[发明专利]一种热丝法CVD金刚石过渡层溅射设备及其使用方法

说明书

本发明公开了一种热丝法CVD金刚石过渡层溅射设备，包括真空腔体、与真空腔体连接的分子泵以及与分子泵连接的机械泵，且工件台上设置有基体，所述基体与真空腔体之间通过位于真空腔体外侧的脉冲偏压电源连接，且真空腔体的内腔左右插接有向下伸出的位于工件台左右两侧的两个灯丝电极，两个灯丝电极的下端之间通过灯丝电源连接，且两个灯丝电极的上端之间通过灯丝连接，所述真空腔体内充满反应气体。其使用方法包括以下步骤：S1预抽真空、S2温度设置、S3溅射设置、S4灯丝设置和S5溅射。该发明，提高了金刚石基体的结合力，提高了金刚石的纯度和厚度，相对于专门的设备，这里成本更低，便于普及。

技术领域

本发明涉及CVD金刚石过渡层溅射技术领域，具体为一种热丝法CVD金刚石过渡层溅射设备及其使用方法。

背景技术

随着金刚石涂层的广泛应用，而航空，碳纤维的大量使用，刀具加工开始成为一个极端需要解决的问题。金刚石涂层是一个在价格上有很大优势的选择，但金刚石涂层的前处理是一个关键技术，难以掌控。通常在沉积金刚石涂层时，其结合力，晶体生长和对温度环境的要求都是严苛的，尤其在初始生长阶段，必须要满足其最小的晶格尺寸和提供良好的表面活性，我们采用高能离子轰击后，提供了表面能，有利于金刚石晶体生长。但经过高能离子处理后的表面，经过一定时间后，随着时间的增加，表面能在高度不稳态向稳态转换，该时间可能只有5-15分钟。同时我们为了匹配金刚石晶体生长，阻断类似钴和铁元素对SP3的石墨化，我们在刀模具上需要去除该类元素对金刚石晶体的破坏，增加一层过渡层，比如钼、碳化硅在热膨胀系数同金刚石匹配过渡层，该层非常有利于金刚石晶体生长。但，专门使用一台价格昂贵的PVD来只为提供过渡层，在技术上和成本上都难以实现，该发明采用将简单的溅射系统植入热丝CVD(Chemical Vapor Deposition化学气相沉淀) 中，解决了使用高能离子轰击和过渡层后快速进入到金刚石晶体生长阶段，同时可以使用溅射的磁场系统能辅助增强热丝沉积金刚石，能有效大幅度提高金刚石同基体的结合力同时提高金刚石涂层的纯度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种热丝法CVD金刚石过渡层溅射设备及其使用方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种热丝法CVD金刚石过渡层溅射设备，包括真空腔体、与真空腔体连接的分子泵以及与分子泵连接的机械泵，所述分子泵与真空腔体之间设置有真空阀门，所述真空腔体的左右两端均设置有进气口，且真空腔体的内腔上侧设置有磁控溅射源，所述磁控溅射源与真空腔体之间通过位于真空腔体外侧的溅射电源连接，且真空腔体的内腔下侧转动连接有工件台，所述工件台连接有电机，且工件台上设置有基体，所述基体与真空腔体之间通过位于真空腔体外侧的脉冲偏压电源连接，且真空腔体的内腔左右插接有向下伸出的位于工件台左右两侧的两个灯丝电极，两个灯丝电极的下端之间通过灯丝电源连接，且两个灯丝电极的上端之间通过灯丝连接，所述真空腔体内充满反应气体。

优选的，所述溅射电源为直流电源。

优选的，所述磁控溅射源内带气孔的靶材为高熔点金属。

优选的，所述高熔点金属为钼或者钨。

优选的，所述反应气体为氩气。

其使用方法，包括以下步骤：

S1：预抽真空：通过机械泵抽真空，真空度小于0.01Pa为止；

S2：温度设置：温度290～310℃，本底真空为0.004～0.005Pa，开启氩气110～130scm，溅射功率为0.8～1.2kw，脉冲偏压电源的偏压为200v，蚀刻时间为25～35min；

S3：溅射设置：磁控溅射源的靶材功率4.5～5.5kw，工作气压为0.2～ 0.3Pa，脉冲偏压电源的偏压为45～55v；

S4：灯丝设置：灯丝的功率为16～20KW,气压2000～2400Pa，沉积时间 340～380min；