[发明专利]制备金刚石膜的张丝结构

说明书

技术领域

本发明属于材料技术领域，具体涉及一种金刚石膜的制备装置。

背景技术

依靠强化学键合形成的金刚石具有特殊的力学和弹性性质，金刚石的硬度、密度、热导率、声速、弹性模量都是已知材料中最高的，而它的压缩率则是所有材料中最低的；在所有材料中金刚石的杨氏模量是最低的；金刚石的动摩擦系数只有0.05，在所有重要材料中，这一数值也是最低的；金刚石的介电损耗位相角是所有材料中最低的。由于金刚石具备优异的热学、光学、声学、电学性能，应用前景十分广泛，但是天然金刚石储量稀少、价格昂贵，限制了金刚石材料的发展和应用。化学气相沉积法(CVD)制备金刚石膜拓宽了其应用范围。

目前适于工业化制备金刚石膜的方法很多，如：微波等离子体沉积法、直流等离子体喷射法、热丝法等。其中热丝法设备结构简单且适合大面积生长金刚石膜，是目前普遍采用的一种制备金刚石膜的方法。热丝CVD系统简单，成本相对较低，运行费用也较低，使之成为工业上最普遍使用的方法。

热丝CVD制备金刚石膜需要将热丝均匀排布在同一平面，但是热丝加热至工作温度的过程中由于温度的升高和不断地碳化，热丝将有所伸长并下垂，严重影响到金刚石膜的均匀沉积。

公开号为CN 1603463A的中国专利公开了一种“用于制备大面积均匀薄膜的非线性热丝结构”的发明专利，该发明专利所公开的热丝结构包括热丝架、多根热丝和热丝绝缘接头；热丝绝缘接头固定在热丝架的两个相对的边框上，该热丝的两端头与热丝绝缘接头相连；其特征是，各根热丝采用不均匀弹簧状的热丝，在热丝的两端区域的圈数/cm大于热丝中间区域的圈数/cm。这种利用弹簧状的热丝圈数疏密不同发热不均以抵消热场分布不匀的措施，只是在理论上有意义，在实践上却很难实行，且不说要把一批弹簧圈的疏密分布按非线性要求准确调整的难度有多大，还因为弹簧状的热丝在发热后其外径尺寸、弹簧圈的疏密以及弯曲程度都会发生复杂的变化，刚刚调整好的参数顷刻间又发生变化，尤其是弹簧状的结构其横向刚性极差，极易发生横向弯曲，而且不能采用增大两端拉力的办法以弥补。在这里，由于上述专利发明人未在其专利申请文件中指明“弹簧状热丝”的“弹簧”是指何种弹簧，本撰写人暂且将其所述的每cm具有圈数多少之分的弹簧状热丝推断理解成形状为螺旋弹簧状的热丝。

又例如公开号为CN 201102987Y的中国专利公开了一种“热丝恒张力悬挂装置”的实用新型专利，设计方案是：包括第一电极、第二电极、钩状电极引线、活塞式可移动电极组件、金属导线、导电金属杆、陶瓷绝缘体、滑轮组、第一电极金属引线、砝码、第一电极支撑架、滑轮组支撑架、第二电极金属引线、第二电极支撑架，第二电极的圆管通孔内设有活塞式可移动电极组件，第二牵引线的左端与陶瓷绝缘体固定连接，第二牵引线的右端经过滑轮组后与砝码固定连接。这种结构的热丝张紧装置将一组热丝采用一根导电金属杆并联再经滑轮用砝码牵拉该金属杆以张紧热丝，这种方法忽略了各根热丝之间的差异，包括热丝长度误差、温度分布及连接状况误差，因之不能够做到使各根热丝的牵引力相等或基本相等；比如假设处在最外侧的两根热丝原本绷得较紧，砝码的重力势必主要只对该两根热丝起作用，这使得位置处在中间部位的热丝一直处于松弛状态而无法获得基本张紧调整，更谈不上精细张紧调整。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是，克服现有技术无法简便、独立和精细调节每一根热丝张紧的不足，提供一种可自动对每一根热丝进行独立、精细的张紧调节的装置，这种装置可以保证各段热丝在金刚石整个生长过程中均衡张紧不会下垂且处于同一平面。

本发明的目的是通过下述技术方案予以实现的：一种制备金刚石膜的张丝结构，包括分别设置在底座上的左、右两块绝缘板和用钼条制成的左、右两个电极，在两绝缘板之间设有热丝装置，其特征是，所述热丝装置包括一组按之字形多重转折排列的热丝，热丝的左侧或右侧各转折处分别对应钩挂连接在与左或右绝缘板连接的具有弹性的左或右两组挂钩上，所述挂钩上设有导向作用的限位结构；热丝的所有转折处各利用一个钩状电极与所述钼条制成的左或右两个电极之一实现电连接。热丝按之字形多重转折，其每一段的两端各由弹性连接件连接，可保证各段热丝受到的张紧都具有独立的弹性性质，这对于热丝在运行过程中的热变形提供补偿，从而对每一段热丝实现自动精细的张紧调节，各段热丝的张紧状况互不干涉。

作为优选，所述热丝可用钽丝材料制成。

作为优选，所述一组按之字形多重转折排列的热丝，可以由一整根热丝按之字型转折构成，构成之字的各段热丝之间具有电并联连接关系。