CN1103900A

CN1103900A - 双阴极辉光放电合成金刚石薄膜

Info

Publication number: CN1103900A
Application number: CN 94117356
Authority: CN
Inventors: 潘俊德; 范本惠; 贺琦; 郑维能; 徐重; 韩晋宏; 李成明; 刘俊亮
Original assignee: TAIYUAN POLYTECHNIC UNIVERSITY
Current assignee: TAIYUAN POLYTECHNIC UNIVERSITY
Priority date: 1994-10-19
Filing date: 1994-10-19
Publication date: 1995-06-21
Anticipated expiration: 2014-10-19
Also published as: CN1037198C

Abstract

双阴极辉光放电合成金刚石薄膜的方法属于等离子表面强化的范畴。

本发明的技术特征是在直流辉光放电的装置中把被处理的试样作为阳极，在试样的上方设置双阴极，其中与工件相对的阴极为格栅状，在阳极(试样) 和两阴极间分别加入直流高压，利用两阴极间和格栅状阴极内产生的空心阴极效应，使通入的碳氢反应气和H₂的混合气活化离解，在Si、硬质合金、W、Mo、Ti等材料表面以及普通碳钢经离子渗镀W、Mo、Ti等后的表面合成金刚石薄膜。

Description

本发明属于离子表面强化的范畴。

金刚石具有极高的硬度、耐磨、耐蚀、耐热和极高的电阻率、电绝缘性，极好的导热性，在化学上具有很高的透射率和折射率，而且耐高温氧化和化学稳定性极高，是目前最理想的新型材料。正逐步地应用于机械、电子、半导体、化学、光学、声学、医疗等各个领域。金刚石的合成长期以来一直以高温高压合成为主，80年代以来国内外薄膜合成技术迅速发展，低压下气相合成金刚石薄膜也取得成功，合成金刚石薄膜的方法也越来越多，如最早的热灯丝法，以及后来发展起来的等离子体CVD（PCVD），激光CVD（LCVD），等离子增强CVD（ECRCVE），电子束CVD（EACVD），射频等离子体CVD（RFCVD），微波CVD，离子束增强CVD（IBCVD），离子束溅射法，离子束蒸镀法（ID），弧光喷射法等。目前金刚石薄膜已应用于硬质合金刀片，高音喇叭的振动板，半导体的散热元件，光学元件，光电门等器件上，而且在工业和科学技术上具有十分重要的应用价值和广阔的应用前景。

但以上合成金刚石薄膜的方法大都是使用昂贵的电子束、离子束、微波、射频、激光等设备，价格贵、成本高，合成的基材只能是硬质合金、Si片、W、Mo、Ti等材料的表面，因此限制了金刚石薄膜的推广和应用。

本发明是为了克服上述的缺点，发明的一种新型的合成金刚石薄膜的方法，其特征是在直流辉光放电的真空容器中，把被处理的试样作为阳极，在试样的上方一定距离处设置平行相对的双阴极，与工件相对的阴极为格栅状，也可以是螺旋状、刷子状、带孔的平板状，构成阴极的元件可以是丝、棒、条、板等，制成阴极的材料可以是W、Mo、Ti、Zr、Ta、锇、铼等任何一种纯金属或其复合的合金，与格栅状阴极保持一定间隙距离（5-50mm）的另一阴极为带有小孔，能通入反应气，并能喷射出去的扁平空心状阴极，在阳极（试样）与双阴极之间分别加入连续可调的直流高压电源（0-2000V），它们可以是等电位，也可以是不等电位，利用两阴极间和格栅状阴极内产生的空心阴极效应，使通入的碳氢反应气活化离解，形成高密度的等离子体，在对向试样（阳极）的表面上合成金刚石薄膜，试样可以是Si片、W、Mo、Ti、硬质合金等材料，也可以是普通碳钢经离子渗镀W、Mo、Ti等合金元素后的表面。

图1为本发明的实施例子：

具体步骤如下：

把真空容器①由机械泵⑩抽到1.33Pa以下真空度后，在真空容器内，由供气源⑨供给H₂或稀释气Ar气，使压力在50Pa～500Pa，在阳极（试样）⑤和格栅状阴极④扁平空心状阴极③之间分别加入可调直流电源②300V-2000V，使其产生辉光放电，利用空心阴极效应，使格栅状阴极加热到1000-2000℃，调整加热试样与格栅状阴极之间的距离（5-50mm），由于格栅状阴极的热辐射和试样加热源⑦、⑧加热的双重作用，使工件加热到800-1000℃高温。然后由供气源⑨通入反应气甲烷（乙烷）和H₂、O₂的按比例的混合气，使压力在50Pa-500Pa，使反应气在通过双阴极时活化离解，在试样（阳极）⑤的表面合成金刚石薄膜，试样放置于试样支承座⑥上，该支承座可以转动，使合成金刚石薄膜均匀，并可以通入冷却水控制试样的温度。到温并保持给定时间后，停电、停气，试样冷却后出炉。

图2为格栅状阴极的其它形式：（1）.格栅状（2）.螺旋状（3）.刷子状（4）.带孔平板状。

Claims

1、双阴极辉光放电合成金刚石薄膜的方法是在低真空气体放电的容器中，把被处理的试样作为阳极，在与阳极相对的上方设置双层阴极，在阳极和双层阴极之间分别加入连续可调的高压直流电源，使通过双阴极的反应气活化电离，在硬质合金、Si片、W、Mo、Ti等及普通碳钢经离子渗镀W、Mo、Ti后的试样表面合成金刚石薄膜的新方法，其特征在于，其一，在真空容器中所设的阴极为双阴极，一极有小孔能通入反应气，并能喷射出去的扁平空心状阴极、另一极为与其相对的并与试样保持一定距离的格栅状阴极；其二，在阳极和两阴极间分别加入连续可调的高压直流电源，其电位可以相等，也可以不相等；其三，作为阳极的试样不仅是Si、W、Mo、Ti片，硬质合金等，而且还可以是普通碳钢经离子渗镀W、Mo、Ti后的试样表面。

2、根据权利要求1，所述的双阴极辉光放电合成金刚石薄膜的方法，其中所述的双阴极，一极为带有小孔能通入反应气并能喷射出去的扁平空心状阴极，另一极为与其相对并保持5-50mm距离的格栅状阴极，其结构形式也可以是刷子状，螺旋状，带孔平板状，构成阴极的元件可以是丝、棒、条、板制成阴极的材料，可以是W、Wo、Ti、Zr、Ta、锇、铼等任一种纯金属或其复合的合金。

3、根据权利要求1，所述的双阴极辉光放电合成金刚石薄膜的方法，所述的分别加入阳极（试样）和双阴极间的直流高压电源电压在0-2000V之间连续可调，它们之间的电位可以是相等的，也可以是不相等的。

4、根据权利要求1，所述的双阴极辉光放电合成金刚石薄膜的方法，其中所述的试样（阳极）可以是硬质合金W、Mo、Ti、Si等材料，也可以是普通碳钢经离子渗镀W、Mo、Ti等合金元素后的表面。

5、根据权利要求1，双阴极辉光放电合成金刚石薄膜的方法，所述的试样（阳极）与格栅状阴极的相对距离在5-50mm内变化。