[發明專利]通過CVD制作金剛石層的方法

在審

• 申請號: 201380064698.7
• 申請日: 2013-12-04
• 公開（公告）號: CN104937136A
• 公開（公告）日: 2015-09-23
• 發明（設計）人: C·S·J·皮克爾斯;C·沃特;J·布蘭登;N·珀金斯
• 申請（專利權）人: 六號元素技術有限公司
• 主分類號: C23C16/27
• 分類號: C23C16/27;C30B25/10;C30B29/04
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所 11038
• 代理人: 李英

發明領域

本發明的某些實施方案涉及使用微波等離子體化學氣相沉積(CVD)合成技術采用合成金剛石材料共形涂覆非平面和/或非耐火的基材的方法。本發明的某些另外的實施方案涉及非平面和/或非耐火的聚晶CVD合成金剛石部件，包括共形涂覆有高品質聚晶CVD合成金剛石材料的非平面和/或非耐火的部件。

發明背景

可使用各種方法生長合成CVD金剛石膜，包括熱絲、微波等離子體和DC電弧噴射反應器。這些方法中的每種具有其優點。DC電弧噴射沉積系統傾向于具有高的局部生長速率，但是經受電極/噴嘴侵蝕、高氣體消耗和相對差的面積覆蓋。熱絲反應器可涂覆大面積和三維形狀，但是具有有限的膜厚度并且具有相對差品質的金剛石材料。相比之下，微波等離子體CVD合成金剛石已被確立為用于制備平面的獨立的聚晶晶片形式的高品質、塊狀金剛石材料的主要方法。遺憾的是，由于微波電場與被涂覆的非平面基材或工件之間不利的相互作用，微波等離子體方法僅具有涂覆非平面基材的有限能力。受外部拐角處的電場集中或相反地內部拐角處的電場的薄弱的影響，難以制備甚至簡單的三維形狀例如工具插入件或揚聲器圓頂芯的涂層。電場的這種變化不利地影響了金剛石膜的品質和厚度兩者的均勻性。例如，迄今為止還沒有成功使用微波等離子體CVD反應器來共形涂覆切割工具插入件。在這樣的切割工具插入件的拐角處，高電場導致臨界切割邊緣的增厚和倒圓，從而使它們不適合它們預期的目的。

在熔點或熱沖擊方面為熱敏感的非耐火材料例如硅也在向在微波等離子體反應器中均勻涂覆發起挑戰，因為微波等離子體傾向于損壞非耐火的基材材料。

鑒于上述內容，所需要的是使用微波等離子體CVD金剛石合成技術來共形涂覆非耐火的基材和/或三維(即非平面)形狀例如切割工具插入件和揚聲器圓頂芯的方法，其將導致在基材材料表面上方均勻涂覆的高品質聚晶CVD金剛石材料而沒有在邊緣和拐角處的過度倒圓和增厚和/或沒有過度地損壞基材材料。

本發明的某些實施方案的目的是解決前述問題。

發明內容

根據本發明的第一方面，提供了使用微波等離子體化學氣相沉積(CVD)合成技術采用合成金剛石材料涂覆非耐火和/或非平面的基材的方法，該方法包括：

形成復合基材組件，該組件包含：

包含上表面的支撐基材；

布置在該支撐基材的上表面上方并且延伸至高于該支撐基材的上表面的高度h_g的一個或多個導電耐火防護物；和

布置在該支撐基材的上表面上方并且延伸至高于該支撐基材的上表面的高度h_s的一個或多個非耐火的和/或非平面的基材，其中高度h_s小于高度h_g，其中高度差h_g－h_s處于0.2mm至10mm范圍內；

將復合基材組件置于微波等離子體CVD反應器的等離子體室內；

將工藝氣體供給到等離子體室中，包括含碳氣體和含氫氣體；

在等離子體室中供給微波以在該復合基材組件上方的位置處形成微波等離子體；和

在該一個或多個非耐火和/或非平面的基材上生長合成金剛石材料。

根據本發明的第二方面，提供了復合部件，其包含：

非平面基底：

和該非平面基底表面上的聚晶CVD合成金剛石涂層，

其中該非平面基底具有在投影到平面上時不小于5mm的最長線性尺寸，

其中該聚晶CVD合成金剛石涂層具有5至100μm范圍內的厚度,

其中該聚晶CVD合成金剛石涂層的厚度變化不大于該聚晶CVD合成金剛石涂層的平均厚度的75％，排除在該聚晶CVD合成金剛石涂層的外圍邊緣處的任何逐漸變細，

其中該聚晶CVD合成金剛石涂層包含表明微波等離子體CVD合成技術的低sp2碳含量和微米級的共生的金剛石晶粒，和

其中該聚晶CVD合成金剛石涂層沒有長度延伸大于2mm的裂紋。

附圖簡要說明

為了更好地理解本發明并且顯示可如何實施本發明，現在將僅參考附圖通過舉例來描述本發明的實施方案，其中：

圖1說明了用于本發明的復合基材組件的橫截面視圖；

圖2說明了在圖1中顯示的復合基材組件的俯視圖；

圖3說明了根據本發明的另一個實施方案的復合基材組件的橫截面視圖；

圖4說明了在圖3中顯示的復合基材組件的俯視圖；

圖5說明了包含如在圖3和4中說明的復合基材組件的微波等離子體CVD反應室；