动块；18、限位块；19、限位柱；20、导向槽；21、调节板；22、滑动块；23、滑动槽；24、下活动齿轮；25、中间齿轮；26、上固定齿轮；27、上限位连杆；28、下限位连杆；29、转动轴；30、摇臂架；31、导向块；32、保温层；33、发热管。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制，此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量，由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通，对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

实施例1

参阅图1～6，本发明实施例中，一种大颗粒金刚石晶片合成用生长装置，包括合成座1，所述合成座1上端固定安装有合成箱2，所述合成箱2采用筒形的叶腊石块制成，并且内壁设置有筒形的白云石内衬，所述合成箱2上端安装有固定筒6，固定筒6内部滑动安装有微波柱8，微波柱8底部安装有微波头14，所述合成座1上端一侧固定安装有支撑架10，支撑架10上安装有用于调节微波头14在固定筒6内部位置的聚焦调节机构，所述合成座1上还设置有用于往微波头14内部输入微波的微波发生机构。

本实施例的一种情况中，所述合成箱2内部安装有筒形的保温层32，保温层32内侧安装有筒形的发热管33，所述发热管33采用高温材料冲压或焊接而成，材质成分均匀，电阻一致，有利于温度场的匹配和金刚石合成质量的提高，发热管33上连接有设置在合成箱2外部的电导线4，用于为发热管33提供电力来源，所述合成箱2上端还安装有微波窗口15，所述合成箱2内部还连通有设置在合成箱2外壁的气体管5，气体管5用于往合成箱2内部通入高压的甲烷气体。通过上述结构层的设置，保证了金刚石晶片在合成生长时所需要的温度和压力。

本实施例的优选情况下，所述微波发生机构包括安装在合成座1上的微波发生器3，微波发生器3通过微波软管7连接有微波柱8。通过上述结构的设置，使得微波头14产生人造金刚石在生长过程中所需要的微波。

本实施例的一种情况中，所述聚焦调节机构包括U型架9，U型架9侧面对称安装有连接架13，上侧连接架13与U型架9之间转动安装有上固定齿轮26，上固定齿轮26外侧啮合有中间齿轮25，中间齿轮25外侧啮合有下活动齿轮24，下活动齿轮24中心位置同轴固定安装有摇臂架30，摇臂架30上固定安装有转动轴29，转动轴29上通过滑动部连接有滑动设置在U型架9内壁之间的调节板21，所述聚焦调节机构还包括用于改变调节板21在U型架9内部初始位置的伸缩机构。通过上述机构的配合，使得调节板21在U型架9内部的位置可以得到有效的调节，进一步提高了生长装置的可靠性。

其中，本实施例中，所述滑动部包括转动安装在转动轴29上的滑动块22以及设置在调节板21上的滑动槽23，所述滑动块22滑动设置在滑动槽23内部。利用滑动块22在滑动槽23内部的滑动，转化为调节板21的上下直线往复运动。

另外，为了确保聚焦调节机构在调节工作过程中不会影响调节板21的调节运动，本实施例中，在所述上固定齿轮26与中间齿轮25之间同轴铰接有上限位连杆27，在下活动齿轮24与中间齿轮25之间同轴铰接有下限位连杆28。

本实施例的一种情况中，所述伸缩机构包括转动安装在两个连接架13之间的活动螺杆16，活动螺杆16上通过螺纹结构安装有活动块17，活动块17与下活动齿轮24同轴转动设置，所述伸缩机构还包括用于限制活动块17运动方向的限位组件。通过上述结构的配合，使得调节板21在U型架9内部的初始位置进行有效的调节，并且整个调节方便也十分方便。

另外，本实施例中，所述限位组件包括固定在活动块17上的限位块18以及固定在两个连接架13之间的限位柱19，所述限位块18滑动设置在限位柱19上。利用限位块18在限位柱19上的滑动，使得整个伸缩机构在调节工作时更加稳定，进一步提高了聚焦调节机构的可靠性。

为了保证聚焦调节机构的动力输入，本实施例中，在所述活动螺杆16一端连接有调节电机12的输出端，调节电机12安装在其中一个连接架13上，所述调节电机12为双转向步进电机，通过启动调节电机12，即可实现聚焦调节机构在调节时的需要，另外，所述U型架9上还安装有合成电机11，合成电机11的输出端连接有上固定齿轮26，进而确保了聚焦调节机构的稳定工作。

实施例2

本发明的另外一种实施例中，该实施例与上述实施例的区别之处在于，其中，所述调节板21两端设置有导向块31，导向块31滑动于设置在U型架9内壁的导向槽20内部，所述导向块31为燕尾块结构，所述导向槽20为梯形槽结构。利用导向块31在导向槽20内部的稳定移动，使得调节板21在U型架9内部上下移动时更加稳定，最终确保了微波头14的微波发射精确度。

本发明的工作原理是：首先将金刚石晶种放置在合成箱2内部，并且保证合成箱2内部在合成生长时所需要的温度和压力，在合成过程中，通过聚焦调节机构调节微波头14聚焦在晶种上的位置范围，以此提高了金刚石晶片的生长效率，整个操作过程快捷方便，值得推广使用。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。