专利名称：直流电弧喷射沉积金刚石装置的制作方法
技术领域：
本实用新型为一种直流电弧喷射沉积金刚石装置，涉及低压气相法合成金刚石技术。
现有直流电弧喷射沉积金刚石装置由真空室、装在真空室顶部或外壁上的喷射装置以及镀膜基底组成。喷射装置主要包括由喷枪体支承的阴极和阳极，放电在阴极和阳极之间进行，放电气体和原料气体可以从阴极和阳极之间、阳极上开孔、阴极上开孔或阳极之外等几种途径进入放电形成的等离子体射流，从而发生合成金刚石的化学反应。这种装置由于电弧放电的阴极和阳极直接相对，放电间距短，原料气体通过放电区的反应时间短，不利于原料的充分利用。而且电弧斑点移动的面积范围大，不利于电弧的稳定，常需采用较大的放电气体流量，用高速气流将电弧斑点稳定在电弧放电区中心。
本实用新型为了克服上述不足，提供了一种阴极和阳极之间装有屏蔽罩，且屏蔽罩底部装有屏蔽喷嘴的直流电弧喷射沉积金刚石装置。这种装置中阴极电位降较低的电弧工作气体从屏蔽喷嘴和其围绕的电极之间进入电弧放电区。
这种直流电弧喷射沉积金刚石装置由真空室、装在真空室上的带由喷枪体支承的阴极、阳极的喷射装置及镀膜基底组成，阴极和阳极之间装有一个以上屏蔽罩，屏蔽罩底部装有屏蔽喷嘴，屏蔽罩也可为夹层水冷型，阳极和屏蔽喷嘴的内孔直径为5～20mm，真空室压力为2.7kPa～200Pa，原料气体包括含氢气体、含氧气体和含碳气体，工作气体为惰性气体如氩气、氦气等，用于沉积金刚石颗粒的成核材料直径在0.5～500微米之间，屏蔽喷嘴的材料为石墨或铜。
本实用新型的特点是由于阴极和阳极之间装有屏蔽罩，屏蔽罩底部装有屏蔽喷嘴，该屏蔽喷嘴有约束电弧等离子体和稳定电极上的电弧斑点的作用，从而不需要很大原料气体流量，原料气体通过电弧放电区距离长，因此沉积金刚石效果好。
本实用新型的具体结构由附
图1、2、3、4、5、6给出。
图1为装有喷射装置及平面镀膜基底的直流电弧喷射沉积金刚石装置主视示意图。
图2为装有喷射装置及平面镀膜基底的直流电弧喷射沉积金刚石装置俯视示意图。
图3为装有喷射装置及曲面镀膜基底的直流电弧喷射沉积金刚石装置示意图。
图4为装有喷射装置及喷腾床凹槽基底的直流电弧喷射沉积金刚石装置示意图。
图5为阴极和阳极之间装有一个屏蔽罩的喷射装置。
图6为阴极和阳极之间装有二个夹层水冷型屏蔽罩的喷射装置。
图中主要结构为真空室1、喷枪体2、阳极3、阴极4、镀膜基底5、喷射装置6、屏蔽罩7、屏蔽喷嘴8、阳极内孔9、屏蔽喷嘴内孔10。
以下结合附图对本实用新型加以详细说明。
这种直流电弧喷射沉积金刚石装置，由真空室1、装在真空室上的带由喷枪体2支承的阴极4、阳极3的喷射装置6及镀膜基底5组成，阴极和阳极之间装有一个以上屏蔽罩7，屏蔽罩底部装有屏蔽喷嘴8，屏蔽罩也可为夹层水冷型。现给出四个实施例子。
一、一个真空室1装有一个喷射装置6的直流电弧喷射沉积金刚石装置，该真空室的内壁直径为450mm，高450mm。金刚石在一个不旋转的水冷的平面钼镀膜基底5上生长，基底直径不小于50mm，该装置的放电阴极4由纯钨制成，接电源负极，阳极3由高纯石墨制成，接电源正极。屏蔽喷嘴内孔10直径为5mm，阳极内孔9的直径为8mm，屏蔽喷嘴及屏蔽罩的材料为铜，屏蔽喷嘴靠螺纹连接在屏蔽罩底部。镀膜前先将基底进行以下处理用洗涤剂去除油污；用混酸腐蚀掉基底表面的氧化层；用超声清洗机进行抛光处理；用乙醇脱水并干燥。合成金刚石时先将真空室抽到要求的背景压力30Pa，然后充入工作气体氩气，流量为0.26m3／h，并用高频高压电脉冲在阴极、屏蔽喷嘴和阳极之间引起电弧，随即在屏蔽罩和阳极之间充入原料气体，其中氢气流量500cm3／min，甲烷流量25cm3／min；反应时压力为2.7kPa，反应2小时后关掉电弧电源、所有气体，待真空室冷却后取出金刚石薄膜。
二、一个真空室装有四个其屏蔽罩为夹层水冷型的喷射装置的直流电弧喷射沉积金刚石装置，该真空室的内壁直径为700mm，高450mm。金刚石在一个旋转的、不水冷的平面钼基底上生长，基底直径不小于250mm。实验参数如下氩气流量1.0m3／h，氢气流量2000cm3／min，甲烷流量100cm3／min；真空室背景压力30Pa，反应压力时为50kPa，反应时间2小时。实验前需将屏蔽罩夹层内一端通冷却水，此冷却水在冷却中从另一端流出，实现循环冷却。
三、一个真空室装有7个喷射装置的直流电弧喷射沉积金刚石装置合成曲面金刚石薄膜实例，该真空室的内壁直径为700mm，高为700mm。金刚石薄膜在一个旋转的、水冷的锥形曲面铜基底上生长，基底底部直径250mm，高300mm。具体实验参数如下氩气流量为1.75m3／h，氢气流量为3500cm3／min，甲烷流量为175cm3／min；真空室背景压力30Pa，反应时压力为70kPa，反应时间2小时。
四、以喷腾床方式合成金刚石颗粒的直流电弧喷射装置，该真空室的内壁直径为450mm，高500mm，在真空室上部的一个圆的圆心和圆周上可以安装一个至四个喷射装置。在真空室的下部安装有一个钼制成的、旋转的凹槽，直径220mm。凹槽里装有20克钨粉，粉的平均规格为10微米。在电弧等离子体射流的吹动下，钨粉不断地跳动和滚动，形成喷腾床，钨粉上生长出金刚石层，最后颗粒直径平均达到60微米。具体实验参数如下氩气流量1.0m3／h，氢气流量2000cm3／min，甲烷流量100cm3／min；真空室背景压力30Pa，反应时压力为50kPa，反应时间2小时。
权利要求1.一种直流电弧喷射沉积金刚石装置，由真空室1、装在真空室1上的带由喷枪体2支承的阴极4、阳极3的喷射装置6及镀膜基底5组成，其特征在于阴极4和阳极3之间装有一个以上屏蔽罩7；屏蔽罩7底部装有屏蔽喷嘴8。
2.如权利要求1所述的直流电弧喷射沉积金刚石装置，其特征在于屏蔽罩7为夹层水冷型。
3.如权利要求1所述的直流电弧喷射沉积金刚石的装置，其特征在于沉积金刚石薄膜的镀膜基底5为曲面。
4.如权利要求1所述的一种直流电弧喷射沉积金刚石的装置，其特征在于沉积金刚石颗粒的镀膜基底5为喷腾床凹槽。
专利摘要一种直流电弧喷射沉积金刚石的装置，由真空室、装在真空室上的带由喷枪体支承的阴极、阳极的喷射装置及镀膜基底组成，阴极和阳极之间装有一个以上屏蔽罩，屏蔽罩底部装有屏蔽喷嘴，该屏蔽喷嘴有约束电弧等离子体和稳定电极上的电弧斑点的作用，从而不需要很大原料气体流量，原料气体通过电弧放电区距离长，这种装置沉积金刚石效果好。
文档编号C23C16/26GK2139581SQ92236738
公开日1993年8月4日 申请日期1992年10月26日 优先权日1992年10月26日
发明者李荣志, 丁洪生, 朱鹤孙, 阎震 申请人:北京理工大学