Разработка опытно-промышленной установки для газофазного синтеза алмазоподобных углеродных материалов

Совокупность целого ряда уникальных физических свойств алмазных материалов делает перспективным их применение во многих отраслях промышленности от обработки материалов до электроники и ядерной энергетики. До настоящего времени эти применения сдерживаются относительно высокой стоимостью производства как природных, так и синтетических алмазов, которая резко возрастает с увеличением размеров изделий.

Вид со стороны роста пластины толщиной 300 мкм, размер области 150 мкм по горизонтали (оптический микроскоп)

Метод газофазного синтеза не требует создания высоких давлений, кроме того, осаждение из газовой фазы можно производить на достаточно большой площади и получать углеродные материалы с поликристаллической алмазной структурой на подложках из молибдена, вольфрама, кремния и других материалов. В отличие от метода синтеза поликристаллических алмазных материалов в условиях высоких давлений и высоких температур (ВДВТ), в газофазном методе синтеза получаемые алмазные материалы не содержат металлической связки, т.е. являются чисто углеродными алмазными материалами и вследствие этого они обладают высокой стойкостью к химическим воздействиям, высокой теплопроводностью и стойкостью к абразивному износу. Как видно из приводимой ниже таблицы сравнения параметров, газофазные алмазные материалы по основным параметрам близки к монокристаллическим и превосходят поликристаллические алмазные материалы, полученные по методу ВДВТ.

Таблица сравнения параметров алмазных материалов ГФС - полученные в газофазном синтезе Моно - монокристаллические природные и синтетические алмазы ВДВТ - поликристаллические алмазные материалы, полученные методом синтеза при высоких давлениях и высоких температурах
Свойство	ГФС	Моно	ВДВТ
Твердость(ГПа)	85-100	85-100	50
Модуль Юнга(ГПа)	1000-1100	1000-1100	700-800
Прочность на сжатие (ГПа)	9,0	9,0	7,6
Теплопроводность При 20 °С (Вт/мК)	500-2200	600-2200	500-600

В предлагаемом проекте создание условий газофазного синтеза предполагается производить в газовом разряде в смеси углеродсодержащего газа (например метана СН4) и водорода. К настоящему времени в Институте Ядерных Исследований РАН разработана методика возбуждения импульсного сильноточного тлеющего разряда и система приготовления и регенерации газовой смеси, позволяющие длительное время поддерживать в экспериментальной установке параметры, необходимые для синтеза алмазных материалов. Важным преимуществом метода газофазного синтеза является его экологическая чистота, т.к. во всем процессе участвуют только экологически безопасные вещества.

Диаграмма рентгеновской дифракции линии

CuKα

Ответственный исполнитель проекта: научный сотрудник ОУК Клёнов Виктор Сергеевич.