[發(fā)明專利]實現(xiàn)金剛石膜球冠制備過程中基體均溫的方法及裝置

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200810024384.5
• 申請日: 2008-06-11
• 公開（公告）號: CN101285176A
• 公開（公告）日: 2008-10-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 左敦穩(wěn);李多生;盧文壯;陳榮發(fā);孫業(yè)斌
• 申請（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號: C23C16/27
• 分類號: C23C16/27;C23C16/52
• 代理公司: 南京天華專利代理有限責(zé)任公司
• 代理人: 瞿網(wǎng)蘭

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種金剛石膜制備技術(shù)及其裝置，尤其是一種控制球冠狀金剛石膜制備過程中溫度均勻性的方法，具體地說是一種實現(xiàn)金剛石膜球冠制備過程中基體均溫的方法及裝置。

背景技術(shù)

眾所周知，直流等離子體化學(xué)氣相沉積(DCPCVD)生長金剛石膜具有耐腐蝕、抗輻射、透光性好、抗沖擊性能好、自潤滑性能好等優(yōu)異的綜合性能。高純的金剛石膜對紅外光及可見光具有良好的透光性能，可應(yīng)用于短波長光、紫外線的探測器等；高質(zhì)量的金剛石膜具有良好的絕緣性，摻雜后可成為半導(dǎo)體材料，能制作高溫、高頻、高功率器件等。它的高散熱率、低摩擦系數(shù)和透光性，可作為軍用導(dǎo)彈的整流罩材料。美國空軍已開發(fā)采用金剛石曲面膜制備導(dǎo)彈整流罩，應(yīng)用在新型高馬赫數(shù)導(dǎo)彈。并取得巨大成功。我國也把CVD合成金剛石膜列入國家“863”計劃，投入大量人力和財力進行研究開發(fā)，由于金剛石膜生長機理的復(fù)雜性，我國有關(guān)這方面的研究和國外相比還有較大的差距。

相對于平面金剛石膜，金剛石膜球冠生長機理更復(fù)雜，研究起步的較晚，目前，國內(nèi)還沒有人制備出高質(zhì)量的金剛石膜球冠。近些年來美、日及歐洲的一些國家開始對金剛石膜球冠的形成機理和沉積工藝進行了一些研究。但由于金剛石膜球冠具有重要的軍事應(yīng)用價值，一般都應(yīng)用于軍事領(lǐng)域，因此有關(guān)此方面的報道內(nèi)容一般不公開，即使有報道，也不透露有關(guān)的技術(shù)內(nèi)容。

金剛石膜球冠生長，基體是曲面的。目前采用的冷卻系統(tǒng)對CVD法制備的金剛石膜基體的冷卻存在一些問題：如由于基體表面溫度場的不均勻性一直未能很好地被解決，導(dǎo)致膜的不均勻生長、較大的內(nèi)應(yīng)力及缺陷等。使得金剛石膜的斷裂強度、紅外特性、透光性較差。不能滿足國防航空領(lǐng)域應(yīng)用，如新型超高速導(dǎo)彈對窗口材料，大尺寸曲面導(dǎo)彈整流罩的應(yīng)用等，這都制約了金剛石膜的應(yīng)用。因此，金剛石膜球冠生長中基體的冷卻系統(tǒng)對金剛石膜球冠質(zhì)量至關(guān)重要。

綜上所述，目前在制備金剛石膜球冠時，急需一種適應(yīng)性強，制造方便，穩(wěn)定可靠的新型冷卻系統(tǒng)來滿足制備高質(zhì)量的金剛石膜球冠。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有的金剛石球冠制備過程中因中心與邊緣溫差較大而易出現(xiàn)生長不均勻，影響成膜質(zhì)量的問題，發(fā)明一種實現(xiàn)金剛石膜球冠制備過程中基體均溫的方法及裝置。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種實現(xiàn)金剛石膜球冠制備過程中基體均溫的方法，其特征是：

首先，將需沉積金剛石膜球冠的基體置于一導(dǎo)熱性能好的銅質(zhì)基座上；

其次，在所述的銅質(zhì)基座中設(shè)立循環(huán)冷卻水道，并控制與基體相接觸的基座壁的厚度，使所述基座壁的厚度與基體的溫度分布成反比，即基體上溫度越高的位置處所對應(yīng)的基座的壁厚越小，以使基體溫度高處的熱量能更多地通過基座壁傳導(dǎo)而被循環(huán)冷卻水帶走；

最后，在沉積過程中，連續(xù)向所述的循環(huán)冷卻水道中注入冷卻水，使基體的沉積面的溫差控制在0.6％～1.5％之間。

所述的與基體相接觸處的銅質(zhì)基底壁或呈階梯圓環(huán)結(jié)構(gòu)，或呈球面結(jié)構(gòu)，所述的階梯圓環(huán)結(jié)構(gòu)的包絡(luò)面及球面結(jié)構(gòu)與基體的沉積面形狀相匹配，即它們或同為凹面結(jié)構(gòu)，或同為凸面結(jié)構(gòu)。

所述銅質(zhì)基座的底壁上設(shè)有五個寬度相等的圓環(huán)狀階梯，五個階梯的高度分別為h1＝0.0004R+1.3563，h2＝-0.0001R²+0.0046R+1.8674，h3＝-0.0051R+2.8717，h4＝-0.0027R+3.9076，h5＝0.0001R?²-0.0118R+5.1713，其中R為沉積體表面曲率半徑；如果沉積基體的表面為上凸形，則h1是指銅質(zhì)基座底壁中心臺階的高度，如果沉積基體的表面為下凹形，則h1是指銅質(zhì)基座底壁最外圓的臺階的高度。

一種實現(xiàn)金剛石膜球冠制備過程中基體均溫的裝置，包括銅質(zhì)基座6，銅質(zhì)基座6的上表面與沉積基體1的下表面相接觸，其特征是所述的銅質(zhì)基座6為一中空的結(jié)構(gòu)，其中安裝有循環(huán)水分配體2，循環(huán)水分配體2上設(shè)有進水孔3和出水孔4，在銅質(zhì)基座6和循環(huán)水分配體2之間形成有冷卻水腔5，冷卻水腔5的與沉積基體1相接觸的底壁或呈階梯結(jié)構(gòu)或呈球面結(jié)構(gòu)，且底厚的厚度分布與沉積基體上表面溫度分布成反比，即沉積基體上表面溫度越高的區(qū)域，其對應(yīng)處的壁厚越小。