[發明專利]實現金剛石膜球冠制備過程中基體均溫的裝置

無效

• 申請號: 200910138097.1
• 申請日: 2008-06-11
• 公開（公告）號: CN101580932A
• 公開（公告）日: 2009-11-18
• 發明（設計）人: 左敦穩;李多生;盧文壯;陳榮發;孫業斌
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 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任公司
• 代理人: 瞿網蘭

本申請是2008年6月11日申請的申請號為200810024384.5的專利申請的分案申請。

技術領域

本發明涉及一種金剛石膜制備技術及其裝置，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

眾所周知，直流等離子體化學氣相沉積(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，可應用于短波長光、紫外線的探測器等；高質量的金剛石膜具有良好的絕緣性，摻雜后可成為半導體材料，能制作高溫、高頻、高功率器件等。它的高散熱率、低摩擦系數和透光性，可作為軍用導彈的整流罩材料。美國空軍已開發采用金剛石曲面膜制備導彈整流罩，應用在新型高馬赫數導彈。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，由于金剛石膜生長機理的復雜性，我國有關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雜，研究起步的較晚，目前，國內還沒有人制備出高質量的金剛石膜球冠。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用價值，一般都應用于軍事領域，因此有關此方面的報道內容一般不公開，即使有報道，也不透露有關的技術內容。

金剛石膜球冠生長，基體是曲面的。目前采用的冷卻系統對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，導致膜的不均勻生長、較大的內應力及缺陷等。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域應用，如新型超高速導彈對窗口材料，大尺寸曲面導彈整流罩的應用等，這都制約了金剛石膜的應用。因此，金剛石膜球冠生長中基體的冷卻系統對金剛石膜球冠質量至關重要。

綜上所述，目前在制備金剛石膜球冠時，急需一種適應性強，制造方便，穩定可靠的新型冷卻系統來滿足制備高質量的金剛石膜球冠。

發明內容

本發明的目的是針對現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生長不均勻，影響成膜質量的問題，發明一種實現金剛石膜球冠制備過程中基體均溫的方法及裝置。

本發明的技術方案是：

一種實現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熱性能好的銅質基座上；

其次，在所述的銅質基座中設立循環冷卻水道，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而被循環冷卻水帶走；

最后，在沉積過程中，連續向所述的循環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基底壁或呈階梯圓環結構，或呈球面結構，所述的階梯圓環結構的包絡面及球面結構與基體的沉積面形狀相匹配，即它們或同為凹面結構，或同為凸面結構。

所述銅質基座的底壁上設有五個寬度相等的圓環狀階梯，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＝0.0001R²-0.0118R+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是指銅質基座底壁最外圓的臺階的高度。

一種實現金剛石膜球冠制備過程中基體均溫的裝置，包括銅質基座6，銅質基座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基座6為一中空的結構，其中安裝有循環水分配體2，循環水分配體2上設有進水孔3和出水孔4，在銅質基座6和循環水分配體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構或呈球面結構，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域，其對應處的壁厚越小。