成都将新建一年产400套MPCVD设备项目

近日，成都稳正科技有限公司发布环评公示信息，信息显示其将于6~8月在四川成都市新建一微波等离子体设备及金刚石生产项目。

当今，金刚石在许多工业领域中起着不可替代的作用。2018被列入了《战略新兴产业分 类（2018）》，然而天然金刚石储量少，开采困难，环境污染严重，品质不稳定等缺点，不能满足工业领域甚至消费领域的需要。 

目前，人工合成金刚石的方法主要有高温高压法（HTHP）、直流电弧等离子体喷射法（DCAPJ）、热丝化学气相沉积（HFCVD）、微波等离子体化学气相沉积（MPCVD）。MPCVD 合成金刚石是上个世纪80年代发展起来的一种制备高品质金刚石的新型技术，微波放电区域集中不发散，所以避免了电极放电和腔体壁造成对外延金刚石膜的污染。MPCVD 合成金刚石 技术的出现，成功解决金刚石生长尺寸等问题。 目前 MPCVD 方法制备的金刚石单晶材料几乎实现了天然金刚石的全部特征。因此， MPCVD 法是目前该领域研究者们使用最多的合成高品质金刚石的方法，是一项满足国家高端科技发展新兴技术的项目，迫切需求国内具有自己的高品质金刚石生产技术和产业。

本次新建微波等离子体设备及金刚石生产项目租用厂房面积1200平方米。购置金刚石激光切割设备2台，金刚石抛光机4台，螺杆空压机1台等。组装微波等离子体设备20套用于金刚石生产，年产金刚石10000克拉（包括由MPCVD设备生产后未经后续切割、打磨处理的金刚石原材料，约8000克拉；以及根据业主需求，对金刚石原材料进行切割打磨处理后的金刚石产品，约2000克拉），微波等离子体设备年产能400套（包括用于金刚石生产的20套设备）。

生产方案

据了解，该项目主要生产单元包括两部分，1. 微波等离子体设备（MPCVD 设备）组装线；2.金刚 石生产线。其中，微波等离子体设备由建设单位自主研发设计，参照执行以下标准：具有完全自动化控制的功能，长期稳定运行时间大于30天。最大输出功率达到6-15kw（输出功率稳定度达到±1%），并且具有手动/自动调节功能，腔体本底真空度优于10^-6mbar，该设备具有微波源过流过压、缺项断电报警，三相动力电逆相报警，冷却水欠压断电报警，冷却水过温断流报 警等安全功能。同时，项目生产的金刚石要求生长厚度大于4mm，颜色G-H色、净度VS2及以上。20 倍光学放大镜下无明显杂质。

微波等离子体设备示例

金刚石产品示例

同时，该项目需要大量设备，以下为项目主要设备汇总表：

主要设备汇总

项目公示信息也披露了微波等离子体设备和单晶金刚石生产工艺，其中金刚石生产工艺如下：

金刚石生产工艺流程

（1）来料检验、清洗。本项目外购金刚石单晶片为金刚石生长基材（主要成分为金刚石， 其生产工艺与本项目相似，不含重金属等杂质），生产前需要通过无尘布蘸取无水乙醇擦拭 清洗。该工序会产生有机废气和废弃无尘布。

（2）金刚石生长。将金刚石种子（外购金刚石单晶片）置于微波等离子体设备中（以下简称MPCVD设备），设备开启后，腔体处于真空状态，由储气室接入工艺气体气管至设备， 流量计按工艺需求量供应氢气、氮气、氧气和甲烷。在高温环境下（800℃），MPCVD设备 通过微波电源产生微波，在微波场的作用下将反应气体变为等离子体态（等离子体是由部分 电子被剥夺后的原子及原子团被电离后产生的正负离子组成的离子化气体状物质，是一种拥 有离子、电子和核心粒子的不带电的离子化物质，其运动主要受电磁力支配，并表现出显著 的集体行为），形成悬浮于金刚石衬底上方的等离子体球，并利用等离子体的高温使得衬底 加热到一定温度。腔体内产生的多余热量由水冷单元传导出去。在微波作用下，反应气体裂 解成H、O、N 原子或CH2、CH3、C2H2、OH等基团。含碳基团( CH2、CH3、C2H2) 将在 金刚石种子表面形成气固混合界面，在动态平衡模型或非平衡热力学模型下实现金刚石、非 晶碳或石墨的生长。氢等离子体刻蚀非晶碳或石墨的速度比刻蚀金刚石快得多，因此 CVD 金刚石表面的非金刚石相被快速刻蚀，从而实现金刚石生长。 利用甲烷气体中的碳原子同质外延出金刚石单晶材料，生长周期为 15-20 天。期间需要循 环冷却水对设备进行降温，使温度环境保持在 800℃，冷却水使用纯水，不需外排，定期补充。 工艺气体中，加入氮气可提升金刚石生长速率，氮气使用量极少，以原子态附着于金刚石上， 氮气不外排；甲烷分解后（氢气），与氢气、氧气一起经排气管道收集后于车间外排放。生 长期间设备自动化控制，无需人工另外操作。生长后的金刚石原材料部分可直接外售，部分 进入下一步工序。

（3）激光加工。金刚石原材料置于激光切割机，利用激光束照射将金刚石原材料加工成 所需的形状和尺寸，此工序不使用切削液，会产生边角料和噪声。

（4）精密打磨。经过激光切割后的金刚石需进入金刚石抛光机进一步打磨，抛光机使用 镀金刚石打磨盘，打磨盘由厂家定期更换，更换频率 1 年 1 次，打磨完成后的金刚石作为金 刚石产品外售。此工序不使用研磨液，会产生打磨粉尘和噪声。

附件：微波等离子体设备及金刚石生产项目.pdf