CN1632166A - 直流电弧等离子体化学气相沉积装置及金刚石涂层方法 - Google Patents

直流电弧等离子体化学气相沉积装置及金刚石涂层方法 Download PDF

Info

Publication number
CN1632166A
CN1632166A CN 200410101845 CN200410101845A CN1632166A CN 1632166 A CN1632166 A CN 1632166A CN 200410101845 CN200410101845 CN 200410101845 CN 200410101845 A CN200410101845 A CN 200410101845A CN 1632166 A CN1632166 A CN 1632166A
Authority
CN
China
Prior art keywords
vacuum chamber
cathode
arc
gas passage
passage body
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN 200410101845
Other languages
English (en)
Other versions
CN100335677C (zh
Inventor
唐伟忠
李成明
吕反修
陈广超
佟玉梅
宋建华
刘素田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
University of Science and Technology Beijing USTB
Original Assignee
University of Science and Technology Beijing USTB
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by University of Science and Technology Beijing USTB filed Critical University of Science and Technology Beijing USTB
Priority to CNB2004101018456A priority Critical patent/CN100335677C/zh
Publication of CN1632166A publication Critical patent/CN1632166A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN100335677C publication Critical patent/CN100335677C/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

本发明提供了直流电弧等离子体化学气相沉积装置及金刚石涂层方法。该涂层装置由阴极部分、阳极、真空室、真空泵系统、压力测控装置、直流电弧弧柱、制品架、电源、磁场线圈组成；阴极部分(1)和阳极(8)处于圆桶状真空室(2)轴线的两端；一对磁场线圈(12)、(13)同轴地处于真空室(2)外的上下两侧；真空室(2)与真空泵系统(3)、压力测量和控制装置(4)由真空管路相连接。阴极部分(1)由阴极杆(6)、阴极体(7)、保护气体通道体(14)、反应气体通道体(15)以及绝缘体(17)、(18)所组成；在保护气体通道体(14)、反应气体通道体(15)的下方是阴极喷口(16)。本发明的优点在于：寿命与结构稳定性将大幅度的改善并可靠性提高，显著的改善金刚石涂层质量。

Description

直流电弧等离子体化学气相沉积装置及金刚石涂层方法
技术领域
本发明属于金刚石涂层技术领域，特别是提供了一种强电流直流电弧等离子体化学气相沉积装置及金刚石涂层方法，可应用于对制品表面涂敷金刚石涂层。
背景技术
以化学气相沉积方法制备的金刚石涂层具有许多独特的特性，如高硬度、高弹性模量、低摩擦系数、高热导率、宽光学透过波段、高介电性能、高化学惰性等，是一种极为优异的多功能材料，在国民经济的各个领域中有着广泛的应用前景。
制备金刚石涂层可以采用多种多样的化学气相沉积方法，其最主要的特征是其各自的等离子体产生技术。热丝法使用大量并行排列、被加热至炽热状态的金属丝作为等离子体源。其缺点是数量巨大的热丝组的稳定性和寿命较低。微波法使用高频率的电磁波产生无电极放电的等离子体，其缺点是设备和运行成本高、而能够产生的等离子体的面积小。直流电弧喷射法由喷射状流动的高速电弧产生等离子体，其缺点是能够产生的等离子体的面积小、且高速喷射的电弧会对被涂层制品产生很高的热冲击，其温度很难得到控制。
制备金刚石涂层的另一种方法是所谓的强电流直流电弧等离子体化学气相沉积方法。在这一方法中，相距较远的阴阳两极之间发生直流电弧放电而形成一电弧弧柱，而被涂层的制品被放置在电弧弧柱的周围。电弧弧柱产生的等离子体对反应气体实现激发，从而可在制品的表面上沉积出金刚石涂层。这一方法的优点是：
1.提供的等离子体的面积很大，因而可以同时对大量制品进行金刚石涂层。
2.强电流电弧可激发高密度的等离子体，因而可对反应气体实现有效的激发，有助于提高金刚石涂层的质量和其沉积速率。
在上述的强电流直流电弧等离子体化学气相沉积装置中，使用了能够发射高强度电子流的阴极装置(I.Reineck et al，Diamond and Related Materials，5(1996)819)。它由一根很长的被电流加热至炽热状态的W丝所组成。由于需要发射的电流的强度很高，因而所需的W丝的表面积就很大，即W丝的长度就很长。例如，要想产生150A的电子流发射，需要使用1mm直径的W金属丝0.5m。维持如此长的炽热W丝在长时间内稳定工作，在技术上是很困难的。正因为如此，W丝阴极的寿命和其结构的稳定性是限制整个强电流直流电弧等离子体化学气相沉积装置的一个重要因素。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种强电流直流电弧等离子体化学气相沉积装置及金刚石涂层方法，延长了阴极的寿命和结构稳定性，从而直接提高了整个强电流直流电弧等离子体化学气相沉积装置的可靠性。
本发明由阴极部分、阳极、真空室、真空泵系统、压力测控装置、直流电弧弧柱、制品架、电源、磁场线圈组成。阴极部分1和阳极8处于圆桶状真空室2轴线的两端。一对磁场线圈12、13同轴地处于真空室2外的上下两侧。真空室2与真空泵系统3、压力测控装置4由真空管路相连接。
阴极部分1由阴极杆6、阴极体7、保护气体通道体14、反应气体通道体15以及绝缘体17、18所组成；在保护气体通道体14、反应气体通道体15的下方是阴极喷口16；阴极杆6由W金属所制成，其直径范围为2-15mm，长度范围为8-30mm，且根据所需发射的电子流的强度不同而不同。阴极体7、保护气体通道体14、反应气体通道体15之间由绝缘体17、18所绝缘。
在真空室2的轴线处，阴极部分1和阳极8之间形成一直流电弧弧柱9。电源5、电源11分别对直流电弧弧柱9和磁场线圈12、13提供电能。被涂层的制品可顺序安放于直流电弧弧柱9周围的制品架10上。
由W制成的阴极杆6是强电子流的发射体，它在强电子流流过的同时被加热至高温状态，因而自身具备了发射强电子流的能力。阴极体7为阴极杆6提供了电流的通路，同时对阴极杆6起着冷却的作用。在保护气体通道体14之内为阴极杆6提供所需的保护气体，后者还有稳定电弧的作用。在反应气体通道体15和保护气体通道体14之间流过的反应气体将直接进入电弧弧柱9，增加了它的化学活性。另外，此气流也对电弧弧柱9起着冷却的作用，从而使其保持在阴极喷口16的中心位置。阴极喷口16的作用是使所形成的电弧弧柱9维持在自身的轴线上。
由于在同等发射表面的情况下，相对于炽热状态的W丝阴极来说，杆状阴极6的长度较小、直径较大，因而其寿命与结构稳定性都得到了大幅度的很高。因此，上述阴极部分的改变可直接提高整个强电流直流电弧等离子体化学气相沉积装置的可靠性，改善其所沉积的金刚石涂层的质量。
在本发明的装置中进行金刚石涂层沉积的方法是，在真空室2的轴线处，阴极部分1和阳极8之间形成直流电弧弧柱9。电源5、电源11分别对直流电弧弧柱9和磁场线圈12、13提供电能。被涂层的制品可顺序安放于直流电弧弧柱9周围的制品架10上。反应气体、保护气体由阴极部分1输入圆桶状的真空室2内，而真空室2由真空泵系统3维持在0.5～25kPa的压力范围内。压力由压力测控装置4所监控。直流强电流通路由电源5、阴极杆6、阴极体7、阳极8和直流电弧弧柱9组成。电源11对真空室外侧同轴安置的两只磁场线圈12、13提供电流从而形成轴向的强磁场。强磁场的作用是对所形成的电弧弧柱9形成约束作用，使其保持于真空室2轴线的位置上，并由此确保电弧弧柱9外制品架10上安置的被涂层制品的温度的一致性。
本发明的优点在于：
1、在同等电流发射表面的情况下，由W棒制成的杆状阴极比W丝阴极的长度要小得多，而其直径则要大得多，因此其寿命与结构稳定性将可获得大幅度的改善。这将大大有助于强电流直流电弧等离子体化学气相沉积装置可靠性的提高。
2、由于阴极的稳定性得到了改善，因而其所制备的金刚石涂层的质量也可获得显著的改善。
附图说明
图1是本发明装置的结构示意图。其中，阴极部分1、真空室2、真空泵系统3、压力测控装置4、电源5、11、阴极杆6、阴极体7、阳极8、直流电弧弧柱9、制品架10、磁场线圈12、13。
图2是本发明装置中阴极部分的结构示意图。其中，阴极杆6、阴极体7、保护气体通道体14、反应气体通道体15、阴极喷口16、绝缘体17、18。
图3是使用本发明所提出的强电流直流电弧等离子体化学气相沉积装置获得的金刚石涂层的显微形貌。
具体实施方式
下面，结合实施例对本申请的技术方案进行简要的说明。
实施例1
将欲涂敷金刚石涂层的制品安置于制品架上，采用表1列出的工艺条件对其进行金刚石涂层：
  表1金刚石涂层的工艺条件
    氩气流量(升/分)     1.5
    氢气流量(升/分)     1.0
    甲烷流量(毫升/分)     15
    压力(kPa)     1.0
    阴阳极间电压(V)     120
    电弧电流(A)     150
    温度(℃)     900
其中，氩气是所使用的保护气体，而氢气和甲烷则为沉积金刚石所必需的反应气体。调整真空室内的压力、直流放电电压、电流分别为1kPa、120V和150A，而欲涂层的制品的表面温度为900℃。对制品涂层处理6小时，获得如图3所示的金刚石涂层。

Claims (3)

1、一种强电流直流电弧等离子体化学气相沉积装置，由阴极部分、阳极、真空室、真空泵系统、压力测控装置、直流电弧弧柱、制品架、电源、磁场线圈组成；其特征在于：阴极部分(1)和阳极(8)处于圆桶状真空室(2)轴线的两端；一对磁场线圈(12)、(13)同轴地处于真空室(2)外的上下两侧；真空室(2)与真空泵系统(3)、压力测控装置(4)由真空管路相连接。
2、按照权利要求1所述的装置，其特征在于：阴极部分(1)由阴极杆(6)、阴极体(7)、保护气体通道体(14)、反应气体通道体(15)以及绝缘体(17)、(18)所组成；在保护气体通道体(14)、反应气体通道体(15)的下方是阴极喷口(16)；阴极杆(6)由W金属所制成；阴极体(7)、保护气体通道体(14)、反应气体通道体(15)之间由绝缘体(17)、(18)所绝缘。
3、一种在权利要求1所述装置中进行的金刚石涂层沉积方法，其特征在于：在真空室(2)的轴线处，阴极部分(1)和阳极(8)之间形成直流电弧弧柱(9)、电源(5)、电源(11)分别对直流电弧弧柱(9)和磁场线圈(12)、(13)提供电能；被涂层的制品可顺序安放于直流电弧弧柱(9)周围的制品架(10)上，反应气体、保护气体由阴极部分(1)输入圆桶状的真空室(2)内，而真空室(2)由真空泵系统(3)维持在0.5～25kPa的压力范围内；电源(11)对真空室外侧同轴安置的两只磁场线圈(12)、(13)提供电流从而形成轴向的强磁场；强磁场的作用是对所形成的电弧弧柱(9)形成约束作用，使其对真空室(2)保持着轴对称的位置，并由此确保电弧弧柱(9)外制品架(10)上安置的被涂层制品的温度的一致性。
CNB2004101018456A 2004-12-28 2004-12-28 直流电弧等离子体化学气相沉积装置及金刚石涂层方法 Expired - Fee Related CN100335677C (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CNB2004101018456A CN100335677C (zh) 2004-12-28 2004-12-28 直流电弧等离子体化学气相沉积装置及金刚石涂层方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CNB2004101018456A CN100335677C (zh) 2004-12-28 2004-12-28 直流电弧等离子体化学气相沉积装置及金刚石涂层方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN1632166A true CN1632166A (zh) 2005-06-29
CN100335677C CN100335677C (zh) 2007-09-05

Family

ID=34848110

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNB2004101018456A Expired - Fee Related CN100335677C (zh) 2004-12-28 2004-12-28 直流电弧等离子体化学气相沉积装置及金刚石涂层方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN100335677C (zh)

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100395378C (zh) * 2005-10-10 2008-06-18 北京科技大学 大颗粒单晶金刚石的直流等离子体沉降制备方法
CN100432287C (zh) * 2006-07-21 2008-11-12 上海大学 强磁场下金刚石薄膜的制备方法
CN101696515A (zh) * 2009-11-10 2010-04-21 宋建华 金刚石单晶同质内延修复以及同质外延生长的方法
CN102094185A (zh) * 2011-01-27 2011-06-15 方文卿 圆桶型金属有机化学气相沉积反应管
CN102094174A (zh) * 2010-12-03 2011-06-15 北京科技大学 一种电子器件用硅基复合片的制备方法
CN102523673A (zh) * 2011-12-19 2012-06-27 北京大学 一种采用磁镜场约束的等离子体密封窗及其密封方法
CN101709457B (zh) * 2009-11-05 2013-08-28 河北普莱斯曼金刚石科技有限公司 一种化学气相沉积金刚石的装置
CN103924210A (zh) * 2014-04-24 2014-07-16 无锡元坤新材料科技有限公司 一种等离子体沉积装置及金刚石涂层的制备方法
CN111005065A (zh) * 2020-01-07 2020-04-14 北京科技大学 一种金刚石膜的等离子体电弧沉积装置与方法
CN114160801A (zh) * 2021-11-01 2022-03-11 沈阳工业大学 一种电弧法制备合金纳米颗粒的设备与方法

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6230650B1 (en) * 1985-10-14 2001-05-15 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Microwave enhanced CVD system under magnetic field
CN1181221C (zh) * 2002-12-13 2004-12-22 北京工业大学 提高电子回旋共振化学气相沉积速度的方法及装置
CN2793101Y (zh) * 2004-12-28 2006-07-05 北京科技大学 强电流直流电弧等离子体化学气相沉积装置

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100395378C (zh) * 2005-10-10 2008-06-18 北京科技大学 大颗粒单晶金刚石的直流等离子体沉降制备方法
CN100432287C (zh) * 2006-07-21 2008-11-12 上海大学 强磁场下金刚石薄膜的制备方法
CN101709457B (zh) * 2009-11-05 2013-08-28 河北普莱斯曼金刚石科技有限公司 一种化学气相沉积金刚石的装置
CN101696515A (zh) * 2009-11-10 2010-04-21 宋建华 金刚石单晶同质内延修复以及同质外延生长的方法
CN102094174B (zh) * 2010-12-03 2013-04-03 北京科技大学 一种电子器件用硅基复合片的制备方法
CN102094174A (zh) * 2010-12-03 2011-06-15 北京科技大学 一种电子器件用硅基复合片的制备方法
CN102094185A (zh) * 2011-01-27 2011-06-15 方文卿 圆桶型金属有机化学气相沉积反应管
CN102094185B (zh) * 2011-01-27 2014-01-29 南昌黄绿照明有限公司 圆桶型金属有机化学气相沉积反应管
CN102523673A (zh) * 2011-12-19 2012-06-27 北京大学 一种采用磁镜场约束的等离子体密封窗及其密封方法
CN103924210A (zh) * 2014-04-24 2014-07-16 无锡元坤新材料科技有限公司 一种等离子体沉积装置及金刚石涂层的制备方法
CN111005065A (zh) * 2020-01-07 2020-04-14 北京科技大学 一种金刚石膜的等离子体电弧沉积装置与方法
CN114160801A (zh) * 2021-11-01 2022-03-11 沈阳工业大学 一种电弧法制备合金纳米颗粒的设备与方法
CN114160801B (zh) * 2021-11-01 2024-03-19 沈阳工业大学 一种电弧法制备合金纳米颗粒的设备与方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN100335677C (zh) 2007-09-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10752994B2 (en) Apparatus and method for depositing a coating on a substrate at atmospheric pressure
US7261779B2 (en) System, method, and apparatus for continuous synthesis of single-walled carbon nanotubes
EP2052097B1 (en) Plasma surface treatment using dielectric barrier discharges
US5518597A (en) Cathodic arc coating apparatus and method
JP5453271B2 (ja) 大気圧下における超高周波プラズマ補助ｃｖｄのための装置および方法、並びにその応用
CN100335677C (zh) 直流电弧等离子体化学气相沉积装置及金刚石涂层方法
US20070262059A1 (en) Electrode systems and methods of using electrodes
US20020150684A1 (en) Method of forming carbon nanotubes and apparatus therefor
KR100531165B1 (ko) 기판 위에 고정된 카본 파이버를 위한 방법 및 장치
US20170243727A1 (en) Atmospheric Pressure Pulsed Arc Plasma Source and Methods of Coating Therewith
CN2793101Y (zh) 强电流直流电弧等离子体化学气相沉积装置
CN1923677A (zh) 碳纳米管生长装置及方法
CN101233598B (zh) 用于等离子体处理设备的等离子体增强器
US5431968A (en) Method for simultaneously coating a plurality of filaments
CN206635413U (zh) 一种等离子体化学气相沉积装置
CN110158056A (zh) 真空镀膜装置
CN114405797B (zh) 一种基于液料等离子喷涂技术的石墨烯涂层及其喷涂工艺
CN1256462C (zh) 热丝辅助微波电子回旋共振化学气相沉积方法及装置
KR101253262B1 (ko) 기판 처리 장치 및 이를 이용한 탄소 나노 튜브 형성 방법
NL2030360B1 (en) Plasma-enhanced Chemical Vapour Deposition Apparatus
RU2818694C1 (ru) Способ изготовления свч-поглотителей
RU2070944C1 (ru) Устройство для нанесения покрытий на протяжные гибкие изделия
US20070110644A1 (en) System for manufacturing a fullerene derivative and method for manufacturing
KR20030077262A (ko) 플라즈마 화학 기상 증착장치 및 이를 이용한 박막 형성방법
CN113502463A (zh) 一种用于大长径比金属筒（或管）内壁沉积类金刚石薄膜的设备

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
C17 Cessation of patent right
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20070905

Termination date: 20100128