CN109722646A - 制备金刚石涂层的热丝架及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种制备金刚石涂层的热丝架及装置。该热丝架包括两左电极、两右电极，及连接位于同一水平面的所述左电极及与所述右电极的两电热丝组，所述两左电极在第一方向上相互平行，所述两右电极在第一方向上相互平行，所述两电热丝组在第二方向上相互平行，所述第一方向与所述第二方向相互垂直。如此，采用该热丝架可对金属基片的两表面同时制备金刚石涂层。
Description
技术领域
本发明涉及化学气相沉积金刚石膜领域，具体涉及一种金刚石涂层制备装置及其热丝架。
背景技术
金刚石是硬度最高的固体物质，性能稳定，耐磨，但却难以加工成各种所需的零件和制品。采用化学气相沉积法制备金刚石涂层，可使金刚石性能得到充分利用。而热丝法又是化学气相沉积法中较为常见的一种方法。
热丝法制备金刚石涂层通常需要采用多根热丝组成的热丝阵列来实现，缓和反应气体由反应室中的进气口从上部流向热丝阵列，经高温热丝加热，部分反应气体分解成碳活性基团和原子氢。这些碳活性基团和原子氢流向衬底，在一定的工艺条件下在衬底的表面上沉积成金刚石涂层。
然而，目前热丝法制备金刚石涂层所采用的电极均为沿同一方向排布的二维热丝阵列。如此，经热丝分解生成的含炭活性基团和原子氢绝大部分沉积在衬底工件的上表面，在衬底工件的侧面有少量沉积，在衬底工件的下表面可能出现无沉积的情况。即，一次只能在衬底工件的一个面上沉积，这样必影响衬底工件金刚石涂层的制备效率。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种可同时对衬底工件的至少两个面同时进行沉积的制备金刚石涂层的热丝架，以解决上述问题。
此外，为了解决上述问题，还有必要提供一种利用上述热丝架制备金刚石涂层的装置。
为达到上述目的，本发明所提供的制备金刚石涂层的热丝架，包括两左电极、两右电极，及连接位于同一水平面的所述左电极及与所述右电极的两电热丝组，所述两左电极在第一方向上相互平行，所述两右电极在第一方向上相互平行，所述两电热丝组在第二方向上相互平行，所述第一方向与所述第二方向相互垂直。
在一实施方式中，所述每一右电极远离所述左电极的一侧上设置有支撑架，所述支撑架通过绝缘件与所述右电极相连；每一电热丝组包括多个相互平行的电热丝，每一所述电热丝包括第一端及与所述第一端正对的所述第二端，所述第一端固定在所述左电极上，所述第二端经过所述右电极固定在所述支撑架上。
在一实施方式中，所述右电极开设有容纳所述电热丝的开槽，所述电热丝的第二端通过所述开槽固定在所述支撑架上。
在一实施方式中，所述支撑架上设有高温弹簧，所述第二端穿过所述开槽固定在所述高温弹簧的一端，所述高温弹簧的另一端固定在所述支撑架上。
在一实施方式中，所述支撑架与水平面的夹角为30°。
在一实施方式中，所述热丝架还包括用于支撑所述左电极以及支撑所述右电极的至少两电极支柱。
在一实施方式中，所述加热丝为钽丝。
在一实施方式中，所述左电极与右电极为钼电极。
为达到上述目的，本发明所提供制备金刚石涂层的装置，包括上述任意实施例所提供的热丝架。
在一实施方式中，所述制备金刚石涂层的装置还包括置于所述相互平行的两电热丝组之间的金属承载组件。
在一实施方式中，所述制备金刚石涂层的装置还包括置于所述相互平行的两电热丝组之间的金属承载组件，所述金属承载组件包括重叠设置的两夹片及加紧螺丝，其中，待进行制备金刚石涂层的金属基片通过所述夹片与所述加紧螺丝放置在相互平行的两所述电热丝组之间。
在一实施方式中，所述金属承载组件包括用于支撑所述夹片的至少一支架及与所述支架相连的一基片托盘。
在一实施方式中，所述制备金刚石涂层的装置还包括一升降台，所述升降台与所述基片托盘固定连接便通过控制升降台升或降可调节夹设在两所述夹片之间的金属基片在两电热丝组之间的高度。
在一实施方式中，所述制备金刚石涂层的装置还包括电极支撑组件，所述电极支撑组件与每一所述铜电极支柱相连，用于支撑每一所述铜电极支柱。
在一实施方式中，所述电极支撑组件包括过渡铜支撑柱以及用于支撑所述过渡铜支撑柱的水冷铜电极支柱，所述过渡铜支撑柱与所述铜电极支柱相连，所述水冷铜电极支柱为中空结构，能涌入流动的降温液体。
本发明所提供的制备金刚石涂层的热丝架及设备，因在金属基片正对的两侧都设置有电热丝，如此，可在金属基片双面同时沉积金刚石薄膜。此外，出气口与金属基片相垂直，可使气体流动方向与金属基片表面相垂直，提高金刚石生长所需的活性炭原子基团或氢原子与金属基片表面的接触面积。再者，由于是在金属基片正对的两侧同时制备金刚石涂层，故此，在该过程中所产生的热应力相互抵消，可避免金属基片发生弯曲变形。
附图说明
图1为本发明一实施方式中制备金刚石涂层的热丝架的立体结构示意图。
图2为本发明一实施方式中制备金刚石涂层的装置的剖视图。
图3为图2所示的制备金刚石涂层的装置的金属承载组件的另一视角的示意图。
图4为图2所示的制备金刚石涂层的装置的电极支撑组件的放大示意图。
具体实施方式
请参见图1，所示为本发明一实施例中制备金刚石涂层的热丝架的立体结构示意图。
如图1所示，该制备金刚石涂层的热丝架100包括两左电极13、两右电极 14、以及两电热丝组10。其中，每一电热丝组10用于连接位于同一水平面的所述左电极13及与所述右电极14。每一电热丝组10包括多条平行设置的电热丝 101。在本实施方式中，所述两左电极13在第一方向上相互平行，所述两右电极14也在第一方向上相互平行，所述两电热丝组10在第二方向上相互平行。所述第一方向与所述第二方向相互垂直。在本实施方式中，所述第一方向为垂直方向，所述第二方向为水平方向。
当需要在一金属基片(图未示)的表面制备金刚石涂层时，将该金属基片放置在相互平行的两热丝组10之间，如此，该金属基片正对的两外表面各自朝向一热丝组10，即该热丝架100一次可同时对该金属基片的两侧进行金刚石涂层的制备。提高加工的效率。
所述热丝架100还包括有至少一支撑架5。在本所述方式中，热丝架100包括2个所述支撑架5。所述支撑架5设置在所述左电极13或右电极14的外侧。所述外侧为所述左电极13远离所述右电极14的一侧，及所述右电极14远离所述左电极13的一侧。
在本实施方式中，每一所述右电极14的外侧即每一所述右电极远离所述左电极的一侧上设置有支撑架5。在本实施方式中，该支撑架5为有一开口的框架件。所述右电极14设置在所述支撑架5的开口位置处。具体的，所述支撑架5 通过绝缘件与所述右电极14相连。在本实施方式中，该绝缘件为陶瓷绝缘片。在其他实施方式中，该绝缘件可为橡胶或塑料绝缘片等。每一电热丝组10包括多个相互平行的电热丝101。在本实施方式中，该多个电热丝101等距的间隔开，其中，任意相邻两电热丝101之间的距离为5-8毫米。每一所述电热丝101包括第一端102及与所述第一端102正对的所述第二端103，所述第一端102固定在所述左电极13上，所述第二端103通过所述右电极14固定在所述支撑架5上。在本实施方式中，所述第一端102通过螺母XX固定到所述左电极13上。所述右电极14上开设有用于容纳所述电热丝的开槽15，所述电热丝101的第二端 103通过所述开槽15固定在所述支撑架5上。在本实施方式中，该开槽15为弧形槽。
在本实施方式中，所述支撑架5上设有弹簧4。在本实施方式中，该弹簧4 为高温弹簧。所述电热丝101的第二端103穿过所述开槽15固定在所述高温弹簧4的一端，所述高温弹簧4的另一端固定在所述支撑架5上。具体的，所述支撑架5上开设有固定所述高温弹簧4用的开孔XX。通过借助高温弹簧的弹性拉力，可以调节电热丝101的长度。如此，可避免电热丝101在通电加热后发生形变而影响与相邻热丝的间距，从而确保相邻的热丝之间的相互平行。
在本实施方式中，所述支撑架5与水平面之间存在一定的夹角。优选地，该夹角为30°。
此外，在本实施方式中，该热丝架100还包括用于支撑所述左电极13以及支撑所述右电极14的至少两电极支柱6。其中，至少一电极支柱6用于支撑两左电极13，至少一电极支柱6用于支撑两右电极14。在本实施方式中，该热丝架100包括四个电极支柱6。每两个电极支柱6用于支撑两左电极13或两右电极14。具体的，所述左电极13与右电极14与所述电极支柱6相连的两末端上设置有容纳所述电极支柱6的容纳孔。当所述电极支柱6收容在该容纳孔内时，所述电极支柱6与电极固定连接。此外，所述电极支柱6的末端还可通过螺帽 16锁固于电极上。
在本实施方式中，所述电热丝101为钽丝。所述左电极13与右电极14为钼电极。
请参见图2，所示为本发明一实施方式中制备金刚石涂层的装置200(以下简称装置200)的剖视图。该装置200包括本发明上述任意一实施例所提供的热丝架100。此外，该装置还包括金属承载组件201。该金属承载组件201部分地放置在相互平行的所述两电热丝组10之间。
如图2所示，该金属承载组件201包括重叠设置的两夹片8及加紧螺丝7。一待进行制备金刚石涂层的金属基片通过所述夹片8与所述加紧螺丝7放置在相互平行的两所述电热丝组10之间。
在一实施方式中，所述金属承载组件201包括用于支撑所述夹片8的至少一支架9及与所述支架9相连的一基片托盘3。在本实施方式中，所述金属承载组件201包括两个支架9。
请一并参见图3，所示为所述金属承载组件201的另一视角的示意图。如图 3所示，所述支架9大致呈L形。其中，一夹片8通过焊接的方式固定在所述支架9远离所述基片托盘3的末端上，另一夹片8可自由活动，通过加紧螺丝7 固定到所述支架9的末端上。通过调节所述加紧螺丝7，可将金属基片夹紧在所述两夹片8之间并固定到所述支架9的末端上。
在本实施方式中，所述夹片8、所述加紧螺丝7、所述支架9由金属钼制成；所述基片托盘3由金属铜制成。当然，所述夹片8、所述加紧螺丝7、所述支架 9及所述基片托盘3可由其他金属制成。
请再次参见图2，所述装置200还包括一升降台11。该升降台11与所述基片托盘3固定连接。不难理解，通过控制升降台11升或降可调节夹设在两所述夹片8之间的金属基片在两电热丝组10之间的高度。
此外，所述装置200还包括两气孔2。每一所述气孔2分别位于每一所所述电热丝组10的外侧。需要说明的是，此处所说的外侧为两所述电热丝组10远离彼此的一侧。当需要沉积金刚石涂层时，通过两气孔2通入所需的混合气体，且该气体的方法与金属基片的表面垂直。故此，可提高金刚石涂层制备的质量。在本实施方式中，所通入的气体可以为氢气(H2)、甲烷(CH4)、3,3',5,5'-四甲基联苯胺(TMB)的混合气体。可以理解的，在其他实施方式中，为了将制备金刚石涂层的效率提高到更快，可设置多个气孔2。
请一并参见图4，所述装置200还包括电极支撑组件202。所述电极支撑组件202与每一所述铜电极支柱6相连，用于支撑每一所述铜电极支柱6。
所示为电极支撑组件202的放大示意图。该电极支撑组件202包括一过渡铜支撑柱17以及用于支撑所述过渡铜支撑柱17的一水冷铜电极支柱1。所述过渡铜支撑柱17与所述铜电极支柱6相连，由特制的铜制成。所述水冷铜电极支柱1与外部电源相连通。
在本实施方式中，所述过渡铜支撑柱17与所述铜电极支柱6、及水冷铜电极支柱1通过螺纹连接固定。所述铜电极支柱6、所述水冷铜电极支柱1与所述过渡铜支撑柱17相连的末端上设置有螺纹凹槽(图未示)，所述过渡铜支撑柱 17的两末端上设有与该螺纹凹槽相配合的螺纹。通过螺纹凹槽与螺纹的相互配合实现所述过渡铜支撑柱17与所述铜电极支柱6、及所述水冷铜电极支柱1之间的固定连接。
在本实施方式中，所述水冷铜电极支柱1为空心结构。当电极(左电极13 或右电极14)工作时，通过往水冷铜电极支柱1内通入流动的水，该流动的水可在一定程度上带走该水冷铜电极支柱1、铜电极支柱6及电极所产生的热量，从而防止温度过高而烧坏铜电极支柱6。
相对于现有技术，本发明所提供的制备金刚石涂层的热丝架及设备，因在金属基片正对的两侧都设置有电热丝，如此，可在金属基片双面同时沉积金刚石薄膜。此外，出气口与金属基片相垂直，可使气体流动方向与金属基片表面相垂直，提高金刚石生长所需的活性炭原子基团或氢原子与金属基片表面的接触面积。再者，由于是在金属基片正对的两侧同时制备金刚石涂层，故此，在该过程中所产生的热应力相互抵消，可避免金属基片在制备金刚石涂层过程中因受力不均而出现的弯曲变形的问题。
以上是本发明实施例的实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明实施例原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
Claims (12)
1.一种制备金刚石涂层的热丝架，其特征在于，包括两左电极、两右电极，及连接位于同一水平面的所述左电极及与所述右电极的两电热丝组，所述两左电极在第一方向上相互平行，所述两右电极在第一方向上相互平行，所述两电热丝组在第二方向上相互平行，所述第一方向与所述第二方向相互垂直。
2.如权利要求1所述的热丝架，其特征在于，所述每一右电极远离所述左电极的一侧上设置有支撑架，所述支撑架通过绝缘件与所述右电极相连；每一电热丝组包括多个相互平行的电热丝，每一所述电热丝包括第一端及与所述第一端正对的所述第二端，所述第一端固定在所述左电极上，所述第二端经过所述右电极固定在所述支撑架上。
3.如权利要求2所述的热丝架，其特征在于，所述右电极开设有容纳所述电热丝的开槽，所述电热丝的第二端通过所述开槽固定在所述支撑架上。
4.如权利要求2所述的热丝架，其特征在于，所述支撑架上设有高温弹簧，所述第二端穿过所述开槽固定在所述高温弹簧的一端，所述高温弹簧的另一端固定在所述支撑架上。
5.如权利要求2至4任意一项所述的加热丝，其特征在于，所述支撑架与水平面的夹角为30°。
6.如权利要求1所述的热丝架，其特征在于，还包括用于支撑所述左电极以及支撑所述右电极的至少两电极支柱。
7.一种制备金刚石涂层的装置，其特征在于，包括如权利要求1至6任意一项所述的热丝架。
8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，还包括置于所述相互平行的两电热丝组之间的金属承载组件，所述金属承载组件包括重叠设置的两夹片及加紧螺丝，其中，待进行制备金刚石涂层的金属基片通过所述夹片与所述加紧螺丝放置在相互平行的两所述电热丝组之间。
9.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述金属承载组件包括用于支撑所述夹片的至少一支架及与所述支架相连的一基片托盘。
10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，还包括一升降台，所述升降台与所述基片托盘固定连接便通过控制升降台升或降可调节夹设在两所述夹片之间的金属基片在两电热丝组之间的高度。
11.如权利要求7所述的装置，其特征在于，还包括电极支撑组件，所述电极支撑组件与每一所述铜电极支柱相连，用于支撑每一所述铜电极支柱。
12.如权利要求11所述的装置，其特征在于，所述电极支撑组件包括过渡铜支撑柱以及用于支撑所述过渡铜支撑柱的水冷铜电极支柱，所述过渡铜支撑柱与所述铜电极支柱相连，所述水冷铜电极支柱为中空结构，能涌入流动的降温液体。
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- 2017-10-27 CN CN201711037867.4A patent/CN109722646A/zh active Pending
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