CN114182232A - 一种热解石墨气相沉积装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种热解石墨气相沉积装置，包括依次连接的盖板、沉积室以及底座、石墨基材，其中：沉积室内部形成沉积腔，且与盖板、底座形成沿三者的排布方向延伸的气流通道；石墨基材悬置在沉积腔内，且处于气流通道内，石墨基材的外表面均与气流通道内的气体相接触；将热解石墨气相沉积装置置于化学气相沉积炉内，在化学气相沉积炉内通入碳氢化合物气体，该气体会通过底座进入热解石墨气相沉积装置，并且与悬置在沉积腔内的石墨基材发生反应并在石墨基材表面形成沉积膜；通过将石墨基材位于气流通道中，并且石墨基材外表面均与气流通道内的气体相接触，便会在石墨基材表面形成均匀的沉积膜。

Description

一种热解石墨气相沉积装置

技术领域

本发明涉及热解石墨技术领域，特别是涉及一种热解石墨气相沉积装置。

背景技术

随着社会的发展，现代科学和技术需要使用大量功能各异的无机新材料，因此，无机新材料的合成成为现代材料科学中的主要课题。化学气相沉积是一种重要的材料制备方式，它是把一种或几种含有构成薄膜元素的化合物、单质气体通入放置有基材的反应室，借助空间气相化学反应在基体表面上沉积固态薄膜的工艺技术。这些材料可以是氧化物、硫化物、氮化物、碳化物或硒化物，也可以是其他二元或多元的元素间化合物，而且它们的物理功能可以通过气相掺杂的沉积过程精确控制。目前，化学气相沉积已成为无机合成化学的一个新领域。

在此基础上，热解石墨作为新型炭素材料，它具有高密度、高纯度以及热、电、磁、力学性能各向异性，可以用于火箭喷管的喉衬、冶炼高纯金属用坩埚、调压器用电刷、激光器的放电腔、高温炉用保温材料及半导体生产用外延片等，热解石墨成为了现代材料科学中具有巨大探索价值的新型材料。

热解石墨是高纯碳氢气体在一定的炉压下，在1800℃～2000℃的石墨基体上经化学气相沉积出的较高结晶取向的热解碳，因此，现有的热解石墨通常采用化学气相沉积的方法进行生产，但是在生产的过程中容易出现沉积层厚度不均匀的情况，影响了热解石墨涂层的性能、影响了产品的质量，增加了后端的加工使用难度。

发明内容

基于此，有必要针对热解石墨沉积层厚度不均匀的问题，提供一种热解石墨气相沉积装置。

一种热解石墨气相沉积装置，包括依次连接的盖板、沉积室以及底座、石墨基材，其中：

所述沉积室内部形成沉积腔，且与所述盖板、所述底座形成沿三者的排布方向延伸的气流通道，所述气流通道用于流通由所述底座输入的气体；

所述石墨基材悬置在所述沉积腔内，且处于所述气流通道内，所述石墨基材的外表面均与所述气流通道内的气体相接触。

上述热解石墨气相沉积装置，通过将热解石墨气相沉积装置置于化学气相沉积炉内，在化学气相沉积炉内通入碳氢化合物气体，该气体会通过底座进入热解石墨气相沉积装置，并且进入热解石墨气相沉积装置的碳氢化合物气体会与悬置在沉积腔内的石墨基材发生反应并在石墨基材表面形成沉积膜。通过将石墨基材位于气流通道中，并且石墨基材外表面均与气流通道内的气体相接触，便会在石墨基材表面形成均匀的沉积膜。

在其中一个实施例中，所述沉积室的底壁上设置有至少一个石墨工件支撑结构，所述石墨工件支撑结构包括间隔设置的两个立柱，两个所述立柱背离所述底壁的一侧形成用于支撑所述石墨基材的支撑面。

在其中一个实施例中，所述沉积室包括至少一个支撑座，所述支撑座包括第一底板及第一侧壁，所述第一侧壁环绕所述第一底板的四周固定为一体，所述石墨工件支撑结构设置在所述第一底板上。

在其中一个实施例中，所述支撑座的数目为多个，多个所述支撑座之间可拆卸地密封连接为一体，每一所述第一侧壁突出所述第一底板的高度至少大于所述石墨基体突出所述支撑面的高度。

在其中一个实施例中，所述沉积室还包括至少一个上腔体，所述上腔体的数目与所述支撑座对应，所述支撑座和所述上腔体依次设置，且二者之间可拆卸地密封连接为一体。

在其中一个实施例中，所述石墨基材具有与所述底座正对的第一表面，所述沉积室与所述第一表面正对的两表面分别开口有贯穿其壁厚的至少一个第一气流孔，所述底座与所述第一表面正对的表面上开口有贯穿所述底座的至少一个第二气流孔。

在其中一个实施例中，所述第二气流孔的孔径大于所述第一气流孔的孔径。

在其中一个实施例中，还包括至少一个隔板，所述隔板与所述石墨基材的所述第一表面正对的表面开口有贯穿其壁厚的至少一个第三气流孔；

所述隔板位于所述底座与所述沉积室之间且与所述底座、所述沉积室密封连接，和/或，所述隔板位于所述盖板与所述沉积室之间且与所述盖板、所述沉积室密封连接。

在其中一个实施例中，所述第三气流孔与所述第二气流孔错位设置。

附图说明

图1为本发明提供的一种热解石墨气相沉积装置示意图；

图2为图1中热解石墨气相沉积装置内的气体流动示意图；

图3为本发明提供的另一种热解石墨气相沉积装置示意图；

图4为图3中热解石墨气相沉积装置内的气体流动示意图。

其中：

10、热解石墨气相沉积装置；

100、盖板；110、板体；120、第二侧壁；

200、沉积室；210、沉积腔；220、立柱；221、支撑面；230、支撑座；231、第一底板；232、第一侧壁；240、上腔体；241、第三底板；242、第四侧壁；250、第一气流孔；

300、底座；310、第二底板；320、第三侧壁；330、支撑柱；340、第二气流孔；

400、石墨基材；410、第一表面；

500、密封组件；510、密封凹槽；520、密封凸起；

600、隔板；610、第三气流孔；620、第五侧壁；630、第四底板。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

下面结合附图介绍本发明实施例提供的技术方案。

如图1以及图2所示，本发明的一实施例提供了一种热解石墨气相沉积装置10，应用于化学气相沉积炉内。热解石墨气相沉积装置10包括依次连接的盖板100、沉积室200以及底座300、石墨基材400，一般来说，底座300、沉积室200以及盖板100的材料都可以为石墨，其中：

沉积室200内部形成沉积腔210，并且沉积室200与盖板100、底座300形成沿三者的排布方向延伸的气流通道，气流通道用于流通由底座300输入的碳氢化合物气体。在具体设置时，底座300包括第二底板310、第三侧壁320以及支撑柱330，第三侧壁320环绕第二底板310的四周固定为一体，第二底板310上设有贯穿板体厚度的气流通孔，用于将化学气相沉积炉内的气体输入热解石墨气相沉积装置10内，支撑柱330的数目一般为4个，一般分布在第三侧壁320下表面的四角，支撑柱330使底座300与地面有一定距离，方便化学气相沉积炉内的气体通过气流通孔进入热解石墨气相沉积装置10。盖板100包括板体110和第二侧壁120，第二侧壁120环绕板体110的四周固定为一体，第二侧壁120表面开口有贯穿其壁厚的气孔，气孔用于化学气相沉积炉内的气体流出热解石墨气相沉积装置10外。

石墨基材400悬置在沉积腔210内，并且石墨基材400处于气流通道内，石墨基材400的外表面均与气流通道内的气体相接触。

上述热解石墨气相沉积装置10，通过将热解石墨气相沉积装置10置于化学气相沉积炉内，在化学气相沉积炉内通入碳氢化合物气体，该气体会通过底座300进入热解石墨气相沉积装置10，并且进入热解石墨气相沉积装置10的碳氢化合物气体会与悬置在沉积腔210内的石墨基材400发生反应并在石墨基材400表面形成沉积膜。通过将石墨基材400位于气流通道中，并且石墨基材400外表面均与气流通道内的气体相接触，便会在石墨基材400表面形成均匀的沉积膜。

为了实现石墨基材400悬空于沉积腔210内，一种优选实施方式，沉积室200的底壁上设置有至少一个石墨工件支撑结构，石墨工件支撑结构的数目可以为2个、4个、6个、8个或是8个以上，石墨工件支撑结构包括间隔设置的两个立柱220，两个立柱220背离底壁的一侧形成支撑面221，支撑面221用于支撑石墨基材400，使石墨基材400悬置于沉积腔210内，气流通道内的气体能更大程度的与石墨基材400接触，提高石墨基材400的沉积膜均匀性。在具体设置时，两个立柱220上设置有相对的L型缺口，石墨基材400位于L型的缺口上，使石墨基材400能更稳定的悬置于沉积腔210内。

具体地，沉积室200包括至少一个支撑座230，支撑座230的数目可以为2个、4个、6个、8个或是8个以上，可以将多个支撑座230之间通过密封胶进行密封连接，保证进入热解石墨气相沉积装置10的碳氢化合物气体不会通过多个支撑座230之间的连接缝隙分散。支撑座230包括第一底板231及第一侧壁232，第一侧壁232环绕第一底板231的四周固定为一体，石墨工件支撑结构设置在第一底板231上。在具体设置时，第一底板231及第一侧壁232可以是密封连接，也可以是一体成型。

更具体地，支撑座230的数目为多个，支撑座230的数目可以为2个、4个、6个、8个或是8个以上，多个支撑座230之间可拆卸地密封连接为一体，既方便了多个支撑座230之间的安装和拆卸，又保证了热解石墨气相沉积装置10的密封性，每一第一侧壁232突出第一底板231的高度至少大于石墨基体400突出支撑面221的高度，使具有各种高度的石墨基材400均可以放在支撑面221上。在具体设置时，多个支撑座230通过密封组件500实现可拆卸地密封连接，密封组件500包括密封凹槽510和密封凸起520，密封凹槽510设置在相邻两个第一侧壁232中的一个上，密封凸起520设置在二者中的另一个上。

为了获得更多的沉积室200，具体地,沉积室200还包括至少一个上腔体240，上腔体240的数目与支撑座230对应，支撑座230和上腔体240依次设置，且二者之间可拆卸地密封连接为一体，既方便石墨基材400的放置和取出，又保证了热解石墨气相沉积装置10的密封性。在具体设置时，上腔体240包括第三底板241、第四侧壁242，第四侧壁242环绕第三底板241的四周固定为一体，支撑座230和上腔体240通过密封组件500实现可拆卸地密封连接，密封凹槽510设置在相邻第一侧壁232和第四侧壁242中的一个上，密封凸起520设置在二者中的另一个上。

为了形成气流通道，一种优选实施方式，石墨基材400具有与底座100正对的第一表面410，沉积室200与第一表面410正对的两表面分别开口有贯穿其壁厚的至少一个第一气流孔250，第一气流孔250的个数可以为4个、8个、12个、16个或是16个以上，底座300与第一表面410正对的表面上开口有贯穿底座300的至少一个第二气流孔340，第二气流孔340的个数可以为4个、8个、12个、16个或是16个以上。通过将第一气流孔250开设在沉积室200与第一表面410正对的两表面上，以及第二气流孔340开设在底座100与第一表面410正对的表面上，既形成了气流通道，又保证了石墨基材400处于气流通道内。

在具体设置时，所有第一气流孔250和所有第二气流孔340在第一表面410上的投影轮廓一部分位于第一表面410内，另一部分位于第一表面410外，通过上述设置，石墨基材400外表面均位于气流通道内，石墨基材400外表面直接与从气流通道内的气体相接触，便会在石墨基材400表面形成均匀的沉积膜。

为了实现气流梯度，使石墨基材400外表面上形成更加均匀的沉积膜，具体地，第二气流孔340的孔径大于第一气流孔250的孔径，化学气相沉积炉内的气体从第二气流孔340进入，再到孔径较小的第一气流孔250时，保证每个第一气流孔250出的气体量均分别小范围的与石墨基材400外表面接触，在石墨基材400外表面形成更加均匀的沉积膜。

在具体设置时，位于第一表面410两侧的第一气流孔250正对设置，并且正对设置的第一气流孔250具有相同的孔径，保证处于气流通道内的石墨基材400外表面受到的四周气流量一致，与气体反应生产的沉积膜均匀。

结合图3以及图4所示，本发明的一实施例提供了另一种热解石墨气相沉积装置10，具体地，热解石墨气相沉积装置10还包括至少一个隔板600，隔板600与石墨基材400的第一表面410正对的表面开口有贯穿其壁厚的至少一个第三气流孔610，第三气流孔610的个数可以为4个、8个、12个、16个或是16个以上；

隔板600位于底座300与沉积室200之间且与底座300、沉积室200密封连接，和/或，隔板600位于盖板100与沉积室200之间且与盖板300、沉积室200密封连接。

上述热解石墨气相沉积装置10，通过将隔板600增加在底座300与沉积室200之间，和/或，隔板600增加在盖板100与沉积室200之间，形成了沿底座300、隔板600、沉积室200以及盖板100四者的排布方向延伸的气流通道，使处于气流通道内的石墨基材400外表面与气流通道内的气体反应形成均匀的沉积膜。

在具体设置时，隔板600可以为石墨材料，隔板600包括第四底板630、第五侧壁620，第五侧壁620环绕第四底板630的四周固定为一体，增加在底座300、沉积室200之间的隔板600与底座300、沉积室200可以通过密封组件500实现密封连接，具体为，第三侧壁320顶端设有密封凹槽510或者密封凸起520，与之相对应的第五侧壁620底端具有密封凸起520或者密封凹槽510，以及第五侧壁620顶端具有密封凸起520或者密封凹槽510，与之相对应的第一侧壁232底端具有密封凹槽510或者密封凸起520。增加在盖板100与沉积室200之间的隔板600与盖板100、沉积室200也可以通过密封组件500实现密封连接，具体为，第四侧壁242顶端设有密封凹槽510或者密封凸起520，与之相对应的第五侧壁620底端具有密封凸起520或者密封凹槽510，以及第五侧壁620顶端具有密封凸起520或者密封凹槽510，与之相对应的第二侧壁120底端具有密封凹槽510或者密封凸起520。

为了有效去除了气体中的杂质，具体地，第三气流孔610与第二气流孔340错位设置，该热解石墨气相沉积装置10会放入化学气相沉积炉中，化学气相沉积炉内的隔热层由碳纤维制成，通入碳氢化合物气体后，该气体中会混有碳纤维杂质，碳氢化合物气体通过第二气流孔340进入第三气流孔610时，第三气流孔610与第二气流孔340错位设置，碳纤维杂质会附着在隔板600上，保证了气体与石墨基材400反应后生成沉积膜的纯度。在具体设置时，第三气流孔610与第一气流孔250正对设置，并且第三气流孔610与第一气流孔250的孔径相同，保证处于气流通道内的石墨基材400外表面受到的四周气流量一致，与气体反应生产的沉积膜均匀。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种热解石墨气相沉积装置，其特征在于，包括依次连接的盖板、沉积室以及底座、石墨基材，其中：

所述沉积室内部形成沉积腔，且与所述盖板、所述底座形成沿三者的排布方向延伸的气流通道，所述气流通道用于流通由所述底座输入的气体；

所述石墨基材悬置在所述沉积腔内，且处于所述气流通道内，所述石墨基材的外表面均与所述气流通道内的气体相接触。

2.根据权利要求1所述的热解石墨气相沉积装置，其特征在于，所述沉积室的底壁上设置有至少一个石墨工件支撑结构，所述石墨工件支撑结构包括间隔设置的两个立柱，两个所述立柱背离所述底壁的一侧形成用于支撑所述石墨基材的支撑面。

3.根据权利要求2所述的热解石墨气相沉积装置，其特征在于，所述沉积室包括至少一个支撑座，所述支撑座包括第一底板及第一侧壁，所述第一侧壁环绕所述第一底板的四周固定为一体，所述石墨工件支撑结构设置在所述第一底板上。

4.根据权利要求3所述的热解石墨气相沉积装置，其特征在于，所述支撑座的数目为多个，多个所述支撑座之间可拆卸地密封连接为一体，每一所述第一侧壁突出所述第一底板的高度至少大于所述石墨基体突出所述支撑面的高度。

5.根据权利要求3所述的热解石墨气相沉积装置，其特征在于，所述沉积室还包括至少一个上腔体，所述上腔体的数目与所述支撑座对应，所述支撑座和所述上腔体依次设置，且二者之间可拆卸地密封连接为一体。

6.根据权利要求1所述的热解石墨气相沉积装置，其特征在于，所述石墨基材具有与所述底座正对的第一表面，所述沉积室与所述第一表面正对的两表面分别开口有贯穿其壁厚的至少一个第一气流孔，所述底座与所述第一表面正对的表面上开口有贯穿所述底座的至少一个第二气流孔。

7.根据权利要求6所述的热解石墨气相沉积装置，其特征在于，所述第二气流孔的孔径大于所述第一气流孔的孔径。

8.根据权利要求6所述的热解石墨气相沉积装置，其特征在于，还包括至少一个隔板，所述隔板与所述石墨基材的所述第一表面正对的表面开口有贯穿其壁厚的至少一个第三气流孔；

所述隔板位于所述底座与所述沉积室之间且与所述底座、所述沉积室密封连接，和/或，所述隔板位于所述盖板与所述沉积室之间且与所述盖板、所述沉积室密封连接。

9.根据权利要求8所述的热解石墨气相沉积装置，其特征在于，所述第三气流孔与所述第二气流孔错位设置。

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