CN103981509B - 一种垂直布局制备金刚石膜的单阵列热丝装置 - Google Patents
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Abstract
一种垂直布局制备金刚石膜的单阵列热丝装置，属于镀膜技术领域，特别涉及一种制备金刚石膜的热丝装置。该装置包括真空室上壁板和真空室下壁板，其特征在于：上电极板与真空室上壁板固定连接；单列的热丝竖直分布，其上端与上电极板固定连接，其下端与下电极板固定连接；下电极板下端固定于热丝调力机构之上，热丝调力机构固定于真空室下壁板之上。本发明采用单阵列热丝竖直分布，可以双面大面积镀膜，减少热丝的成本，竖直分布的热丝结构保证了在不破坏热丝的情况下取出试样，进一步降低了热丝的成本，热丝下端的热丝调力机构可以张紧热丝并限制热丝摆动，实现均匀镀膜。
Description
技术领域
本发明属于镀膜技术领域，特别涉及一种制备金刚石膜的热丝装置。
背景技术
金刚石具有优异的力、热、声、光、电、化学等各项性能。人造金刚石薄膜的性能已经基本接近天然金刚石，优异的性能使其在高科技领域具有广泛的应用前景。目前，金刚石薄膜技术已在刀具、高性能电子元件，航天材料等众多场合得到应用，收到极好的效果，其应用在高科技领域被人们倍加关注。
目前，工业化CVD金刚石薄膜的制备方法主要有两种，一是热丝化学气相沉积法(HFCVD)，二是微波等离子体化学气相沉积法(MPCVD)。微波法可制备高品质的金刚石薄膜及厚度达毫米量级的金刚石晶片，但设备成本高昂，沉积面积较小，沉积速度缓慢。热丝法操作简单，沉积速率快，成本低，容易控制沉积的衬底温度，可获得质量较高、面积尺寸较大的金刚石薄膜。采用HFCVD法制备金刚石薄膜是将反应气体混合后通入真空反应室内，混合气体经高温热丝裂解后，其气体中的活性碳原子就会沉积在基体表面，从而生长出金刚石薄膜。
金刚石镀膜设备中的热丝装置是用于刀具头部批量生成金刚石膜的装置，传统的热丝装置通常为水平布置，也就是热丝为水平横向布置，这种结构只能利用热丝的一侧来加热镀膜，效率很低，例如美国专利US5997650。
目前，有些公司发明的热丝装置为垂直布置，能利用热丝的两个侧面来生成石膜，效率得到明显提高，但是这些装置中，热丝垂直布置，同时采用配重吊挂在热丝的下端，由于热丝具有弹性，且配重是自由悬挂，会导致下电极板晃动，从而进一步导致热丝晃动，热丝的不稳定会使得镀膜不均匀，影响刀具的金刚石膜生成质量。
发明内容
本发明的目的是克服以上现有技术的不足，提供一种垂直布局制备金刚石膜的单阵列热丝装置，该装置采用单阵列热丝竖直分布，可以双面大面积镀膜，减少热丝的成本，竖直分布的热丝结构保证了在不破坏热丝的情况下取出试样，进一步降低了热丝的成本，热丝下端的热丝调力机构可以张紧热丝并限制热丝摆动，实现均匀镀膜。
本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：一种垂直布局制备金刚石膜的单阵列热丝装置，包括真空室上壁板和真空室下壁板，其特征在于：上电极板与真空室上壁板固定连接；单列的热丝竖直分布，其上端与上电极板固定连接，其下端与下电极板固定连接；下电极板下端固定于热丝调力机构之上，热丝调力机构固定于真空室下壁板之上。
所述上电极板通过固定支架与真空室上壁板固定连接。
所述单列的热丝的分布为：
在上电极板与下电极板两端位置上，垂直于上电极板和下电极板，分别平行等距排布4根热丝，在上电极板与下电极板中间位置上平行等距排布10-30根热丝，且两端位置上的热丝之间的距离为中间位置上的热丝之间距离的一半。热丝材料通常为高熔点的，能和碳形成碳化物的金属，如钨、钽等，其直径一般不超过0.6mm。
所述热丝调力机构包括保护钟罩，所述保护钟罩下端固定于真空室下壁板之上，保护钟罩上端设有限位通孔；热丝调力滑板上端固定于下电极板上，其下端依次穿过限位通孔和滚轴。
所述热丝调力滑板上端固定于下电极板上，其下端依次穿过限位通孔和滚轴后，再与配重连接。
所述热丝调力滑板上端固定于下电极板上，其下端依次穿过限位通孔和滚轴后，再与调力弹簧相连，调力弹簧另一端与真空室下壁板或保护钟罩底壁相连。
所述热丝调力滑板为直线型滑板，滚轴固定安装于保护钟罩内部。
所述热丝调力滑板为弯折型滑板，滚轴固定安装于支撑柱上，支撑柱固定于真空室下壁板之上。
本发明装置的有益效果是：
(1)热丝采用单阵列竖直分布，在热丝两侧均可以布置试样进行镀膜，可以实现双面大面积镀膜，热丝一次可以镀膜面积增加，相对提高了热丝的使用效率，降低了热丝的成本；
(2)热丝竖直分布的装置中，试样可以安装于热丝的两侧，在完成镀膜后，可以在不破坏热丝的情况下取出试样，可以多次使用热丝，进一步降低了热丝成本；
(3)热丝下端的下电极板上安装有热丝调力机构，热丝调力机构下端的热丝调力滑板及保护钟罩具有限位作用，而且热丝调力滑板通过其自重、外加配重或调力弹簧使热丝张紧，限制热丝摆动，保护热丝，防止热丝破坏，同时利于均匀镀膜；
(4)热丝调力机构的热丝调力滑板可以设计成弯折形状，避免热丝调力机构内部受镀膜影响，保证调力机构有效、安全、可靠的长期使用，提高其使用寿命。
附图说明
图1是一种垂直布局制备金刚石膜的单阵列热丝装置结构示意图。
图2是一种垂直布局制备金刚石膜的单阵列热丝装置的A-A截面示意图。
图中：11、真空室上壁板，12、真空室下壁板，2、上电极板，3、下电极板，4、热丝调力滑板，5、保护钟罩，6、配重，7、热丝，8、固定支架，9、支撑柱，10、滚轴
具体实施方式
以下结合附图对本发明做进一步说明，但本发明并不局限于具体实施例。
实施例1
如图1和2所示的一种垂直布局制备金刚石膜的单阵列热丝装置，包括真空室上壁板11和真空室下壁板12，上电极板2与真空室上壁板11固定连接；单列的热丝7竖直分布，其上端与上电极板2固定连接，其下端与下电极板3固定连接；下电极板3下端固定于热丝调力机构之上，热丝调力机构固定于真空室下壁板12之上。
上电极板2通过固定支架与真空室上壁板11固定连接。
单列的热丝7的分布为：
在上电极板与下电极板两端位置上，垂直于上电极板和下电极板，分别平行等距排布4根热丝，在上电极板与下电极板中间位置上平行等距排布10根热丝，且两端位置上的热丝之间的距离为中间位置上的热丝之间距离的一半，热丝材料为钨(W)，热丝直径为0.4mm。
热丝调力机构包括保护钟罩5，所属保护钟罩下端固定于真空室下壁板之上，保护钟罩上端设有限位通孔；热丝调力滑板4上端固定于下电极板上，其下端依次穿过限位通孔和滚轴10。
热丝调力滑板4为直线型滑板，滚轴10固定安装于保护钟罩内部。
实施例2
如图1和2所示的一种垂直布局制备金刚石膜的单阵列热丝装置，包括真空室上壁板11和真空室下壁板12，上电极板2与真空室上壁板11固定连接；单列的热丝7竖直分布，其上端与上电极板2固定连接，其下端与下电极板3固定连接；下电极板3下端固定于热丝调力机构之上，热丝调力机构固定于真空室下壁板之上。
上电极板2通过固定支架与真空室上壁板11固定连接。
单列的热丝7的分布为：在上电极板与下电极板两端位置上，垂直于上电极板和下电极板，分别平行等距排布4根热丝，在上电极板与下电极板中间位置上平行等距排布30根热丝，且两端位置上的热丝之间的距离为中间位置上的热丝之间距离的一半，热丝材料为钽(Ta)，热丝直径为0.3mm。
热丝调力机构包括保护钟罩5，所属保护钟罩下端固定于真空室下壁板之上，保护钟罩上端设有限位通孔；热丝调力滑板4上端固定于下电极板上，其下端依次穿过限位通孔和滚轴10后，再与配重6连接。
热丝调力滑板4为弯折型滑板，滚轴10固定安装于支撑柱9上，支撑柱固定于真空室下壁板之上。
实施例3
如图1和2所示的一种垂直布局制备金刚石膜的单阵列热丝装置，包括真空室上壁板11和真空室下壁板12，上电极板2与真空室上壁板11固定连接；单列的热丝7竖直分布，其上端与上电极板2固定连接，其下端与下电极板3固定连接；下电极板3下端固定于热丝调力机构之上，热丝调力机构固定于真空室下壁板之上。
上电极板2通过固定支架与真空室上壁板11固定连接。
单列的热丝7的分布为：在上电极板与下电极板两端位置上，垂直于上电极板和下电极板，分别平行等距排布4根热丝，在其中间位置上平行等距排布30根热丝，且两端位置上的热丝之间的距离为中间位置上的热丝之间距离的一半，热丝材料为钨(W)，热丝直径为0.3mm。
热丝调力机构包括保护钟罩5，所属保护钟罩下端固定于真空室下壁板之上，保护钟罩上端设有限位通孔；热丝调力滑板4上端固定于下电极板上，其下端依次穿过限位通孔和滚轴10后，再与调力弹簧相连，调力弹簧另一端与真空室下壁板相连。
热丝调力滑板4为弯折型滑板，滚轴10固定安装于支撑柱9上，支撑柱固定于真空室下壁板之上。
Claims (7)
1.一种垂直布局制备金刚石膜的单阵列热丝装置，包括真空室上壁板(11)和真空室下壁板(12)，其特征在于：上电极板(2)与真空室上壁板(11)固定连接；单列的热丝(7)竖直分布，其上端与上电极板(2)固定连接，其下端与下电极板(3)固定连接；下电极板(3)下端固定于热丝调力机构之上，热丝调力机构固定于真空室下壁板(12)之上，所述热丝调力机构包括保护钟罩(5)，所述保护钟罩下端固定于真空室下壁板之上，保护钟罩上端设有限位通孔；热丝调力滑板(4)上端固定于下电极板上，其下端依次穿过限位通孔和滚轴(10)。
2.根据权利要求1所述的一种垂直布局制备金刚石膜的单阵列热丝装置，其特征在于：所述上电极板(2)通过固定支架与真空室上壁板(11)固定连接。
3.根据权利要求1所述的一种垂直布局制备金刚石膜的单阵列热丝装置，其特征在于：所述单列的热丝(7)的分布为：
在上电极板与下电极板两端位置上，垂直于上电极板和下电极板，分别平行等距排布4根热丝，在上电极板与下电极板中间位置上平行等距排布10-30根热丝，且两端位置上的热丝之间的距离为中间位置上的热丝之间距离的一半。
4.根据权利要求1所述的一种垂直布局制备金刚石膜的单阵列热丝装置，其特征在于：所述热丝调力滑板(4)上端固定于下电极板上，其下端依次穿过限位通孔和滚轴(10)后，再与配重(6)连接。
5.根据权利要求1所述的一种垂直布局制备金刚石膜的单阵列热丝装置，其特征在于：所述热丝调力滑板(4)上端固定于下电极板上，其下端依次穿过限位通孔和滚轴(10)后，再与调力弹簧相连，调力弹簧另一端与真空室下壁板(12)或保护钟罩(5)底壁相连。
6.根据权利要求1、4或5任一所述的一种垂直布局制备金刚石膜的单阵列热丝装置，其特征在于：所述热丝调力滑板(4)为直线型滑板，滚轴(10)固定安装于保护钟罩内部。
7.根据权利要求1、4或5任一所述的一种垂直布局制备金刚石膜的单阵列热丝装置，其特征在于：所述热丝调力滑板(4)为弯折型滑板，滚轴(10)固定安装于支撑柱(9)上，支撑柱固定于真空室下壁板之上。
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