CN209493629U - 一种金刚石复合片以及一种窗体 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种金刚石复合片，所述金刚石复合片包括单晶金刚石片和多晶金刚石膜；所述单晶金刚石片在所述金刚石复合片的中心，所述多晶金刚石膜包裹所述单晶金刚石片的外缘表面。该金刚石复合片结构由于中心采用高品质大尺寸单晶金刚石片，介质损耗低，热导率高，断裂强度高，可以承受兆瓦级微波功率而不断裂，而且寿命长。
Description
技术领域
本申请涉及一种回旋管用微波窗口结构，具体涉及一种金刚石单晶多晶复合片。
背景技术
回旋管中的微波窗口用的金刚石窗片目前用多晶金刚石自支撑膜，但多晶金刚石自支撑膜介质损耗高，导致在大功率兆瓦级微波穿过时由于介质损耗，导致窗片中心急剧升温，而多晶金刚石的断裂强度低，热导率也不是非常高，从而很容易在中心开裂。单晶金刚石，其介质损耗低，大约只有6×10-5左右，可以极大较小微波在其中的能量残留。实际上，穿过窗口的微波能量呈高斯分布，即中心很高，两边逐渐降低，且中心地带的能量宽度仅在10mm左右。因此，开发一种性能优异的窗片，具有重要的意义。
实用新型内容
本申请提供了一种金刚石复合片，所述金刚石复合片，包括整个窗体结构，所述结构中心是单晶金刚石片，周围是多晶金刚石膜，二者组合成单晶、多晶复合的金刚石复合片。该金刚石复合片结构由于中心采用高品质大尺寸单晶金刚石片，介质损耗低，热导率高，断裂强度高，可以承受兆瓦级微波功率而不断裂，而且寿命长。
所述金刚石复合片，包括单晶金刚石片和多晶金刚石膜；所述单晶金刚石片在所述金刚石复合片的中心，所述多晶金刚石膜包裹所述单晶金刚石片的外缘表面。
可选地，所述金刚石复合片还包括窗体骨架架；所述多晶金刚石膜和所述窗体骨架钎焊连接为一个整体。
作为一种实施方式，为了解决回旋管微波窗口用多晶金刚石窗的断裂问题，本实用新型提出了一种复合金刚石窗片结构，以增加窗片使用寿命。
为了实现上述目的，本实用新型提出了一种金刚石复合窗片结构，包括整个窗体，其特征在于，所述复合窗片是由金刚石单晶片和多晶膜复合而成，单晶金刚石片在整个窗片的中心部位，多晶金刚石膜在单晶金刚石的四周，然后多晶金刚石膜和金属架通过钎焊组成整个窗体。由于单晶金刚石的介质损耗比多晶金刚石低很多，有效减小了微波窗口中心部位的介质损耗，兆瓦级微波穿过窗片时，由于介质损耗残留在窗片内的能量就会极大减少。
可选地，所述多晶金刚石膜的外缘表面的任意一点至所述金刚石复合片的中心的距离与所述单晶金刚石片的外缘表面的任意一点至所述金刚石复合片的中心的距离的比值≤15。
可选地，所述单晶金刚石片与所述多晶金刚石膜的结合方式的包括化学键合或物理键合。
可选地，所述多晶金刚石膜的厚度与所述单晶金刚石片的厚度没有直接的大小关系。单晶金刚石片的厚度可以小于多晶金刚石膜的厚度，也可以等于或大于多晶金刚石膜的厚度。
可选地，所述多晶金刚石膜的厚度等于所述单晶金刚石片的厚度。
可选地，所述多晶金刚石膜的厚度大于所述单晶金刚石片的厚度。
可选地，所述多晶金刚石膜的厚度小于所述单晶金刚石片的厚度。
可选地，所述单晶金刚石片是一片或多片镶嵌在多晶金刚石片中。当单晶金刚石片为多片镶嵌在多晶金刚石膜中时，多片金刚石片的中心与所述金刚石复合片的中心重合，多片金刚石片可以均匀分布在多晶金刚石膜上。
可选地，所述单晶金刚石片包括天然单晶金刚石片、人工合成单晶金刚石片中的至少一种；
所述单晶金刚石片包括圆形单晶金刚石片、多边形单晶金刚石片；所述圆形单晶金刚石片的直径为5～50mm，厚度为0.05～3mm；
所述多边形单晶金刚石片的边长为5～50mm，厚度为0.05～3mm。
可选地，所述多晶金刚石膜包括微米晶、纳米晶、超细纳米晶中的至少一种；
所述多晶金刚石膜包括外缘轮廓呈圆形的多晶金刚石膜、外缘轮廓呈多边形的多晶金刚石膜；
所述外缘轮廓呈圆形的多晶金刚石膜的外缘轮廓直径为10～200mm，厚度为0.01～3mm；
所述外缘轮廓呈多边形的多晶金刚石膜的外缘轮廓的边长为1～200 mm，厚度为0.01～3mm。
可选地，所述金刚石复合片的厚度为0.05～3mm。
可选地，所述金刚石复合片的厚度的上限选自3mm、2mm、1mm、 0.8mm、0.5mm或0.2mm；下限选自1mm、0.8mm、0.5mm、0.2mm 或0.05mm。
可选地，所述金刚石复合片的厚度为0.2～3mm。
根据本申请的又一方面，提供一种窗片，包含所述的金刚石复合片。
根据本申请的又一方面，提供一种回旋管微波窗体，包含所述的窗片。
可选地，所述的回旋管微波窗口，其特征在于，还包括窗体骨架；
所述窗体骨架与所述窗片固定连接。
本申请中所述金刚石单晶多晶复合片中心是单晶金刚石片，介质损耗低，热导率高，断裂强度高，微波穿过时，残留在窗片内的能量极大减少，导致中心升温降低，且热导率和断裂强度高，不容易开裂，且寿命长。另外，一片直径100mm可以承受兆瓦级微波的多晶金刚石片，市场售价在 10元人民币左右，而直径100mm的金刚石单晶多晶复合片，成本却只有3-4万元，只是多晶金刚石窗片的30-40％。
本申请能产生的有益效果包括：
为了解决回旋管微波窗口用多晶金刚石窗的断裂问题，本实用新型提出了一种复合金刚石窗片结构，以增加窗片使用寿命。该金刚石复合窗片结构，包括整个窗体，所述复合窗片是由金刚石单晶片和多晶膜复合而成，单晶金刚石片在整个窗片的中心部位，多晶金刚石膜在单晶金刚石的四周，然后多晶金刚石膜和金属架通过钎焊组成整个窗体。由于单晶金刚石的介质损耗比多晶金刚石低很多，有效减小了微波窗口中心部位的介质损耗，兆瓦级微波穿过窗片时，由于介质损耗残留在窗片内的能量就会极大减少。
附图说明
图1为金刚石单晶多晶复合片的结构示意图；其中，1-窗体；2-单晶金刚石；3-多晶金刚石。
具体实施方式
下面结合实施例详述本申请，但本申请并不局限于这些实施例。
实施例1
参见图1，金刚石单晶多晶复合片包括窗体骨架(1)、单晶金刚石(2) 和多晶金刚石(3)。窗体骨架呈圆形，直径80mm，单晶金刚石呈圆形(直径5mm)，多晶金刚石呈圆形，直径80mm，整个窗片的厚度在0.5mm。多晶金刚石膜和窗体骨架通过钎焊组成整个窗体。兆瓦级微波穿过窗片时，大部分能力打在单晶金刚石片上，由于单晶金刚石的介质损耗比多晶金刚石的低很多，这样残留在整个窗片内的能量就极大减少，降低了窗片的温升。另外，单晶金刚石的热导率比多晶金刚石高，能把中心的热量及时传导出去，避免窗片中心热冲击过高，导致其开裂。同时，本实用新型提供的金刚石复合片可以根据实际需要，选择单晶金刚石的形状和尺寸，且成本低廉。
实施例2
参见图1，金刚石单晶多晶复合片包括窗体骨架(1)、单晶金刚石(2) 和多晶金刚石(3)。窗体骨架呈圆形，直径150mm，单晶金刚石呈圆形(直径50mm)，多晶金刚石呈圆形，直径150mm，整个窗片的厚度在1mm。多晶金刚石膜和窗体骨架通过钎焊组成整个窗体。兆瓦级微波穿过窗片时，大部分能力打在单晶金刚石片上，由于单晶金刚石的介质损耗比多晶金刚石的低很多，这样残留在整个窗片内的能量就极大减少，降低了窗片的温升。另外，单晶金刚石的热导率比多晶金刚石高，能把中心的热量及时传导出去，避免窗片中心热冲击过高，导致其开裂。同时，本实用新型提供的金刚石复合片可以根据实际需要，选择单晶金刚石的形状和尺寸，且成本低廉。
实施例3
参见图1，金刚石单晶多晶复合片包括窗体骨架(1)、单晶金刚石(2) 和多晶金刚石(3)。窗体骨架呈圆形，直径80mm，单晶金刚石呈多边形 (边长5mm)，多晶金刚石呈圆形，直径80mm，整个窗片的厚度在2mm。多晶金刚石膜和窗体骨架通过钎焊组成整个窗体。兆瓦级微波穿过窗片时，大部分能力打在单晶金刚石片上，由于单晶金刚石的介质损耗比多晶金刚石的低很多，这样残留在整个窗片内的能量就极大减少，降低了窗片的温升。另外，单晶金刚石的热导率比多晶金刚石高，能把中心的热量及时传导出去，避免窗片中心热冲击过高，导致其开裂。同时，本实用新型提供的金刚石复合片可以根据实际需要，选择单晶金刚石的形状和尺寸，且成本低廉。
实施例4
参见图1，金刚石单晶多晶复合片包括窗体骨架(1)、单晶金刚石(2) 和多晶金刚石(3)。窗体骨架呈圆形，直径150mm，单晶金刚石呈多边形 (边长50mm)，多晶金刚石呈圆形，直径150mm，整个窗片的厚度在0.8mm。多晶金刚石膜和窗体骨架通过钎焊组成整个窗体。兆瓦级微波穿过窗片时，大部分能力打在单晶金刚石片上，由于单晶金刚石的介质损耗比多晶金刚石的低很多，这样残留在整个窗片内的能量就极大减少，降低了窗片的温升。另外，单晶金刚石的热导率比多晶金刚石高，能把中心的热量及时传导出去，避免窗片中心热冲击过高，导致其开裂。同时，本实用新型提供的金刚石复合片可以根据实际需要，选择单晶金刚石的形状和尺寸，且成本低廉。
实施例5
将直径100mm，厚度2mm的自制多晶金刚石自支撑膜中间挖出直径18mm深度1mm的凹坑，在距离中心50mm的位置，对称挖出4个深度 1mm的凹坑，然后把直径18mm厚度1mm的5片人工合成单晶金刚石片放入其中。然后把这个金刚石复合片放入热丝化学气相沉积系统中，抽真空到约10-1Pa，然后通入CH4和H2作为反应气体，其中，H2浓度400sccm， CH4浓度15sccm。气压保持在2.6kPa左右，热丝-基体间距8mm，沉积时间20h。沉积结束后对金刚石复合片进行研磨抛光。沉积后的金刚石复合片中单晶金刚石片与多晶膜之间结合致密，没有缝隙。抛光后的金刚石复合片中单晶金刚石片的中心与金刚石复合片的中心重合多晶金刚石膜的外缘表面的至少一点至金刚石复合片的中心的距离与单晶金刚石片的外缘表面的至少一点至所述金刚石复合片的中心的距离的比值≤15。多晶金刚石膜包括微米晶、纳米晶、超细纳米晶。
此外应理解，在阅读了本实用新型的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本实用新型作各种改动或修改，例如改动整个复合片中单晶金刚石片的数量、分布方式、以及形状尺寸等，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
以上所述，仅是本申请的几个实施例，并非对本申请做任何形式的限制，虽然本申请以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限制本申请，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本申请技术方案的范围内，利用上述揭示的技术内容做出些许的变动或修饰均等同于等效实施案例，均属于技术方案范围内。
Claims (9)
1.一种金刚石复合片，其特征在于，包括窗体骨架、单晶金刚石片和多晶金刚石膜；所述单晶金刚石片在所述金刚石复合片的中心，所述多晶金刚石膜包裹所述单晶金刚石片的外缘表面；所述窗体骨架与所述多晶金刚石膜固定连接。
2.根据权利要求1所述的金刚石复合片，其特征在于，所述多晶金刚石膜的外缘表面的任意一点至所述金刚石复合片的中心的距离与所述单晶金刚石片的外缘表面的任意一点至所述金刚石复合片的中心的距离的比值≤15。
3.根据权利要求1所述的金刚石复合片，其特征在于，所述单晶金刚石片与所述多晶金刚石膜的结合方式的包括化学键合或物理键合。
4.根据权利要求1所述的金刚石复合片，其特征在于，所述单晶金刚石片是一片或多片镶嵌在多晶金刚石膜中。
5.根据权利要求1所述的金刚石复合片，其特征在于，所述单晶金刚石片包括天然单晶金刚石片、人工合成单晶金刚石片中的至少一种；
所述单晶金刚石片包括圆形单晶金刚石片、多边形单晶金刚石片；
所述圆形单晶金刚石片的直径为5～50mm，厚度为0.05～3mm；
所述多边形单晶金刚石片的边长为5～50mm，厚度为0.05～3mm。
6.根据权利要求1所述的金刚石复合片，其特征在于，所述多晶金刚石膜包括微米晶、纳米晶、超细纳米晶中的至少一种；
所述多晶金刚石膜包括外缘轮廓呈圆形的多晶金刚石膜、外缘轮廓呈多边形的多晶金刚石膜；
所述外缘轮廓呈圆形的多晶金刚石膜的外缘轮廓直径为10～200mm，厚度为0.01～3mm；
所述外缘轮廓呈多边形的多晶金刚石膜的外缘轮廓的边长为1～200mm，厚度为0.01～3mm。
7.根据权利要求1所述的金刚石复合片，其特征在于，所述金刚石复合片的厚度为0.05～3mm。
8.一种窗体，其特征在于，包含权利要求1至7任一项所述的金刚石复合片。
9.根据权利要求8所述的窗体，其特征在于，所述窗体为回旋管微波窗体。
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| CN201821364591.0U CN209493629U (zh) | 2018-08-23 | 2018-08-23 | 一种金刚石复合片以及一种窗体 |
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