[发明专利]类金刚石粉生产方法与设备

说明书

1、技术领域

本发明利用等离子体气相化学沉积类金刚石方法，采用多层弧面高频电极、可溶性衬底及衬底连续移动装置设计了的类金刚石粉生产设备，解决了类金刚石粉工业化生产技术设备及其不间断连续运行的问题。类金刚石与金刚石性能不完全相同，具有优异的力学、化学、光学、电学、热学性能，属于新材料领域的功能材料。

类金刚石(简称DLC)粉可以应用于制造研磨、抛光剂，抗化学腐蚀表面处理涂层，防紫外线涂层，抗老化剂，防晒护肤霜、集成电路热沉，高能电容器、化工催化剂、添加剂等产品制造原料。在航天、军工、电子、化工等行业具有广阔的应用前景。

2、背景技术

现有的生成类金刚石薄膜的等离子体气相化学沉积法较为成熟，深圳市雷地科技实业有限公司已成功应用类金刚石薄膜于金属、玻璃、塑料等材料的表面改性，尤其是在航天航空、军工等高技术领域已有极佳的表现。但现有类金刚石生产方法，只能获得类金刚石薄膜，不适于工业化制造类金刚石粉。

3、发明内容

类金刚石粉比类金刚石膜具有使用方便、应用领域更广阔的优势。为解决生产粉状类金刚石膜的问题，本发明在等离子体气相化学沉积法的基础上，发明了有机聚合物薄膜作为类金刚石膜沉积衬底，再用有机溶剂将已沉积类金刚石膜的有机聚合物薄膜溶解，可以使类金刚石膜与衬底剥离，沉淀下来，液固分离后，即可获得粉状类金刚石；发明了用于发生等离子体气相化学沉积反应的多层弧面高频电极，解决了提高类金刚石粉生产设备产能问题；发明了类金刚石沉积衬底移动装置，解决了类金刚石粉生产设备不间断连续运行的问题。从而实现了等离子体气相化学沉积法制造类金刚石粉的工业化生产。

4、附图说明

附图是类金刚石粉生产设备结构图。类金刚石粉生产设备由真空系统、等离子体发生系统、原料气供应系统、类金刚石沉积物传输系统构成。

真空系统包括：用于抽真空的真空泵(1)、控制真空度的真空计(2)、圆柱体真空室(3)、装有可视窗口(4)的密封门(5)。

等离子体发生系统包括：提供高频电压和直流偏压的电源(6)、及多层弧面高频电极(7)。多层弧面高频电极(7)中单数层与电源正极(16)接通、偶数层与电源负极(17)接通。

原料气供应系统包括：供应原料气体的储气瓶(8)、调节供气量的调压阀(9)、监控原料气体供应的气体流量计(10)。

类金刚石沉积物传输系统包括：用于类金刚石沉积的有机聚合物薄膜衬底(11)；卷绕拉动衬底(11)移动的卷筒(12)；安装在多层弧面高频电极(7)两端，用于传送与控制衬底(11)沿着贴紧多层弧面高频电极(7)弧面表面方向移动的可转动滚轴(13)；为卷筒(12)提供转动动力的电动机(14)；提供有机聚合物薄膜衬底(11)的滚筒(15)。

5、具体实施方式

类金刚石粉生产方法与设备的优选方案包括：生产设备制造方案和生产操作流程方案。

真空室(3)采用直径约1米、长度约2米、壁厚为5毫米的不锈钢圆筒制成。圆筒一端密封，另一端为边缘镶有密封圈及直径约100毫米透明玻璃可视窗口(4)的密封门(5)。

真空室(3)内部安装有多层弧面高频电极(7)，每层弧面高频电极(7)长度约1.5米、宽度约0.5米，由厚度约2毫米的铝板制成，在每层弧面高频电极(7)两端安装有与弧面高频电极(7)长度一致的可转动的滚轴(13)。单数层弧面高频电极(7)与提供高频电压和直流偏压的电源(6)正极(16)联通，偶数层弧面高频电极(7)与提供高频电压和直流偏压的电源(6)负极(17)联通。各层弧面高频电极(7)之间距离约为30毫米。由绝缘的硬塑料支架将多层弧面高频电极(7)固定在真空室(3)中间位置。

卷绕拉动衬底(11)移动的卷筒(12)与提供有机聚合物薄膜衬底(11)的滚筒(15)分别安装在多层弧面高频电极(7)两侧。为卷筒(12)提供转动动力的电动机(14)安装在卷筒(12)同侧，通过传动带带动卷筒(12)旋转拉动衬底(11)移动。

用于抽真空的真空泵(1)、提供高频电压和直流偏压的电源(6)、供应原料气体的储气瓶(8)均安装在真空室(3)外部。

类金刚石粉生产操作流程：将有机聚合物薄膜衬底(11)卷绕在滚筒(15)外侧装入真空室(3)——》将有机聚合物薄膜衬底(11)起始端穿过可转动的滚轴(13)下方覆盖在各层弧面高频电极(7)表面后，拉伸至卷筒(12)表面并缠绕固定——》关闭密封门(5)启动真空泵(1)抽真空——》通入甲烷气和氢气——》启动的电源(6)向多层弧面高频电极(7)加载高频电压和直流偏压，——》类金刚石沉积在阴极弧面高频电极(7)表面的有机聚合物薄膜衬底(11)表面——》启动电动机(14)卷筒(12)卷绕拉动衬底(11)连续移动，直到卷筒(15)装载的全部有机聚合物薄膜衬底(11)表面均沉积类金刚石——》关闭所有电源，取消真空，打开密封门(5)取出卷筒(12)——》卸下已沉积类金刚石的有机聚合物薄膜衬底(11)将其溶于有机溶剂，进行液-固分离——》类金刚石粉料成品检测包装。