專利名稱：改善金剛石表面光潔度的反應(yīng)轟擊方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于離子束加工的領(lǐng)域，特別涉及改善金剛石表面光潔度的反應(yīng)轟擊方法。
背景技術(shù)：
鉆石價值評價要求綜合考慮“4C”即重量、顏色、琢型和潔凈度。目前金剛石加工都是通過琢與磨這兩道基本工序完成的。中國地質(zhì)大學(xué)出版社(武漢)1994，3月出版的“寶石款式設(shè)計與加工工藝”第二章第三節(jié)寶石的款項設(shè)計一文中指出，寶石在加工整個過程中人的手工操作十分重要，無論是琢的工序，還是磨的工序都缺少不了手工的控制和調(diào)節(jié)，加之金剛石高硬度，尤其是磨的工序包括倒棱、圈形、粗磨、細磨和拋光等，都存在不同程度的機械磨痕或劃痕，影響其光潔度，同時亮度也受影響。特別是最后的細磨和拋光過程中，對人的手工操作水平要求更高，工序過程更難掌握，且劃痕不可避免的產(chǎn)生。
發(fā)明目的本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種通過反應(yīng)轟擊法改善金剛石表面光潔度及亮度的方法。
本發(fā)明的改善金剛石表面光潔度的反應(yīng)轟擊方法采用一般的離子減薄儀，用高能離子束轟擊金剛石表面，高能離子與樣品表面原子發(fā)生碰撞與反應(yīng)、金剛石表面原子能量增大到高于該原子的逸出功時，便飛離其表面，這樣就使金剛石表面不斷失去原子，其利用的是碰撞與化學(xué)反應(yīng)雙重作用，而不僅僅是機械沖刷作用，大大提高拋光的速度。
本發(fā)明的具體方法是將金剛石樣品放在托臺上，用可改變角度的離子槍向金剛石表面轟擊離子束，離子槍的角度調(diào)節(jié)范圍是0～30°，轟擊時的真空度為10-2～10-4pa，離子槍操作電壓在3～10KV，離子槍操作電流在2～10mA，離子束流50～300μA，氣體為氧氣或氧氣和氬氣，其中混合氣體中氧氣含量為20％～80％。
本發(fā)明的特點是1、這種反應(yīng)轟擊法去除的金剛石表面層厚度均勻且可以很薄，工藝過程易于控制。2、用反應(yīng)轟擊法加工的金剛石表面十分清潔、無劃痕，不破壞樣品，非常好地保持其完整性(防止了手工磨制容易造成樣品的損壞)。不平整的凸起部分活化能高，更容易通過化學(xué)反應(yīng)而去除。3、這種反應(yīng)轟擊法適合于人造金剛石表面改性如人造金剛石膜的表面改性工作，適合于裝飾之外的其他用途。4、用反應(yīng)轟擊法氧與碳化合產(chǎn)生的二氧化碳氣體易被去除(真空泵抽出)，不污染真空室。無毒、無害，不接觸酸堿及其他有害試劑，無損于操作者的安全與健康。彌補人在手工拋光過程中產(chǎn)生劃痕，降低拋光過程的難度及對操作者素質(zhì)的要求，大大提高了金剛石表面光潔度，從而為金剛石表面的亮度增強提供了一種新方法。
本發(fā)明的方法采用高能離子束轟擊樣品表面，高能離子與樣品表面原子發(fā)生碰撞與反應(yīng)，使金剛石表面被拋光，明顯地提高了表面光潔度。本發(fā)明具有工藝簡單、重復(fù)性好，大面積均勻，易于操作控制和推廣應(yīng)用。


圖1、2和3.本發(fā)明實施例1、2和3利用本發(fā)明方法轟擊后塊狀金剛石的微觀觀測分析圖。
圖4、5和6.一成品鉆戒的微觀觀測分析圖具體實施方式
實施例1采用中國科學(xué)院沈陽科學(xué)儀器研制中心的LBS-2離子減薄儀。將一塊金剛石放在托臺上，離子減薄儀的離子槍角度調(diào)節(jié)范圍是0～30°，采用離子束加工工藝，真空度10-2左右，離子槍操作電壓在3～4KV，離子槍操作電流在2～3mA，離子束流50μA左右，工作氣體為氬氣和氧氣，其中氬氣占50～60％，進行反應(yīng)轟擊后觀察(見圖1)。同時也觀察一成品鉆戒的微觀觀測分析(見圖4)。兩者進行對比，明顯可見塊狀金剛石經(jīng)過反應(yīng)轟擊后的平整、無劃痕的特征。
實施例2采用離子減薄儀。將一塊金剛石放在托臺上，離子減薄儀的離子槍角度調(diào)節(jié)范圍是0～30°，采用離子束加工工藝，真空度10-3Pa左右，離子槍操作電壓在6KV，離子槍操作電流在3mA，離子束流100左右μA，工作氣體為氬氣和氧氣，其中氬氣占30～50％，進行反應(yīng)轟擊后觀察(見圖2)。同時也觀察一成品鉆戒的微觀觀測分析(見圖5)。兩者進行對比，明顯可見塊狀金剛石經(jīng)過反應(yīng)轟擊后的平整、無劃痕的特征。
實施例3采用離子減薄儀。將一塊金剛石放在托臺上，離子減薄儀的離子槍角度調(diào)節(jié)范圍是0～30°，采用離子束加工工藝，真空度10-3Pa左右，離子槍操作電壓在8KV，離子槍操作電流在9mA，離子束流280左右μA，工作氣體為氬氣和氧氣，其中氬氣占10％，進行反應(yīng)轟擊后觀察(見圖3)。同時也觀察一成品鉆戒的微觀觀測分析(見圖6)。兩者進行對比，明顯可見塊狀金剛石經(jīng)過反應(yīng)轟擊后的平整、無劃痕的特征。
權(quán)利要求
1.一種改善金剛石表面光潔度的反應(yīng)轟擊方法，其特征是采用高能離子束轟擊金剛石表面，氣體為氧氣或氧氣和氬氣，其中混合氣體中氧氣含量為20％～80％。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的反應(yīng)轟擊方法，其特征是所述的采用高能離子束轟擊金剛石表面時的離子槍操作電壓在3～10KV，離子槍操作電流在2～10mA，離子束流50～300μA，真空度10-2～10-4Pa。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的反應(yīng)轟擊方法，其特征是所述的可改變角度的離子槍的角度調(diào)節(jié)范圍是0～30°。
全文摘要
本發(fā)明屬于離子束加工的領(lǐng)域，特別涉及改善金剛石表面光潔度的反應(yīng)轟擊方法。采用高能離子束轟擊金剛石表面，氣體為氧氣或氬氣和氧氣。高能離子與金剛石表面原子發(fā)生碰撞與反應(yīng)、金剛石表面原子能量增大到高于該原子的逸出功時，便飛離其表面，這樣就使金剛石表面不斷失去原子，其利用的是碰撞與化學(xué)反應(yīng)雙重作用，而不僅僅是機械沖刷作用，大大提高拋光的速度。本發(fā)明具有工藝簡單、重復(fù)性好，大面積均勻，易于操作控制和推廣應(yīng)用。本發(fā)明特點是利用離子轟擊與化學(xué)反應(yīng)進行拋光，提高金剛石表面光潔度，使金剛石表面亮度增強。
文檔編號B24B9/06GK1526515SQ0310513
公開日2004年9月8日 申請日期2003年3月5日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月5日
發(fā)明者韓勇, 李釩, 熊明, 韓 勇 申請人:中國地質(zhì)大學(xué)(北京)