專利名稱：多用途批量制備cvd金剛石膜的工業(yè)設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種熱絲化學(xué)氣相沉積法制備金剛石薄膜中使用的裝置，主要適用于線形、片狀等形狀試樣批量制備金剛石薄膜的工業(yè)生產(chǎn)中。
背景技術(shù)：
金剛石具有優(yōu)異的力、熱、聲、光、電、化學(xué)等各項(xiàng)性能。人造金剛石薄膜的性能已經(jīng)基本接近天然金剛石，優(yōu)異的性能使其在高科技領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。目前，金剛石薄膜技術(shù)已在刀具、高性能電子元件，航天材料等眾多場(chǎng)合得到應(yīng)用，收到極好的效果，其應(yīng)用在高科技領(lǐng)域被人們倍加關(guān)注。熱絲化學(xué)氣相沉積(HFCVD)金剛石薄膜制備方法是目前工業(yè)化CVD金剛石薄膜中的主要制備方法，該工藝方法操作簡(jiǎn)單，成本低，設(shè)備簡(jiǎn)易，容易控制沉積的襯底溫度，可獲得質(zhì)量較高、面積尺寸較大的金剛石薄膜。采用HFCVD法制備金剛石薄膜是將反應(yīng)氣體混合后通入真空反應(yīng)室內(nèi)，混合氣體經(jīng)高溫?zé)峤z裂解后，其氣體中的活性碳原子就會(huì)沉積在基體表面，從而生長(zhǎng)出金剛石薄膜。目前這種制備方法的設(shè)備中主要存在以下問(wèn)題
(1) 通常將混合氣體充滿整個(gè)反應(yīng)室，只有與高溫?zé)峤z接觸的氣體才發(fā)生裂解，大部分氣體未參與裂解反應(yīng)被氣泵抽出，因而造成氣體的利用率低，原材料浪費(fèi)，且金剛石膜生長(zhǎng)速率較慢。
(2) 目前很多設(shè)備的基體被放置在基臺(tái)上，由于基體位置被固定，只能上表面部分生成金剛石薄膜，且薄膜厚度不均勻，存在很大表面應(yīng)力。多種基體在裝載和取出時(shí)不方便，影響生產(chǎn)效率的提高和生產(chǎn)成本的降低。
(3) 目前很多設(shè)備工作臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)溫度場(chǎng)、氣流場(chǎng)分布影響較大，在基體表面很難保證溫度場(chǎng)、氣流場(chǎng)均勻，從而極大影響金剛石薄膜的質(zhì)量，也給批量制備高質(zhì)量金剛石膜帶來(lái)一定困難。
(4) 目前很多設(shè)備其熱絲多為水平放置，其熱膨脹及重力引起的變形影響熱絲到基體表面的距離，進(jìn)而影響基體表面的沉積溫度，從而導(dǎo)致薄膜不均勻。熱絲老化后變脆，在移動(dòng)過(guò)程中易發(fā)生斷裂。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種多用途批量制備CVD金剛石膜的工業(yè)設(shè)備，以克服現(xiàn)有熱絲化學(xué)氣相沉積制備金剛石薄膜的設(shè)備中存在混合氣體利用率低、溫度場(chǎng)與氣流場(chǎng)分布不均、多基體的裝載生產(chǎn)不便、以及裂解熱絲熱膨脹和重力引起的變形的問(wèn)題。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所采用的多用途批量制備CVD金剛石膜的工業(yè)設(shè)備，包括氣體裂解熱絲，底座上設(shè)有上蓋，所述的底座內(nèi)設(shè)有內(nèi)基座，所述的底座設(shè)有窄縫氣體束集腔，在所述的內(nèi)基座上設(shè)有旋轉(zhuǎn)臺(tái)及其旋轉(zhuǎn)臺(tái)驅(qū)動(dòng)裝置，所述的旋轉(zhuǎn)臺(tái)與所述的上蓋的側(cè)壁之間形成有窄縫環(huán)形反應(yīng)腔，與所述的上蓋頂端之間形成有窄縫氣體均布腔，在所述的環(huán)形反應(yīng)腔內(nèi)設(shè)有下整流罩，在所述的旋轉(zhuǎn)臺(tái)上設(shè)有上整流罩，在所述的旋轉(zhuǎn)臺(tái)上設(shè)有基體安裝架，所述的氣體裂解熱絲沿所述的環(huán)形反應(yīng)室的內(nèi)壁周向豎直排列設(shè)置且與所述的基體安裝架對(duì)應(yīng)，由真空泵、濾油器和補(bǔ)氣管設(shè)備組成的腔外濾油循環(huán)通道一端通過(guò)排氣口與所述的窄縫氣體束集腔連接，另一端通過(guò)進(jìn)氣口與所述的窄縫氣體均布腔連接。
所述的氣體裂解熱絲距所述的旋轉(zhuǎn)臺(tái)內(nèi)壁和所述的上蓋內(nèi)壁之間的距離大于5cm，所述的基體安裝架上的基體待沉積面與所述的氣體裂解熱絲距離在3cm以內(nèi)。
所述的氣體裂解熱絲通過(guò)彈簧浮動(dòng)固定安裝在熱絲固定棒上，所述的熱絲固定棒安裝在所述的環(huán)形反應(yīng)室內(nèi)壁上。
所述的旋轉(zhuǎn)臺(tái)驅(qū)動(dòng)裝置是在所述的內(nèi)基座上固定設(shè)有大齒圈，在所述的內(nèi)基座上設(shè)有太陽(yáng)輪，所述的太陽(yáng)輪和所述的大齒圈之間設(shè)有行星輪，所述的行星輪的行星架軸安裝在所述的旋轉(zhuǎn)臺(tái)上，所述的太陽(yáng)輪與外部的動(dòng)力傳動(dòng)機(jī)構(gòu)連接。
所述的動(dòng)力傳動(dòng)機(jī)構(gòu)為減速電機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器與真空旋轉(zhuǎn)閥連接，所述的真空旋轉(zhuǎn)閥通過(guò)錐齒輪、主傳動(dòng)軸與所述的太陽(yáng)輪傳動(dòng)連接。
在所述的行星架軸上通過(guò)銷(xiāo)釘連接安裝有主動(dòng)齒輪卡盤(pán)，在所述的旋轉(zhuǎn)臺(tái)上安裝有多組與所述的主動(dòng)齒輪卡盤(pán)嚙合傳動(dòng)的從動(dòng)齒輪卡盤(pán)組，所述的基體安裝架由為小尺寸基體安裝架和大尺寸基體安裝架組成，每組所述的小尺寸基體安裝架上端通過(guò)上卡盤(pán)組和上卡盤(pán)滑動(dòng)環(huán)安裝在所述的旋轉(zhuǎn)臺(tái)上，下端安裝在所述的主動(dòng)齒輪卡盤(pán)和從動(dòng)齒輪卡盤(pán)組上，所述的小尺寸基體安裝架上設(shè)有固定線形小尺寸基體的卡位，所述的大尺寸基體安裝架為環(huán)狀，固定在所述的旋轉(zhuǎn)臺(tái)的外面，其上根據(jù)不同基體的形狀開(kāi)有很多固定孔，可以固定大尺寸線形、片狀基體。
所述的固定上卡盤(pán)組的上卡盤(pán)固定環(huán)通過(guò)固定螺釘安裝在所述的旋轉(zhuǎn)臺(tái)外壁的豎直導(dǎo)軌上，并能配合所述的豎直導(dǎo)軌固定在合適的豎直高度位置。
所述的基體安裝架為大尺寸基體安裝架，所述的大尺寸基體安裝架為環(huán)狀，固定在所述的旋轉(zhuǎn)臺(tái)的外面，其上根據(jù)不同基體的形狀開(kāi)有很多固定孔，可以固定大尺寸線形、片狀基體。
所述的上整流罩為可在所述的旋轉(zhuǎn)臺(tái)上滑動(dòng)的中空的環(huán)形塊，所述的下整流罩為分別固定在所述的旋轉(zhuǎn)臺(tái)上的下整流塊和安裝在所述的環(huán)形反應(yīng)室上的下整流板。在上蓋的外壁設(shè)有冷卻腔。
所述的基體安裝架、卡盤(pán)以及熱絲固定棒的材料選用高熔點(diǎn)的Mo、
W、 Ti組成的耐熱合金或耐熱不銹鋼。
采用上述技術(shù)方案的多用途批量制備CVD金剛石膜的工業(yè)設(shè)備，所述的氣體進(jìn)排放錐面窄縫通氣腔為具有窄縫錐面的通氣腔，由窄縫氣體均布腔與窄縫氣體束集腔組成。窄縫氣體均布腔為上蓋和上整流罩之間的錐型區(qū)域，其作用是將進(jìn)口混合反應(yīng)氣體分散均布于窄縫環(huán)形反應(yīng)腔內(nèi)的氣流。窄縫氣體束集腔將窄縫環(huán)形反應(yīng)腔內(nèi)的氣體抽出。裂解熱絲沿窄縫環(huán)形反應(yīng)腔壁豎直排列設(shè)置。氣體進(jìn)入窄縫氣體均布腔，流經(jīng)窄縫環(huán)形反應(yīng)腔，被熱絲裂解后，在基體表面沉積金剛石薄膜，然后被窄縫氣體束集腔抽出，其目的是將氣體束集在基體和氣體裂解熱絲之間的環(huán)形窄縫區(qū)域內(nèi)，以提高氣體被裂解的比例，提高氣體的利用率。上整流罩為可在旋轉(zhuǎn)臺(tái)上滑動(dòng)的中空的環(huán)形塊，其作用是填補(bǔ)窄縫環(huán)形反應(yīng)腔頂層的無(wú)效空間，為氣流導(dǎo)向，分散氣流。下整流罩的作用是束集窄縫環(huán)形反應(yīng)腔內(nèi)的氣流，改變氣體流向，使氣流更平穩(wěn)?；w支撐齒輪卡盤(pán)經(jīng)過(guò)行星輪系與真空旋轉(zhuǎn)閥連接，而真空旋轉(zhuǎn)閥與外部的動(dòng)力機(jī)構(gòu)傳動(dòng)連接，其目的是可以使得基體安裝架可以自轉(zhuǎn)和圍繞設(shè)備軸線公轉(zhuǎn)，以提高基體沉積面薄膜沉積的均勻度。
具體來(lái)說(shuō)，所述行星輪系傳動(dòng)是大齒圈固定，旋轉(zhuǎn)臺(tái)做行星架，太陽(yáng)輪通過(guò)中間傳動(dòng)經(jīng)真空旋轉(zhuǎn)閥與外部的動(dòng)力傳動(dòng)機(jī)構(gòu)連接。行星輪與主動(dòng)齒輪卡盤(pán)通過(guò)釘銷(xiāo)連接，繼而帶動(dòng)從動(dòng)齒輪卡盤(pán)組運(yùn)動(dòng)。動(dòng)力傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括電機(jī)和減速器，所述的電機(jī)與減速器連接，所述的減速器與真空旋轉(zhuǎn)閥連接。
上蓋在換裝基體時(shí)從上方取出，安裝就緒后，使用密封圈與底座壓合在一起。所述的旋轉(zhuǎn)臺(tái)，通過(guò)自身重力被放置在太陽(yáng)輪的盤(pán)面上，在一直徑較大的軸承上轉(zhuǎn)動(dòng)，更換方便。當(dāng)基體尺寸過(guò)大時(shí)，可以根據(jù)需要更換上蓋和旋轉(zhuǎn)臺(tái)，使基體待沉積面與熱絲的距離在3cm之內(nèi)。
所述的主動(dòng)齒輪卡盤(pán)與從動(dòng)齒輪卡盤(pán)嚙合，每一組卡盤(pán)都可以固定一個(gè)基體安裝架。主動(dòng)齒輪卡盤(pán)通過(guò)固定銷(xiāo)使主齒輪卡盤(pán)與行星輪保持同步或異步，可以使基體安裝架有只進(jìn)行公轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)與自轉(zhuǎn)同時(shí)進(jìn)行兩種模式，更適用于批量制配CVD金剛石膜。
基體為線形基體或組合成圓柱體時(shí)，使行星輪同時(shí)公轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)，自轉(zhuǎn)速度應(yīng)控制在0.5 5r/min范圍內(nèi)。當(dāng)基體安裝在安裝架上后，待沉積面為單個(gè)或多個(gè)側(cè)面時(shí)，使安裝架只公轉(zhuǎn)，且安裝架上基體沉積面與裂解熱絲周向切面平行且距離最近，沉積結(jié)束后轉(zhuǎn)動(dòng)到其他沉積面并保持一段時(shí)間。
本發(fā)明裝置主要應(yīng)用于主要適用于線形、片狀等基體表面沉積HFCVD金剛石薄膜，同時(shí)特別適合工業(yè)化批量制備金剛石薄膜。本發(fā)明的有益效果-1、 混合反應(yīng)氣體被抽入后，經(jīng)上錐面窄縫通氣腔，氣體被導(dǎo)流均勻進(jìn)入環(huán)形反應(yīng)腔內(nèi)，被熱絲裂解后，在基體表面沉積金剛石薄膜，然后被束集腔抽出，其目的是能保證氣體均勻流過(guò)豎直方向放置的基體表面，將氣體束集在基體和氣體裂解熱絲之間的環(huán)形窄縫區(qū)域內(nèi)，以提高氣體被裂解的比例，也提高了金剛石膜在基體表面的生長(zhǎng)速率，提高了氣體的利用率。
2、 裂解熱絲豎直排列分布在環(huán)形腔體內(nèi)表面，并由彈簧浮動(dòng)固定，一方面解決了水平安裝熱絲熱膨脹及重力導(dǎo)致變形的問(wèn)題，使基體表面溫度分布更均勻，另一方面在外殼向上取出時(shí)，熱絲豎直方向剛度大，熱絲不易斷裂。熱絲安裝架垂直軸線方向設(shè)置多個(gè)固定位置，通過(guò)更換
固定位，調(diào)節(jié)熱絲與基體環(huán)面的距離使熱絲移動(dòng)和更換方便。
3、 上蓋在換裝基體時(shí)從上方取出，安裝就緒后，使用密封圈與底座壓合在一起。使基體安裝架更易于放入設(shè)備中，同時(shí)更換老化損壞的熱絲。所述的旋轉(zhuǎn)臺(tái)，通過(guò)自身重力被放置在太陽(yáng)輪的盤(pán)面上，在一直徑較大的軸承上轉(zhuǎn)動(dòng)，更換方便。當(dāng)基體尺寸過(guò)大時(shí)，可以根據(jù)需要更換上蓋和旋轉(zhuǎn)臺(tái)，使機(jī)體待沉積面與熱絲的距離在3cm之內(nèi)。
4、 此設(shè)備安裝腔外濾油循環(huán)通道，連接排氣口和進(jìn)氣口，依次安裝真空泵、濾油器和補(bǔ)氣管設(shè)備，濾去混合氣體中的油氣，循環(huán)利用未反應(yīng)的混合氣體，進(jìn)一步提高氣體利用率，降低生產(chǎn)成本。
5、 小尺寸基體安裝架由上卡盤(pán)和下齒輪卡盤(pán)固定，其上有固定線形小尺寸基體的卡位，不同基體使用與之配套的基體安裝架。固定基體安裝架的上卡盤(pán)托架通過(guò)固定螺釘安裝在旋轉(zhuǎn)臺(tái)外壁豎直導(dǎo)軌上，并能配合導(dǎo)軌固定在合適的豎直高度位置。大尺寸基體安裝架為環(huán)狀，固定在旋轉(zhuǎn)臺(tái)的外面，其上根據(jù)不同基體的形狀開(kāi)有很多固定孔，可以固定大尺寸線形、片狀基體。由此實(shí)現(xiàn)基體安裝架在安裝時(shí)的方便，或基體安裝架在高度不同時(shí)均可得到固定。安裝基體工序在設(shè)備外進(jìn)行，可以和在基體表面沉積金剛石工序分開(kāi)，提高生產(chǎn)效率。 一組上下卡盤(pán)安裝一個(gè)基體安裝架，更利于批量化金剛石薄膜的制備。
6、 真空設(shè)備的傳動(dòng)系統(tǒng)采用腔外傳動(dòng)方式，經(jīng)過(guò)真空旋轉(zhuǎn)閥將動(dòng)力傳入真空反應(yīng)室，經(jīng)行星輪系傳動(dòng)，拖動(dòng)基體安裝架公轉(zhuǎn)或自轉(zhuǎn)。腔外動(dòng)力傳動(dòng)可以避免反應(yīng)室溫度過(guò)高對(duì)電機(jī)和其他設(shè)備的影響。
7、 行星輪與主動(dòng)齒輪卡盤(pán)連接，通過(guò)固定銷(xiāo)可以選擇公轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)與自轉(zhuǎn)同時(shí)進(jìn)行兩種模式?；w為線形基體或組合成圓柱體時(shí)，使行星輪同時(shí)公轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)，自轉(zhuǎn)速度應(yīng)控制在0.5 5r/min范圍內(nèi)。當(dāng)基體安裝在安裝架上后，待沉積面為單個(gè)或多個(gè)側(cè)面時(shí)，使安裝架只公轉(zhuǎn)，且安裝架上基體沉積面與裂解熱絲周向切面平行且距離最近，沉積結(jié)束后轉(zhuǎn)動(dòng)到其他沉積面并保持一段時(shí)間。行星輪拖動(dòng)基體自轉(zhuǎn)或公轉(zhuǎn)可以滿足不同薄膜帝!j備工藝的需要。
8、基體安裝架、卡盤(pán)以及熱絲固定棒的材料選用高熔點(diǎn)的Mo、 W、Ti組成的耐熱合金或耐熱不銹鋼制成，其在真空環(huán)境下蒸發(fā)小，對(duì)金剛石沉積薄膜的污染小，變形系數(shù)小，位置精度高，在高溫下有一定的剛度°
S圖說(shuō)明


圖1是本發(fā)明的總體結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是錐面窄縫通氣腔對(duì)混合氣體分布與束集作用示意圖。圖3是行星輪系傳動(dòng)的沉積小尺寸基體結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是行星輪系傳動(dòng)的沉積大尺寸基體結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明在小尺寸線形基體和普通銑刀沉積金剛石中的應(yīng)用作進(jìn)一步說(shuō)明。
實(shí)施方式1:如圖1、圖2、圖3所示為小尺寸線形基體的圓周面
沉積金剛石薄膜。
底座17和上蓋1通過(guò)密封圈11連接，在上蓋1的外壁設(shè)有冷卻腔37,底座17內(nèi)設(shè)有內(nèi)基座16，底座17設(shè)有窄縫氣體束集腔36，在內(nèi)基座16上設(shè)有旋轉(zhuǎn)臺(tái)21，在內(nèi)基座16上固定設(shè)有大齒圈24，在內(nèi)基座16上設(shè)有太陽(yáng)輪20，太陽(yáng)輪20和大齒圈24之間設(shè)有行星輪23，行星輪23的行星架軸25安裝在旋轉(zhuǎn)臺(tái)21上，減速電機(jī)13通過(guò)聯(lián)軸器14與真空旋轉(zhuǎn)閥15連接，真空旋轉(zhuǎn)閥15通過(guò)錐齒輪18、主傳動(dòng)軸19與太陽(yáng)輪20傳動(dòng)連接，在行星架軸25上通過(guò)銷(xiāo)釘12連接安裝有主動(dòng)齒輪卡盤(pán)10，在旋轉(zhuǎn)臺(tái)21上安裝有多組與主動(dòng)齒輪卡盤(pán)10嚙合傳動(dòng)的從動(dòng)齒輪卡盤(pán)組22，每個(gè)主動(dòng)齒輪卡盤(pán)10和從動(dòng)齒輪卡盤(pán)組22安裝有每組小尺寸基體安裝架6，每組小尺寸基體安裝架6上端通過(guò)上卡盤(pán)組5和上卡盤(pán)滑動(dòng)環(huán)4安裝在旋轉(zhuǎn)臺(tái)21上，上卡盤(pán)滑動(dòng)環(huán)4通過(guò)固定螺釘安裝在旋轉(zhuǎn)臺(tái)21外壁的豎直導(dǎo)軌27上，并能配合豎直導(dǎo)軌27固定在合適的豎直高度位置，小尺寸基體安裝架6上設(shè)有固定線形基體28的卡位，旋轉(zhuǎn)臺(tái)21與上蓋1之間形成有窄縫環(huán)形反應(yīng)腔35，在旋轉(zhuǎn)臺(tái)21的外面設(shè)有環(huán)狀的大尺寸基體安裝架29，其上根據(jù)不同基體的形狀開(kāi)有很多固定孔，可以固定大尺寸線形、片狀基體，大尺寸基體安裝架29與從動(dòng)齒輪卡盤(pán)組22嚙合傳動(dòng)，在旋轉(zhuǎn)臺(tái)21上設(shè)有上整流罩2，上整流罩2為可在旋轉(zhuǎn)臺(tái)21上滑動(dòng)的中空的環(huán)形塊，在旋轉(zhuǎn)臺(tái)21下面固定有下整流塊26，在上蓋1上安裝有下整流板9，上蓋l設(shè)有窄縫氣體均布腔34，氣體裂解熱絲7通過(guò)彈簧8浮動(dòng)固定安裝在熱絲固定棒3上，熱絲固定棒3安裝在上蓋1內(nèi)壁上，氣體裂解熱絲7沿環(huán)形反應(yīng)室35的內(nèi)壁周向豎直排列設(shè)置且與小尺寸基體安裝架6和大尺寸基體安裝架29對(duì)應(yīng)，氣體裂解熱絲7距旋轉(zhuǎn)臺(tái)內(nèi)壁和上蓋1內(nèi)壁之間的距離為5 10cm，大尺寸基體安裝架29和小尺寸基體安裝架6上的基體待沉積面與氣體裂解熱絲7距離在3cm以內(nèi)，由真空泵31、濾油器32和補(bǔ)氣管設(shè)備33組成的腔外濾油循環(huán)通道一端通過(guò)排氣口 38與窄縫氣體束集腔35連接，另一端通過(guò)進(jìn)氣口 39與窄縫氣體均布腔34連接。小尺寸基體安裝架6、大尺寸基體安裝架29、上卡盤(pán)組5、主動(dòng)齒輪卡盤(pán)10以及熱絲固定棒3的材料選用高熔點(diǎn)的Mo、 W、 Ti組成的耐熱合金或耐熱不銹鋼，其余大多使用不銹鋼制成。
上蓋1、上整流罩2和旋轉(zhuǎn)臺(tái)21上部做成平行錯(cuò)開(kāi)的錐面，混合氣體通入后被均勻分散在窄縫環(huán)形反應(yīng)腔35內(nèi)，然后被束集在氣體裂解熱絲7和基體之間的區(qū)域內(nèi)。在這一區(qū)域，氣體裂解率高，金剛石薄膜沉積速度快。下整流塊26和下整流板9將氣體收集起來(lái)后排出裝置。
固定上卡盤(pán)組5的上卡盤(pán)固定環(huán)4通過(guò)固定螺釘安裝在旋轉(zhuǎn)臺(tái)21的外壁的豎直導(dǎo)軌27上，并能配合豎直導(dǎo)軌27固定在合適的豎直高度位置，便于小尺寸基體安裝架6的固定。將主動(dòng)齒輪卡盤(pán)10上的銷(xiāo)釘12插入，主動(dòng)齒輪卡盤(pán)10帶動(dòng)從動(dòng)齒輪卡盤(pán)組22轉(zhuǎn)動(dòng)，使小尺寸基體安裝架6自轉(zhuǎn)和圍繞設(shè)備軸心公轉(zhuǎn)，使金剛石沉積時(shí)更均勻。熱絲固定棒3在垂直于小尺寸基體安裝架6軸線方向設(shè)置多個(gè)固定位置，可以調(diào)節(jié)氣體裂解熱絲7與基體環(huán)面的距離，控制在3cm內(nèi)。氣體裂解熱絲7的兩端由彈簧8浮動(dòng)連接，提高豎直方向的強(qiáng)度。多條氣體裂解熱絲7豎直均勻布置在窄縫環(huán)形反應(yīng)腔35圓周方向。
此處，使用小尺寸基體安裝架6，在幾組垂直軸線的固定盤(pán)片上的圓周上均勻鉆多個(gè)固定孔。使用時(shí)，將圓柱狀的小尺寸線形插入這些孔中，讓線形基體28軸線豎直并排列在小尺寸基體安裝架6的圓周上，同樣安裝好多組小尺寸基體安裝架6。
減速電機(jī)13在真空反應(yīng)室外部提供動(dòng)力，經(jīng)過(guò)真空旋轉(zhuǎn)閥15傳入真空室內(nèi)，帶動(dòng)錐齒輪18轉(zhuǎn)動(dòng)，使太陽(yáng)輪20自轉(zhuǎn)，由于大齒圈24固定，行星輪23具有自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)兩種運(yùn)動(dòng)。銷(xiāo)釘12使主動(dòng)齒輪卡盤(pán)10與行星輪23同步，齒輪間的嚙合最終使從動(dòng)齒輪卡盤(pán)組22也具有同樣的運(yùn)動(dòng)形式。
上蓋1在換裝基體時(shí)從上方取出，安裝就緒后，使用密封圈ll與底座17壓合在一起。使基體安裝架更易于放入設(shè)備中，同時(shí)更換老化損壞的氣體裂解熱絲7。旋轉(zhuǎn)臺(tái)21通過(guò)自身重力被放置在太陽(yáng)輪20的盤(pán)面上，在一直徑較大的軸承上轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣可以更換方便。當(dāng)基體尺寸過(guò)大時(shí)，可以根據(jù)需要更換上蓋1和旋轉(zhuǎn)臺(tái)21。
在上蓋1的外壁設(shè)有冷卻腔37，運(yùn)行設(shè)備前，應(yīng)首先通入冷卻水，防止溫度過(guò)高導(dǎo)致上蓋1變形和密封圈11粘接。出口處依次安裝真空泵31、濾油器32和補(bǔ)氣管設(shè)備33。真空泵31可以使用機(jī)械泵和渦輪分子泵的組合形式。濾油器32可以除去未反應(yīng)混合氣體中夾雜的油，然后循環(huán)利用反應(yīng)氣體。
在實(shí)施小尺寸的線形基體28圓周表面沉積金剛石的作業(yè)時(shí)，操作順序?yàn)閷⒕€形基體28插入多組小尺寸基體安裝架6的安裝孔中；將上蓋1向上取出，檢查并更換氣體裂解熱絲7;用卡盤(pán)固定好小尺寸基體安裝架6;將上蓋1壓下，將窄縫環(huán)形反應(yīng)腔35抽成真空；通入冷卻
水；打開(kāi)電源，啟動(dòng)減速電機(jī)13;氣體裂解熱絲7通電，窄縫環(huán)形反應(yīng)腔35溫度保持在恒定溫度一段時(shí)間；停減速電機(jī)13，打開(kāi)上蓋1并取出小尺寸基體安裝架6，準(zhǔn)備下一次操作。
實(shí)施方式2:如圖1、圖2、圖4所示為在普通銑刀的端面上沉積
金剛石薄膜。
設(shè)備的制造如實(shí)施方式1所述的相同。但須去除小尺寸基體安裝架
6和上卡盤(pán)滑動(dòng)環(huán)4，在旋轉(zhuǎn)臺(tái)21的豎直導(dǎo)軌27上安裝大尺寸基體安裝架29，如圖4所示，在大尺寸基體安裝架29圓周上開(kāi)出銑刀柄相配合的圓形固定孔。將主動(dòng)齒輪卡盤(pán)IO上的銷(xiāo)釘12插入，主動(dòng)齒輪卡盤(pán)10帶動(dòng)從動(dòng)齒輪卡盤(pán)組22轉(zhuǎn)動(dòng)，使大尺寸基體安裝架29自轉(zhuǎn)和圍繞設(shè)備軸心公轉(zhuǎn)，使金剛石沉積時(shí)更均勻。
在實(shí)施普通銑刀的端面上沉積金剛石薄膜的作業(yè)時(shí)，操作順序?yàn)閷姷痘w30插入大尺寸基體安裝架29的安裝孔中；將上蓋1向上取出，檢查并更換氣體裂解熱絲7;將大尺寸基體安裝架29套在旋轉(zhuǎn)臺(tái)
21的豎直導(dǎo)軌27上；固定上整流罩2;將上蓋1壓下，將窄縫環(huán)形反應(yīng)腔35抽成真空；通入冷卻水；打開(kāi)電源，啟動(dòng)減速電機(jī)13;氣體裂
解熱絲7通電，窄縫環(huán)形反應(yīng)腔35溫度保持在恒定溫度一段時(shí)間；停減速電機(jī)13，打開(kāi)上蓋1并取出上整流罩2和大尺寸基體安裝架29，
準(zhǔn)備下一次操作。
權(quán)利要求
1、一種多用途批量制備CVD金剛石膜的工業(yè)設(shè)備，包括氣體裂解熱絲(7)，其特征是底座(17)上設(shè)有上蓋(1)，所述的底座(17)內(nèi)設(shè)有內(nèi)基座(16)，所述的底座(17)設(shè)有窄縫氣體束集腔(36)，在所述的內(nèi)基座(16)上設(shè)有旋轉(zhuǎn)臺(tái)(21)及其旋轉(zhuǎn)臺(tái)驅(qū)動(dòng)裝置，所述的旋轉(zhuǎn)臺(tái)(21)與所述的上蓋(1)的側(cè)壁之間形成有窄縫環(huán)形反應(yīng)腔(35)，與所述的上蓋(1)頂端之間形成有窄縫氣體均布腔(34)，在所述的環(huán)形反應(yīng)腔(35)內(nèi)設(shè)有下整流罩，在所述的旋轉(zhuǎn)臺(tái)(21)上設(shè)有上整流罩(2)，在所述的旋轉(zhuǎn)臺(tái)(21)上設(shè)有基體安裝架，所述的氣體裂解熱絲(7)沿所述的環(huán)形反應(yīng)室(35)的內(nèi)壁周向豎直排列設(shè)置且與所述的基體安裝架對(duì)應(yīng)，由真空泵(31)、濾油器(32)和補(bǔ)氣管設(shè)備(33)組成的腔外濾油循環(huán)通道一端通過(guò)排氣口(38)與所述的窄縫氣體束集腔(35)連接，另一端通過(guò)進(jìn)氣口(39)與所述的窄縫氣體均布腔(34)連接。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多用途批量制備CVD金剛石膜的工業(yè)設(shè)備， 其特征是所述的氣體裂解熱絲(7)距所述的旋轉(zhuǎn)臺(tái)內(nèi)壁和所述的上蓋 (1)內(nèi)壁之間的距離大于5cm，所述的基體安裝架上的基體待沉積面與所 述的氣體裂解熱絲(7)距離在3cm以內(nèi)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的多用途批量制備CVD金剛石膜的工業(yè) 設(shè)備，其特征是所述的氣體裂解熱絲(7)通過(guò)彈簧(8)浮動(dòng)固定安裝在 熱絲固定棒(3)上，所述的熱絲固定棒(3)安裝在所述的上蓋(1)內(nèi)壁上。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的多用途批量制備CVD金剛石膜的工業(yè) 設(shè)備，其特征是所述的旋轉(zhuǎn)臺(tái)驅(qū)動(dòng)裝置是在所述的內(nèi)基座(16)上固定 設(shè)有大齒圈(24)，在所述的內(nèi)基座(16)上設(shè)有太陽(yáng)輪(20)，所述的太陽(yáng) 輪(20)和所述的大齒圈(24)之間設(shè)有行星輪(23)，所述的行星輪(23)的 行星架軸(25)安裝在所述的旋轉(zhuǎn)臺(tái)(21)上，所述的太陽(yáng)輪(20)與外部的動(dòng)力傳動(dòng)機(jī)構(gòu)連接。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的多用途批量制備CVD金剛石膜的工業(yè)設(shè)備， 其特征是所述的動(dòng)力傳動(dòng)機(jī)構(gòu)為減速電機(jī)(13)通過(guò)聯(lián)軸器(14)與真空 旋轉(zhuǎn)閥(15)連接，所述的真空旋轉(zhuǎn)閥(15)通過(guò)錐齒輪(18)、主傳動(dòng)軸(19) 與所述的太陽(yáng)輪(20)傳動(dòng)連接。
6、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的多用途批量制備CVD金剛石膜的工業(yè)設(shè)備， 其特征是在所述的行星架軸(25)上通過(guò)銷(xiāo)釘(12)連接安裝有主動(dòng)齒輪 卡盤(pán)(IO)，在所述的旋轉(zhuǎn)臺(tái)(21)上安裝有多組與所述的主動(dòng)齒輪卡盤(pán) (10)嚙合傳動(dòng)的從動(dòng)齒輪卡盤(pán)組(22)，所述的基體安裝架由為小尺寸基 體安裝架(6)和大尺寸基體安裝架(29)組成，每組所述的小尺寸基體安 裝架(6)上端通過(guò)上卡盤(pán)組(5)和上卡盤(pán)滑動(dòng)環(huán)(4)安裝在所述的旋轉(zhuǎn)臺(tái) (21)上，下端安裝在所述的主動(dòng)齒輪卡盤(pán)(10)和從動(dòng)齒輪卡盤(pán)組(22)上，所述的小尺寸基體安裝架(6)上設(shè)有固定線形小尺寸基體的卡位， 所述的大尺寸基體安裝架(29)為環(huán)狀，固定在所述的旋轉(zhuǎn)臺(tái)(21)的外 面，其上根據(jù)不同基體的形狀開(kāi)有很多固定孔，可以固定大尺寸線形、 片狀基體。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的多用途批量制備CVD金剛石膜的工業(yè)設(shè)備， 其特征是所述的固定上卡盤(pán)組(5)的上卡盤(pán)固定環(huán)(4)通過(guò)固定螺釘安 裝在所述的旋轉(zhuǎn)臺(tái)(21)外壁的豎直導(dǎo)軌(27)上，并能配合所述的豎直導(dǎo) 軌(27)固定在合適的豎直高度位置。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的多用途批量制備CVD金剛石膜的工業(yè) 設(shè)備，其特征是所述的上蓋(1)的外壁設(shè)有冷卻腔(37)。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的多用途批量制備CVD金剛石膜的工業(yè) 設(shè)備，其特征是所述的上整流罩(2)為可在所述的旋轉(zhuǎn)臺(tái)(21)上滑動(dòng) 的中空的環(huán)形塊，所述的下整流罩為分別固定在所述的旋轉(zhuǎn)臺(tái)(21)上的 下整流塊(26)和安裝在所述的上蓋(1)上的下整流板(9)。
10、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的多用途批量制備CVD金剛石膜的工 業(yè)設(shè)備，其特征是所述的基體安裝架、卡盤(pán)以及熱絲固定棒的材料選 用高熔點(diǎn)的Mo、 W、 Ti組成的耐熱合金或耐熱不銹鋼。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種多用途批量制備CVD金剛石膜的工業(yè)設(shè)備，包括真空環(huán)形反應(yīng)室和氣體裂解熱絲、氣體進(jìn)排放錐面窄縫通氣腔、行星輪系、用于放置基體的基體安裝架裝置、上下整流罩、冷卻腔以及腔外濾油循環(huán)通道，所述的氣體進(jìn)排放錐面窄縫通氣腔和整流罩使氣流束集在基體和熱絲之間的環(huán)形狹小區(qū)域內(nèi)，以提高氣體被裂解的比例，提高氣體的利用率。氣體裂解熱絲沿環(huán)形反應(yīng)腔壁豎直排列設(shè)置，提高移動(dòng)時(shí)的強(qiáng)度且更換方便。行星輪系帶動(dòng)基體安裝架自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)?；w安裝架上可同時(shí)固定大量線形、片狀等多類(lèi)基體。腔外濾油循環(huán)通道連接排氣口和進(jìn)氣口并濾除氣體中混雜的油，循環(huán)利用反應(yīng)氣體，進(jìn)一步提高混合氣體的利用率。
文檔編號(hào)C23C16/54GK101560649SQ20091004358
公開(kāi)日2009年10月21日 申請(qǐng)日期2009年6月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月3日
發(fā)明者余志明, 婁俊嶺, 尹登峰, 楊永青, 陳永勤, 魏秋平 申請(qǐng)人:中南大學(xué)