单晶金刚石刀具是现代高精密加工领域的关键工具,具有极高的硬度、热稳定性和化学惰性。其可用于高速切削、磨削、磨光等加工过程,被广泛应用在汽车零部件、航空航天零部件、电子元器件等高精度加工领域。随着此类行业的蓬勃发展,单晶金刚石刀具有十分广阔的市场,且目前天然金刚石刀具的产能已经远远满足不了日常的生产需求。由于天然金刚石刀具生产成本较高,人工生长金刚石的单晶刀具毛坯已经迫在眉睫。MPCVD法可实现高质量、大规模生长金刚石单晶刀具毛坯制造。相比其他金刚石生长技术,MPCVD具有缺陷密度低、单晶性能好、生产成本较低等优势。在生长单晶金刚石的化学气相沉积过程中采用高纯度的反应气体,可以减少杂质的污染,使得金刚石晶体的纯度更高。为实现大规模生长金刚石单晶刀具毛坯,本实验计划对现有的MPCVD设备进行了仿真优化,试图获得更大的等离子体激发电场获得更大的金刚石有效生长面积,提高设备的生长效率。本文通过有限元电磁仿真软件进行电场分布仿真设计,优化了圆柱腔的结构,将金刚石有效生长直径由54 mm提升至60 mm,有效的提升了金刚石的有效生长面积,提高设备的长晶效率。依据仿真数据的尺寸数据进行加工反应腔体,通过控制需求对设备的自动控制程序的编写,生产组装出可以实现无人值守的MPCVD设备。通过该圆柱腔MPCVD设备,采用6 k W、2150 MHz的德国进口微波源,探究最适合的生长温度和甲烷、氮气的生长条件,获得了具有高质量和优良性能的单晶金刚石刀具毛坯。