[实用新型]热丝恒张力悬挂装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及制备金刚石膜的热丝CVD装置中的一种热丝恒张力悬挂装置。

背景技术

金刚石具有极佳的力、热、光、电、声学性能，具有及其广泛的应用前景。天然金刚石以及采用高温高压法合成的金刚石为颗粒状形态，限制了金刚石的应用范围，采用化学气相沉积(CVD)法制备的金刚石膜为膜状形态，极大拓展了其应用范围。热丝CVD法制备金刚石膜，采用氢气和含碳的气体或液体为原料，通过热裂解来制备金刚石，具有成本低、生长速度较快，并且装置容易放大等优点，是目前普遍采用的一种制备金刚石膜的装置。采用热丝CVD法制备金刚石膜，需在电极上装配数根热丝，热丝通常采用高熔点的、能和碳形成碳化物的金属(如W、Ta等)，直径一般不超过0.6mm。热丝从室温加热到工作温度(通常为2000～2500℃)时会伸长，并且在高温热丝和碳发生反应而碳化，在碳化过程中会因渗碳而伸长20％左右，此外热丝在高温工作时，因张力而产生蠕变也会导致热丝伸长，由于生长厚膜时热丝工作时间长达几百个小时，因此，高温蠕变也是必须考虑的重要因数。热丝伸长会使热丝下坠，改变热丝与基体之间的距离，一方面会使基片温度升高，偏离最佳的金刚石膜生长条件，影响沉积的金刚石膜的质量，另一方面，热丝下坠是不均匀下坠，使热丝与基片的距离不再是常数，导致沉积的金刚石膜厚度不均匀。现普遍采用的防止热丝下坠的方法主要有两种，一种是采用螺线管状热丝，利用拉伸螺线管产生的张力来补偿热丝在工作中产生的伸长，但是，这种方法因螺线管本身因下坠而弯曲，只能沉积小面积的金刚石膜；另一种方法是采用直热丝，通过对热丝施加一张力使热丝平直，这样就能制备大面积的金刚石膜。这是目前普遍采用的一种方法。现在对热丝施加张力都是采用高温弹簧或弹片，只不过施加方式有所不同，如美国专利No.4953499，No.4958592，No.5833753，No.4970986以及中国专利ZL98205844.6等。由于弹簧提供的张力为变力，服从胡克定律，在工作过程中随着热丝伸长，弹簧缩短，提供的张力会下降；此外，弹簧在高温环境下工作(一般环境温度几百度)，会使弹簧退火，使倔强系数变小，一方面使弹力变小，另一方面影响弹簧使用寿命。因此，高温弹簧有着明显的缺点。此外，由于热丝碳化后，抗拉强度大幅降低，施加在热丝上的张力有限，施加张力太大热丝会被拉断，但如果施加张力太小，就不能补偿因高温蠕变而导致的伸长，就不能保证热丝始终处于平直状态，从而影响沉积的金刚石膜均匀性，因此，使用高温弹簧时，每次都必须仔细调整弹簧的弹力，比较麻烦。另外，现有热丝悬挂系统，结构都比较复杂。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种结构简单、易装配、工作时可使热丝一直处于平直状态的热丝恒张力悬挂装置。

为了实现上述目的，本实用新型的技术方案是：热丝恒张力悬挂装置，其特征在于它包括第一电极1、第二电极2、钩状电极引线4、活塞式可移动电极组件5、金属导线6、导电金属杆7、陶瓷绝缘体8、滑轮组9、第一电极金属引线10、砝码11、第一电极支撑架12、滑轮组支撑架14、第二电极金属引线15、第二电极支撑架16，第一电极支撑架12的上端与第一电极1固定连接，第一电极金属引线10与第一电极1固定连接；第二电极支撑架16的上端与第二电极2固定连接，第二电极2上至少设有二个圆管通孔，活塞式可移动电极组件5由圆柱状电极体和第一圆管组成，圆柱状电极体插入第一圆管内，第一圆管插卡在圆管通孔内，圆柱状电极体的左端与钩状电极引线4固定连接，圆柱状电极体的右端与金属导线6的左端固定连接，金属导线6的右端与导电金属杆7固定连接，第二电极金属引线15与导电金属杆7固定连接；第一电极1位于第二电极2的左侧，滑轮组9位于第二电极2的右侧，滑轮组9与滑轮组支撑架14的上端固定连接；第一牵引线17的一端与导电金属杆7固定连接，第一牵引线17的另一端与陶瓷绝缘体8固定连接，第二牵引线18的左端与陶瓷绝缘体8固定连接，第二牵引线18的右端经过滑轮组9后与砝码11固定连接；第一电极支撑架12的下端、第二电极支撑架16的下端、滑轮组支撑架14的下端分别与真空腔体底部13电绝缘固定连接；使用时，热丝3的右端与钩状电极引线4固定连接，热丝3的左端与第一电极1固定连接。

所述的滑轮组9由圆棒和第二圆管组成，第二圆管长度小于圆棒长度，圆棒穿过第二圆管，两个滑轮组支撑架14的上端分别与露于第二圆管外的圆棒的两端部固定连接。

本实用新型采用重力取代传统的弹力给热丝提供张力，保证热丝上的张力在热丝工作过程中始终保持恒定，时时补偿热丝因高温蠕变导致的热丝伸长，使热丝一直保持平直状态。采用上述结构，其结构简单、易装配。

附图说明