[發(fā)明專利]電弧等離子體炬用引燃?xì)怏w分配環(huán)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010148464.2
• 申請日: 2020-03-05
• 公開（公告）號: CN111206233A
• 公開（公告）日: 2020-05-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊衛(wèi)正
• 申請（專利權(quán)）人: 楊衛(wèi)正
• 主分類號: C23C16/27
• 分類號: C23C16/27;C23C16/503
• 代理公司: 天津企興智財(cái)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 12226
• 代理人: 陳雅潔

本發(fā)明的電弧等離子體炬用引燃?xì)怏w分配環(huán)，具有上環(huán)體、中環(huán)體和下環(huán)體；所述上環(huán)體的上表面呈具有凹凸結(jié)構(gòu)的異形面，能夠與絕緣套的下端面匹配，所述下環(huán)體的下表面具有與其外部陽極匹配壓緊的圓錐面；所述中環(huán)體上繞軸均勻開設(shè)有若干切向孔，所述切向孔將流經(jīng)分配環(huán)環(huán)體之外的氣流導(dǎo)入分配環(huán)環(huán)體之內(nèi)流出。本發(fā)明獨(dú)立于絕緣套并單獨(dú)固定于絕緣套底部，能夠?yàn)闅怏w提供平穩(wěn)的出氣分配結(jié)構(gòu)，形成長期穩(wěn)定的旋轉(zhuǎn)氣流，提高了電弧和電壓的穩(wěn)定性，尤其適用于金剛石材料的沉積制備。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及化學(xué)氣相沉積設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種電弧等離子體炬用引燃?xì)怏w分配環(huán)，特別適用于金剛石涂層和金剛石膜的制備。

背景技術(shù)

等離子體炬是用于氣相沉積制備單晶材料、多晶材料或薄膜材料的一種重要裝置。電弧等離子體炬是該類裝置的具體類型之一，其結(jié)構(gòu)一般具有一個(gè)陰極以及至少一個(gè)陽極，陰極和陽極之間通過施加直流電壓以及高頻高壓能夠形成電弧，至少一個(gè)相鄰的電極之間具有進(jìn)氣通道，進(jìn)氣通道的出氣端設(shè)有能夠使氣體形成旋轉(zhuǎn)氣流的結(jié)構(gòu)，旋轉(zhuǎn)氣流推動電弧陽極斑點(diǎn)高速旋轉(zhuǎn)形成旋轉(zhuǎn)電弧，使等離子體均勻沉積。

在現(xiàn)有的電弧等離子體炬中，進(jìn)氣通道一般設(shè)置于絕緣套內(nèi)，促使氣體形成旋轉(zhuǎn)氣流的出氣端直接設(shè)置于絕緣套上，即出氣端即為絕緣套底部結(jié)構(gòu)的一部分，由于絕緣套長期在高溫使用下可能會因老化等原因產(chǎn)生結(jié)構(gòu)變形，因此容易使得絕緣套底部的出氣端結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，從而使得形成的旋轉(zhuǎn)氣流不穩(wěn)定，直接影響到電弧及電壓的穩(wěn)定，從而導(dǎo)致沉積材料發(fā)生純度降低等不良品質(zhì)。

采用電弧等離子體炬可以制備多晶金剛石和單晶金剛石或薄膜材料，具有優(yōu)異的物理性能，還具有很高的強(qiáng)度，可以制作大尺寸膜片，在機(jī)械，電子，光學(xué)等方面廣泛應(yīng)用。但現(xiàn)有的電弧等離子體炬出氣結(jié)構(gòu)限制了金剛石品質(zhì)、性能的進(jìn)一步提升。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種電弧等離子體炬用引燃?xì)怏w分配環(huán)，獨(dú)立于絕緣套并單獨(dú)固定于絕緣套底部，能夠?yàn)闅怏w提供平穩(wěn)的出氣分配結(jié)構(gòu)，形成長期穩(wěn)定的旋轉(zhuǎn)氣流，提高了電弧和電壓的穩(wěn)定性，尤其適用于金剛石材料的制備。

本發(fā)明的電弧等離子體炬用引燃?xì)怏w分配環(huán)，具有上環(huán)體、中環(huán)體和下環(huán)體；所述上環(huán)體的上表面呈具有凹凸結(jié)構(gòu)的異形面，能夠與絕緣套的下端面匹配，所述下環(huán)體的下表面具有與其外部陽極匹配壓緊的圓錐面；所述中環(huán)體上繞軸均勻開設(shè)有若干切向孔，所述切向孔將流經(jīng)分配環(huán)環(huán)體之外的氣流導(dǎo)入分配環(huán)環(huán)體之內(nèi)流出。

其中，所述氣體分配環(huán)可以分體設(shè)計(jì)，也可以一體成型設(shè)計(jì)，材質(zhì)為絕緣膠木或者玻璃絲布板等。

其中，所述上環(huán)體具有最小內(nèi)徑的內(nèi)壁能夠與套裝于其內(nèi)部的電極間隙配合，所述下環(huán)體具有最大外徑的外壁能夠與套裝于其外部的電極間隙配合。

其中，所述異形面的形態(tài)包括但不限于梯形面或者凹槽面等。

其中，所述切向孔的開孔方向與該孔在所在圓上對應(yīng)的半徑方向呈70°-90°夾角，優(yōu)選呈90°夾角。所述切向孔的數(shù)量為3-24個(gè)，所述切向孔的直徑為0.5-8.0mm。切向孔可以是直孔，孔徑也可以沿氣流方向由大變小。切向孔的孔道一般情況下設(shè)置于同一水平面上，在一些實(shí)例中，切向孔的孔道也可以沿切向方向傾斜設(shè)置，即切向孔的孔道軸線與分配環(huán)環(huán)體軸線呈一定的夾角，角度以50°-90°(不含90°)為佳。

所述分配環(huán)環(huán)體之外具有與切向孔連通的進(jìn)氣導(dǎo)流道，所述進(jìn)氣導(dǎo)流道呈環(huán)形。所述進(jìn)氣導(dǎo)流道可以由上環(huán)體和中環(huán)體的外壁與第一陽極的側(cè)壁共同圍合而成，也可以由上環(huán)體和中環(huán)體的外壁與下環(huán)體向上延伸的部分凸起結(jié)構(gòu)共同圍合而成。

所述分配環(huán)環(huán)體之內(nèi)具有與切向孔連通的出氣導(dǎo)流道，所述出氣導(dǎo)流道呈環(huán)形。所述出氣導(dǎo)流道可以由陰極和下環(huán)體的內(nèi)壁共同圍合而成，下環(huán)體的內(nèi)壁結(jié)構(gòu)可以根據(jù)需要設(shè)計(jì)為圓柱面、曲面、斜面、或者凹凸面等不同的形態(tài)。