基于磁约束提升热丝CVD沉积金刚石涂层效率的方法技术

本发明专利技术属于金刚石涂层制备技术领域，具体公开了基于磁约束提升热丝CVD沉积金刚石涂层效率的方法，改进型的热丝CVD设备包括依次连接的气源、涂层腔室和真空泵，涂层腔室内设有基台和热丝电极组件，在涂层腔室内设置有磁增强组件，磁增强组件包括磁增强电极以及磁控电源，磁增强电极之间连接有螺旋形热丝；在离解阶段：控制磁控电源向磁增强电极通入0.3～0.5A的交变电流；在沉积阶段：控制磁控电源向磁增强电极通入3～5A的交变电流；在降温阶段：控制磁控电源向磁增强电极通入1～3A的交变电流。采用本发明专利技术的方案，带电粒子团在磁场作用下做螺旋运动，延长了粒子的滞留时间，提高了和待涂层刀具的有效碰撞几率，进而提升沉积速率。率。率。

【技术实现步骤摘要】
基于磁约束提升热丝CVD沉积金刚石涂层效率的方法


[0001]本专利技术属于金刚石涂层制备
，具体涉及了基于磁约束提升热丝CVD沉积金刚石涂层效率的方法。

技术介绍

[0002]金刚石涂层常用的制备方法有热丝法、爆炸法、微波法等，其中热丝法可在复杂形状基底上沉积均质薄膜，是目前应用于刀具表面的金刚石涂层制备的主流方法。热丝法主要通过将含C气体，如低浓度甲烷、乙醇、丙酮等和氢气按一定比例充入反应室，在高温热丝作用下裂解形成游离的含C基团，并运动至刀具表面进行沉积。同时在游离H的刻蚀作用下稳定沉积出金刚石相的C原子，并持续生长进而形成金刚石涂层。
[0003]该方法虽然可以在复杂结构刀具表面沉积金刚石涂层，但由于反应腔内要求真空度相对稳定，即要求气体的输入和输出维持相对平衡。由于反应需求的气流量较大，导致含C基团和刀具表面没有足够充分的反应时间，绝大部分输入的氢气在反应过程中没有直接参与沉积反应，导致气体利用率低。
[0004]基于上述不足，本申请提供了基于磁约束提升热丝CVD沉积金刚石涂层效率的方法，以解决目前热丝法存在的反应气体离解不充分导致的沉积速率慢、气体利用率低等问题。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中所存在的不足，本专利技术提供了基于磁约束提升热丝CVD沉积金刚石涂层效率的方法，以解决目前热丝法存在反应气体离解不充分导致的沉积速率慢、气体利用率低等问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用了如下的技术方案：
[0007]基于磁约束提升热丝CVD沉积金刚石涂层效率的方法，采用改进型热丝CVD设备对刀具沉积金刚石涂层，改进型的热丝CVD设备包括依次连接的气源、涂层腔室和真空泵，涂层腔室内设有基台和热丝电极组件，在涂层腔室内设置有靠近刀具的磁增强组件，磁增强组件包括分别位于基台两侧的磁增强电极，以及连接磁增强电极的磁控电源，磁增强电极之间连接有螺旋形热丝；
[0008]在离解阶段：控制磁控电源向磁增强电极通入0.3～0.5A的交变电流；
[0009]在沉积阶段：控制磁控电源向磁增强电极通入3～5A的交变电流；
[0010]在降温阶段：控制磁控电源向磁增强电极通入1～3A的交变电流。
[0011]相比于现有技术，本专利技术具有如下有益效果：
[0012]1、本方案通过在涂层腔室内增设螺旋形热丝，输入一定大小的交变电流后可产生磁场，这样使得反应气体首先在热丝电极组件作用下离解后形成带电粒子团，后又在磁场作用下做螺旋运动，既延长了粒子的滞留时间，又提高了和待涂层刀具的有效碰撞几率，提升沉积速率。
[0013]2、本方案中通过在金刚石涂层的不同阶段，通过改变通入的交变电流大小可进一步通过控制磁场大小达到对含C基团、氢气、电子的选择性调控；其中离解阶段用较低磁场强化二次电子和反应气体的碰撞，降低碳源气体的裂解时间；而沉积阶段使用较高强度磁场强化C基基团和刀具碰撞概率，以提高沉积速率；在沉积结束及降温阶段则使用中间强度磁场提高游离氢对残留石墨相的刻蚀作用，以提高表面质量。
[0014]进一步，所述气源和涂层腔室之间设有混气室，还设有对混气室进行加热的加热组件，加热的温度为100～200℃。
[0015]有益效果：本方案通过在气源和涂层腔室之间设置混气室，并通过加热组件加热使得混气室内部温度保持在100～200℃范围内，这样的方式可提高反应气体的运动速率，预热的气体具有更高的活性和传输速率，在涂层腔室内更易混合均匀；另外也可提高反应气体具有的能量，减少因裂解吸收能量的时间，进而减少涂层时间。
[0016]进一步，所述混气室为圆柱形结构，其材质采用导磁和耐高温材料制成，所述加热组件包括涡流加热线圈和独立电源，所述涡流加热线圈缠绕在混气室外部。
[0017]有益效果：这样通过涡流加热的方式能够让混气室内快速升温，并保持在需求的温度范围内。
[0018]进一步，所述涂层腔室内设有水冷的基台和热丝电极组件，基台上可固定若干排刀具，涂层腔室内设有若干组热丝电极组件，每组热丝电极组件包括分别位于基台两侧的热丝电极，两个热丝电极之间连接有热丝，位于基台同一侧的热丝电极通过导电杆相互连接。
[0019]有益效果：这样设置一方面能够提高对若干排刀具的附近的气体进行离解的效果，另一方面只需要设置一个电源就可以对若干组热丝电极组件进行供电。
[0020]进一步，所述磁增强组件设有多组，位于基台同一侧的磁增强电极之间连接有电极杆。
[0021]有益效果：这样保证若干组刀具同时进行涂层时的效率和效果。
[0022]进一步，所述螺旋形热丝采用钽丝制成，钽丝的直径为1～3mm。
[0023]有益效果：钽丝制成的螺旋形热丝产生的感应磁场的热稳定性强。
[0024]进一步，所述螺旋形热丝为等螺距的螺旋线圈，当刀具直径小于8mm时，螺距为20～30mm；当刀具直径大于8mm小于16mm时，螺距为30～40mm；当刀具直径大于16mm时，螺距为40～50mm。
[0025]有益效果：通过刀具的直径来调整螺旋形热丝的螺距，进一步提升刀具涂层的效率。
[0026]进一步，刀具位于螺旋形热丝的相邻螺距之间，螺旋形热丝不与刀具接触。
[0027]有益效果：这样保证各个刀具涂层的效率同步提升。
附图说明
[0028]图1为本专利技术实施例中改进型热丝CVD设备的示意图。
[0029]图2为本专利技术实施例中基台的俯视图。
[0030]说明书附图中的附图标记包括：刀具1、气源10、涂层腔室11、真空泵12、混气室13、涡流加热线圈14、基台15、热丝电极组件16、热丝电极17、热丝18、导电杆19、热丝电源20、磁
增强组件21、磁增强电极22、螺旋形热丝23、电极杆24、磁控电源25。
具体实施方式
[0031]以下结合说明书附图对本专利技术作进一步详细说明，并给出具体实施方式。
[0032]实施例：
[0033]基于磁约束提升热丝CVD沉积金刚石涂层效率的方法，本方法采用了改进型热丝CVD设备，结合图1和图2所示，在原有的热丝CVD设备的基础上，增加了混气室13和磁增强组件21。
[0034]原有的热丝CVD设备包括气源10、涂层腔室11和真空泵12，其中气源10提供氢气以及低浓度甲烷、乙醇、丙酮等，混气室13设置在气源10和涂层腔室11之间，磁增强组件21设置在涂层腔室11内。
[0035]混气室13为圆柱形结构，其材质采用导磁和耐高温材料制成，在混气室13上设有对其进行加热的加热组件，加热组件包括缠绕在混气室13外部的涡流加热线圈14，涡流加热线圈14连接有独立电源，通过独立电源向涡流加热线圈14供电，以完成对混气室13的加热，加热的温度为100～200℃。
[0036]涂层腔室11为封闭设置，在涂层腔室11内水平设置有可水冷的基台15，基台15上可固定若干排刀具1，在涂层腔室11内设有若干组热丝电极组件16本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于磁约束提升热丝CVD沉积金刚石涂层效率的方法，采用改进型热丝CVD设备对刀具沉积金刚石涂层，改进型的热丝CVD设备包括依次连接的气源、涂层腔室和真空泵，涂层腔室内设有基台和热丝电极组件，其特征在于：在涂层腔室内设置有靠近刀具的磁增强组件，磁增强组件包括分别位于基台两侧的磁增强电极，以及连接磁增强电极的磁控电源，磁增强电极之间连接有螺旋形热丝；在离解阶段：控制磁控电源向磁增强电极通入0.3～0.5A的交变电流；在沉积阶段：控制磁控电源向磁增强电极通入3～5A的交变电流；在降温阶段：控制磁控电源向磁增强电极通入1～3A的交变电流。2.根据权利要求1所述的基于磁约束提升热丝CVD沉积金刚石涂层效率的方法，其特征在于：所述气源和涂层腔室之间设有混气室，还设有对混气室进行加热的加热组件，加热的温度为100～200℃。3.根据权利要求2所述的基于磁约束提升热丝CVD沉积金刚石涂层效率的方法，其特征在于：所述混气室为圆柱形结构，其材质采用导磁和耐高温材料制成，所述加热组件包括涡流加热线圈和独立电源，所述涡流加热线圈缠绕在混气室外部。4.根据权利要求1所述的基于磁约束提升热丝C...

【专利技术属性】
技术研发人员：王弢，杨路，汪亮，孙刘杨，
申请(专利权)人：嘉兴沃尔德金刚石工具有限公司，
类型：发明
国别省市：