一种超纳米金刚石薄膜的制备装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术提供一种超纳米金刚石薄膜的制备装置，包括：由下而上的底座、衬底及加热层，加热层用于加热使衬底的温度维持在预设温度；石英钟罩，用于与底座形成密封体；蓄能器件，设置在石英钟罩与底座构成的密封体内，用于储存电能，包括阴极和阳极；中心电极，连接蓄能器件的阳极；外部电极，连接蓄能器件的阴极；螺旋丝杆，连接中心电极，使中心电极可朝向外部电极移动，当二者之间的距离达到第一预设距离，使外部电极发射出预设能量的碳等离子体，在预设温度的衬底上形成超纳米金刚石薄膜。本方案提供的装置，可提供不引入外界杂质的预设压强的环境以沉积出超纳米金刚石薄膜，具有较高的沉积效率，且沉积出的超纳米金刚石薄膜的纯净度较高。

A preparation device of super nano diamond film

【技术实现步骤摘要】
一种超纳米金刚石薄膜的制备装置
本技术涉及超纳米金刚石薄膜制备设备领域，尤其涉及一种超纳米金刚石薄膜的制备装置。
技术介绍
金金刚石薄膜根据晶粒尺寸大小可分为微米级、纳米级和超纳米级薄膜。纳米金刚石膜是指晶粒度小于200nm的金刚石膜，而超纳米金刚石膜则指晶粒度一般小于10nm的超细晶粒。由于超纳米金刚石晶粒小(最低可至2nm)、晶界比例高，及拥有显著的量子尺寸效应、表面效应和界面效应，且超纳米金刚石还具有沉积温度相对较低、内应力小，附着力好以及掺杂特性好的优点，因此受到了行业的广泛关注。在机械性能方面，超纳米金刚石具有表面光滑性好和摩擦系数小的特点，适合用作旋转机械设备的耐磨层和密封涂层；在电学性能方面，超纳米金刚石薄膜表面悬挂键密度高，拥有大量的sp2键碳原子形成电子发射的导电通道，有利于价带电子从禁带中的局域态跃迁到导带，利用隧道效应从表面发射出来；在生物医学领域，超纳米金刚石薄膜润湿性好、化学惰性强以及生物兼容性好，可用作人工心脏瓣膜、人工关节和假牙等人工医疗植入器材的密封涂层，以阻隔生物有机层和无机物，从而减少外界植入物对人体机能的负面作用。此外，超纳米金刚石还具有从深紫外到远红外的全透性，可用于制备高功率激光镜片和光学窗口；拥有高达16.76km/s的纵声波速率，可提高滤波器的频率和功率承受能力，满足飞速发展的通讯行业对信号处理量的要求。上世纪90年代，美国阿贡国家实验室采用微波等离子体化学气相沉积装置(MPCVD)，在800℃条件下首次制备出超纳米金刚石膜。金刚石的生长机理非常复杂，至少存在20种以上由游离的碳原子和氢原子构成的多种不同成键形式的物质，且反应过程和元素种类是持续变化。其中一种制备方法为：在含有CH4和Ar的气氛中，Ar和CH4吸收微波能量后碰撞电离生成Ar+和C2H2，最终生成C2基团，具体反应过程如下：Ar+e→Ar*+eAr+e→Ar++2eCH4+Ar*→CHX+HCH+CH→C2H2Ar++C2H2→C2H++H+ArC2H+Ar+→C2H++ArC2H++e→C2+HCH+C→C2+H可见，该制备过程反应过程复杂且繁琐。综上所述，现有技术方案中缺少一种过程简单的制备超纳米金刚石薄膜的制备方案。
技术实现思路
本技术提供一种超纳米金刚石薄膜的制备装置，以解决现有技术方案中缺少一种过程简单的制备超纳米金刚石薄膜的制备方案的技术问题。根据本技术实施例提供的一种超纳米金刚石薄膜的制备装置，包括：底座；衬底，设置所述底座之上；加热层，内部均匀排布有加热器，设置于所述底座与所述衬底之间，用于加热使所述衬底的温度维持在预设温度；石英钟罩，用于与所述底座形成密封体；蓄能器件，设置在所述石英钟罩与所述底座构成的密封体内，用于储存电能，包括阴极和阳极；中心电极，与所述蓄能器件的阳极连接；外部电极，与所述蓄能器件的阴极连接；螺旋丝杆，连接所述中心电极，使所述中心电极可朝向外部电极移动，从而使得所述外部电极与中心电极之间的距离达到第一预设距离，使外部电极发射出预设能量的碳等离子体，在预设温度的衬底上形成超纳米金刚石薄膜。在一个实施例中，所述中心电极与所述外部电极的材质均为石墨，所述石墨的纯净度不低于99.99％。在一个实施例中，所述中心电极的形状为一字型，所述外部电极的形状为U字型空心圆筒结构。在一个实施例中，还包括：支架，用于固定所述外部电极。在一个实施例中，还包括：圆形衬套，位于所述中心电极与外部电极之间，与所述外部电极固定连接。在一个实施例中，所述衬底的材质为如下中的一种：石英、铜、铂或硅。在一个实施例中，所述加热器的形状为圆柱状。本技术实施例提供的一种超纳米金刚石薄膜的制备装置，由中心电极与外部电极构成的电弧枪每次发射电弧导致外部电极产生的高纯度碳等离子体在石英钟罩内持续存在的时间达80～120μs，每次可沉积1～1.5nm厚的超纳米金刚石薄膜。可以得出，本技术方案每次激励出的碳等离子体的数量较多、强度大，具有较高的超纳米金刚石薄膜沉积速率。除此之外，本技术实施例提供的装置中的衬底不需要采用金刚石粉末研磨预处理，便能够在石英钟罩与衬底构成的预设压强的密封体内生长出高纯度超纳米金刚石薄膜。附图说明本技术所提供的说明附图用于解释本技术，应该理解的是，如下所描述的具体实施例为构成本技术的一部分实施例，并不构成对本技术的不当限定。在附图中：图1为本技术实施例提供的一种超纳米金刚石薄膜的制备装置的结构示意图。具体实施方式为使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术具体实施例及相应的附图对本技术技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。以下结合附图，详细说明本技术各实施例提供的技术方案。本技术实施例提供一种制备超纳米金刚石薄膜的装置，参见图1所示，所述装置包括：底座11、衬底12、加热层13、石英钟罩22、蓄能器件29、中心电极23、外部电极24及螺旋丝杆28；其中，衬底12位于底座11之上；加热层13，内部均匀排布有加热器213，设置于所述底座11与所述衬底12之间，用于加热使所述衬底12的温度维持在预设温度；石英钟罩22，用于与所述底座11形成密封体；蓄能器件29，设置在所述石英钟罩22与所述底座11构成的密封体内，用于储能电能，包括阴极和阳极；中心电极23，与所述蓄能器件29的阳极连接；外部电极24，与所述蓄能器件29的阴极连接；螺旋丝杆28，连接所述中心电极23，使中心电极23可朝向外部电极24移动，从而使得所述外部电极24与中心电极23之间的距离达到第一预设距离，使外部电极24发射出预设能量的碳等离子体，在预设温度的衬底12上形成超纳米金刚石薄膜。在本技术实施例中，在底座11上设置有独立于所述底座11的加热层13，可以使衬底12被加热至所述预设温度，并使衬底12的温度维持在预设温度，而所述预设温度为衬底12的状态为熔融状态所对应的温度，因而在制备超纳米金刚石薄膜的过程中可以使衬底12的状态一直处于接近熔融状态，从而为预设能量的碳离子在衬底12上形成超纳米金刚石薄膜提供温度及状态条件；除此之外，加热层13独立设置，便于控制及维修，即当加热层内的加热器出现故障时便于维修，或者是直接更换加热层，而无需更换底座11，因此，本方案在很大程度上节约了资源的浪费。在本技术一个实施例中，所述中心电极23与所述外部电极24的材质均为石墨电极，纯净度不低于99.99％。在本技术实施例中，中心电极23与外部电极24的材本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超纳米金刚石薄膜的制备装置，其特征在于，包括：/n底座；/n衬底，设置所述底座之上；/n加热层，内部均匀排布有加热器，设置于所述底座与所述衬底之间，用于加热使所述衬底的温度维持在预设温度；/n石英钟罩，用于与所述底座形成密封体；/n蓄能器件，设置在所述石英钟罩与所述底座构成的密封体内，用于储存电能，包括阴极和阳极；/n中心电极，与所述蓄能器件的阳极连接；/n外部电极，与所述蓄能器件的阴极连接；/n螺旋丝杆，连接所述中心电极，使所述中心电极可朝向外部电极移动，从而使得所述外部电极与中心电极之间的距离达到第一预设距离，使外部电极发射出预设能量的碳等离子体，在预设温度的衬底上形成超纳米金刚石薄膜。/n

【技术特征摘要】
1.一种超纳米金刚石薄膜的制备装置，其特征在于，包括：
底座；
衬底，设置所述底座之上；
加热层，内部均匀排布有加热器，设置于所述底座与所述衬底之间，用于加热使所述衬底的温度维持在预设温度；
石英钟罩，用于与所述底座形成密封体；
蓄能器件，设置在所述石英钟罩与所述底座构成的密封体内，用于储存电能，包括阴极和阳极；
中心电极，与所述蓄能器件的阳极连接；
外部电极，与所述蓄能器件的阴极连接；
螺旋丝杆，连接所述中心电极，使所述中心电极可朝向外部电极移动，从而使得所述外部电极与中心电极之间的距离达到第一预设距离，使外部电极发射出预设能量的碳等离子体，在预设温度的衬底上形成超纳米金刚石薄膜。


2.根据权利要求1所述的装置...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕家将，吴炳理，彭凡林，蒋晓刚，王文超，
申请(专利权)人：九江职业技术学院，
类型：新型
国别省市：江西;36