[发明专利]基于热丝法的制备双面金刚石涂层的装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种金刚石涂层制备设备，尤其是能两面快速沉积金刚石涂层的装置，具体地说是一种基于热丝法的制备双面金刚石涂层的装置。

背景技术

自二十世纪八十年代日本学者首次用化学气相沉积(简称CVD)合成金刚石膜以来，CVD金刚石膜技术得到迅速发展，目前CVD金刚石的力学、热学、声学、电学、光学和化学等各项性能已达到或接近天然金刚石的性能。热丝CVD法制备金刚石膜具有生长速度较快、生长条件参数控制要求不严、反应室压力范围较宽、成膜面积大、设备投资小、结构简单、能实现工业化生产等优点，热丝CVD法是目前制备CVD金刚石膜最常用的方法之一。

热丝法生长金刚石膜通常采用多根热丝组成的热丝阵列来实现，混合反应气体由反应室中的进气口从上部流向热丝阵列，经高温热丝加热，部分反应气体分解成含含碳活性集团和原子氢，这些含碳活性基团和原子氢流向衬底，在一定的工艺条件下在衬底沉积除金刚石膜。

目前热丝法生长金刚石膜所采用的电极均为沿水平方向排布的二维热丝阵列。在这种热丝阵列下，经热丝分解的生成的含碳活性集团和原子氢绝大部分沉积在衬底上工件的上表面，在工件侧面只有少量沉积，尤其是在片状工件(如电极板、刀片等)上沉积金刚石膜时，由于工件只能水平放置在衬底上工作台，每个工件占用衬底面积大，并且一次只能在一个面上沉积，造成生产效率不高。传统的衬底工件测温工艺是在工件底部安放一根固定的热电偶，只能测定一点温度。传统的预紧力装置只采用固定的不可调节的弹性装置提供预紧力，在金刚石膜生长过程中不能根据热丝的伸长量实时调节，尤其是在长时间生长厚膜时，热丝伸长量较大，仅靠初始设定的预紧力往往不能达到很好的拉伸效果。

发明内容

本发明的目的是针对现有的金刚石涂层沉积设备不能进行双面沉积而造成效率低，以及测温设计不合理的问题，设计一种不仅能进行双面沉积，同时测温更为方便准确的基于热丝法的制备双面金刚石涂层的装置。。

本发明的技术方案是：

一种基于热丝法的制备双面金刚石涂层的装置，包括沉积炉12和安装在沉积炉12中的电极机构8、进气机构7、预紧力调节机构18及衬底机构23，待沉积涂层的工件5安装在衬底机构23和进气机构7之间，其特征是所述的电极机构8包括活动电极架10和固定电极架26，活动电极架10和固定电极架26的四个侧面均开有于安装冷却水管9的凹槽3，固定电极架26固定安装在左支撑架25上，活动电极架10通过滑动导轨19连接在右支撑架20上并通过弹簧11与安装在炉壁上的预紧力调节机构18相连，在活动电极架10和固定电极架26上对称安装有可拆卸电极4，每个可拆卸电极4由压板34与电极块35组成，电极块35通过螺栓33活动固定在各自的电极架上，压板34通过螺钉36固定在电极块35上，热丝21的一端被压板34压紧固定在电极块35上，活动电极架10和固定电极架26上同时安装有数量相等的一组或一组以上的可拆卸电极组，每组可拆卸电极组包括两个可拆卸电极4，每组可拆卸电极组之间，即同一个电极架上相邻两个可拆卸电极4之间的间距l可调，l与工件5的厚度t、热丝21的直径d的关系为： l＝(8～10)+t+20d，每个可拆卸电极4上沿纵向安装有2-10根热丝21，热丝21从上至下按密-疏-密排列，密部热丝间距3-5mm，疏部热丝间距5-8mm。

所述的固定电极架26的中心位置处开有用于插装测温装置32的圆孔37。

所述的测温装置32包括热电偶6、冷却操作杆31、观察窗口1。冷却操作杆31通过弹性真空管30、卡箍27与炉壁2连接，并能在0～10°范围内活动；冷却操作杆31内部有冷却水进水管29、出水管28与热电偶通道39，热电偶6从热电偶通道39中进入炉腔，冷却操作杆31和热电偶6前端穿过固定电极架26上的圆孔37伸入到热丝阵列中，热电偶6前端设有一个与工件5接触的弯曲端，移动操作杆31可探测工件不同位置的温度，在炉壁2上设有观察测温操作过程的观察窗口1。

所述的活动电极架10和固定电极架26的正面上下各形有两条用于穿装螺栓33的槽孔38，以便于调整可拆卸电极4的安装位置。

所述的衬底机构23包括工作台24与夹持机构22，工作台24上设置有若干个夹持机构22，每个夹持机构22能使得工件5直立安放在工作台24上，并能调节位置使工件5处于两组热丝21之间。