Die chemische Gasphasenabscheidung (Chemical Vapor Deposition, CVD) ist ein Verfahren, bei dem Diamanten aus einem Kohlenwasserstoffgasgemisch gezüchtet werden.
Bei diesem Verfahren wird ein dünner Diamantkeim in eine versiegelte Kammer eingebracht.
Die Kammer wird auf etwa 800 Grad Celsius erhitzt.
Anschließend wird die Kammer mit einem kohlenstoffreichen Gas wie Methan gefüllt, das mit anderen Gasen vermischt wird.
Die Gase werden ionisiert, wodurch ihre molekularen Bindungen aufgebrochen werden.
Dadurch kann reiner Kohlenstoff an dem Diamantkeim haften.
Der Kohlenstoff baut sich dann Atom für Atom, Schicht für Schicht auf und bildet einen neuen Diamantkristall.
Was ist der Prozess der chemischen Abscheidung von Diamant aus der Gasphase (7 Schritte erklärt)?
1. Vorbereitung des Diamantkeims
Das Verfahren beginnt mit der Auswahl einer dünnen Scheibe des Diamantkeims.
Dieser Keim ist in der Regel etwa 300 Mikrometer dick und 10 x 10 mm groß.
Der Samen stammt häufig von einem zuvor im Labor hergestellten Diamanten.
Er wird gründlich gereinigt, um sicherzustellen, dass keine Defekte vorhanden sind.
Etwaige Verunreinigungen würden sich im neuen Diamanten zu Einschlüssen entwickeln.
2. Einrichten der Kammer
Der gereinigte Diamantsamen wird in eine versiegelte Kammer gelegt.
Die Versiegelung ist wichtig, damit keine Gase von außen eindringen können.
Dies gewährleistet die Reinheit und Qualität des gezüchteten Diamanten.
3. Einleiten von Gasen
Die Kammer wird dann mit einem kohlenstoffreichen Gasgemisch gefüllt.
Dieses Gemisch besteht in der Regel aus Methan in Kombination mit Wasserstoff.
Manchmal wird auch Stickstoff hinzugefügt, um den Prozess zu beschleunigen.
Dies kann jedoch zu einer gelblichen Färbung des Diamanten führen.
Die Hersteller hochwertiger synthetischer Diamanten vermeiden dies im Allgemeinen.
4. Erhitzung und Ionisierung
Die Gase in der Kammer werden auf sehr hohe Temperaturen erhitzt.
Diese Temperatur beträgt in der Regel etwa 800 °C.
Diese hohe Temperatur ist notwendig, um das kohlenstoffhaltige Gas und den Wasserstoff aufzuspalten.
Sie begünstigt die Bildung reaktiver Gruppen.
Anschließend werden die Gase ionisiert, häufig mit Hilfe von Mikrowellen oder Lasern.
Dadurch werden die Molekularbindungen in den Gasen aufgebrochen.
5. Abscheidung und Wachstum
Der Ionisierungsprozess führt zur Aufspaltung der Gasmoleküle.
Dadurch kann reiner Kohlenstoff an dem Diamantkeim haften.
Der Kohlenstoff lagert sich langsam auf dem Keim ab.
Er bildet starke atomare Bindungen mit der vorhandenen Diamantstruktur.
Das Wachstum erfolgt Schicht für Schicht.
Mit jeder Schicht nimmt die Größe und Komplexität des Diamantkristalls zu.
6. Kontrollierte Umgebung
Die Bedingungen in der Kammer werden sorgfältig kontrolliert.
Dies gewährleistet eine hohe Temperatur und einen niedrigen Druck.
Die hohe Temperatur ist für die Spaltung der Gase unerlässlich.
Sie liefert genügend Energie für die reaktiven Gruppen, um neue chemische Bindungen zu bilden.
Der niedrige Druck trägt dazu bei, die Anwesenheit von Verunreinigungsmolekülen zu reduzieren.
Dadurch wird sichergestellt, dass die reaktiven Gruppen eine hohe mittlere freie Weglänge haben.
Er verbessert die Effizienz des Abscheidungsprozesses.
7. Fertigstellung und Extraktion
Der Wachstumsprozess wird fortgesetzt, bis die gewünschte Größe und Qualität des Diamanten erreicht ist.
Nach der Fertigstellung wird der Diamant vorsichtig aus der Kammer entnommen.
Das Endprodukt ist ein im Labor gezüchteter Diamant.
Er ist in Aussehen und Eigenschaften einem natürlichen Diamanten sehr ähnlich.
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