科创中国

　　高品质单晶金刚石生长及应用技术。

　　采用高功率（6kW）高频（2.45GHz）微波辅助等离子体外延生长技术，利用高温高压Пb型金刚石为籽晶，通过优化等离子体腔体设计和功率-气压-温度高效耦合，利用温度敏感的衬底步进位移系统，根据生长速率和最佳生长工艺参数的模型，实现温度驱动金刚石籽晶与等离子体距离的动态调整，保证了籽晶表面温度的恒定并实现大厚度单晶金刚石生长；采用红外辐射测温，精确、实时地观测金刚石表面生长状态，实现温度动态调整生长气压和功率，保持最优生长工艺条件；利用高温难熔金属合金作为籽晶托台，利用高纯金箔实现金刚石籽晶与托台的原子级无缝焊接，达到高温下籽晶表面和内部温度分布和热量传输的均匀性，实现高纯度低缺陷的质优粒大单晶金刚石。

　　本项目所制备的单晶金刚石品质可媲美于天然金刚石，处于国内领先水平。总体上处于产业孵化阶段，目前正在申请多项国家发明专利，预计未来市场将以14%的年增长率快速发展，可广泛地应用于珠宝、精密加工、地质钻探、光学仪器、功率器件和航空宇航等领域。现阶段需要攻关的瓶颈技术在于实现金刚石生长设备国产化和二次再开发，从而降低成本和开拓市场。目前金刚石技术和产品主要包含：同质外延生长的单晶金刚石、大尺寸单晶金刚石、大尺寸单晶金刚石膜异质外延生长技术、金刚石涂层制备技术、纳米/超细纳米晶金刚石和金刚石制品抛光技术等六个主要部分。

　　本项目正在研制星载高热流密度器件用金刚石热沉、激光武器用宝石级单晶金刚石窗口和宇航级高能粒子/射线金刚石探测器等航天宇航用关键元器件。本项目依托哈工大特种环境复合材料技术国防科技重点实验室，人才队伍和技术实力雄厚，同时与法国科学院、俄罗斯科学院等金刚石技术的国际顶尖团队进行技术合作，进行大尺寸高品质单晶金刚石、纳米金刚石和金刚石生长装备技术等方面的合作开发，后期将进行金刚石晶体检测和制品性能提升等方面的研发，还需要进一步的资金支持。