[发明专利]通过CVD制作金刚石层的方法

说明书

发明领域

本发明的某些实施方案涉及使用微波等离子体化学气相沉积(CVD)合成技术采用合成金刚石材料共形涂覆非平面和/或非耐火的基材的方法。本发明的某些另外的实施方案涉及非平面和/或非耐火的聚晶CVD合成金刚石部件，包括共形涂覆有高品质聚晶CVD合成金刚石材料的非平面和/或非耐火的部件。

发明背景

可使用各种方法生长合成CVD金刚石膜，包括热丝、微波等离子体和DC电弧喷射反应器。这些方法中的每种具有其优点。DC电弧喷射沉积系统倾向于具有高的局部生长速率，但是经受电极/喷嘴侵蚀、高气体消耗和相对差的面积覆盖。热丝反应器可涂覆大面积和三维形状，但是具有有限的膜厚度并且具有相对差品质的金刚石材料。相比之下，微波等离子体CVD合成金刚石已被确立为用于制备平面的独立的聚晶晶片形式的高品质、块状金刚石材料的主要方法。遗憾的是，由于微波电场与被涂覆的非平面基材或工件之间不利的相互作用，微波等离子体方法仅具有涂覆非平面基材的有限能力。受外部拐角处的电场集中或相反地内部拐角处的电场的薄弱的影响，难以制备甚至简单的三维形状例如工具插入件或扬声器圆顶芯的涂层。电场的这种变化不利地影响了金刚石膜的品质和厚度两者的均匀性。例如，迄今为止还没有成功使用微波等离子体CVD反应器来共形涂覆切割工具插入件。在这样的切割工具插入件的拐角处，高电场导致临界切割边缘的增厚和倒圆，从而使它们不适合它们预期的目的。

在熔点或热冲击方面为热敏感的非耐火材料例如硅也在向在微波等离子体反应器中均匀涂覆发起挑战，因为微波等离子体倾向于损坏非耐火的基材材料。

鉴于上述内容，所需要的是使用微波等离子体CVD金刚石合成技术来共形涂覆非耐火的基材和/或三维(即非平面)形状例如切割工具插入件和扬声器圆顶芯的方法，其将导致在基材材料表面上方均匀涂覆的高品质聚晶CVD金刚石材料而没有在边缘和拐角处的过度倒圆和增厚和/或没有过度地损坏基材材料。

本发明的某些实施方案的目的是解决前述问题。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了使用微波等离子体化学气相沉积(CVD)合成技术采用合成金刚石材料涂覆非耐火和/或非平面的基材的方法，该方法包括：

形成复合基材组件，该组件包含：

包含上表面的支撑基材；

布置在该支撑基材的上表面上方并且延伸至高于该支撑基材的上表面的高度h_g的一个或多个导电耐火防护物；和

布置在该支撑基材的上表面上方并且延伸至高于该支撑基材的上表面的高度h_s的一个或多个非耐火的和/或非平面的基材，其中高度h_s小于高度h_g，其中高度差h_g－h_s处于0.2mm至10mm范围内；

将复合基材组件置于微波等离子体CVD反应器的等离子体室内；

将工艺气体供给到等离子体室中，包括含碳气体和含氢气体；

在等离子体室中供给微波以在该复合基材组件上方的位置处形成微波等离子体；和

在该一个或多个非耐火和/或非平面的基材上生长合成金刚石材料。

根据本发明的第二方面，提供了复合部件，其包含：

非平面基底：

和该非平面基底表面上的聚晶CVD合成金刚石涂层，

其中该非平面基底具有在投影到平面上时不小于5mm的最长线性尺寸，

其中该聚晶CVD合成金刚石涂层具有5至100μm范围内的厚度,

其中该聚晶CVD合成金刚石涂层的厚度变化不大于该聚晶CVD合成金刚石涂层的平均厚度的75％，排除在该聚晶CVD合成金刚石涂层的外围边缘处的任何逐渐变细，

其中该聚晶CVD合成金刚石涂层包含表明微波等离子体CVD合成技术的低sp2碳含量和微米级的共生的金刚石晶粒，和

其中该聚晶CVD合成金刚石涂层没有长度延伸大于2mm的裂纹。

附图简要说明

为了更好地理解本发明并且显示可如何实施本发明，现在将仅参考附图通过举例来描述本发明的实施方案，其中：

图1说明了用于本发明的复合基材组件的横截面视图；

图2说明了在图1中显示的复合基材组件的俯视图；

图3说明了根据本发明的另一个实施方案的复合基材组件的横截面视图；

图4说明了在图3中显示的复合基材组件的俯视图；

图5说明了包含如在图3和4中说明的复合基材组件的微波等离子体CVD反应室；