[发明专利]基于磁约束提升热丝CVD沉积金刚石涂层效率的方法

说明书

本发明属于金刚石涂层制备技术领域，具体公开了基于磁约束提升热丝CVD沉积金刚石涂层效率的方法，改进型的热丝CVD设备包括依次连接的气源、涂层腔室和真空泵，涂层腔室内设有基台和热丝电极组件，在涂层腔室内设置有磁增强组件，磁增强组件包括磁增强电极以及磁控电源，磁增强电极之间连接有螺旋形热丝；在离解阶段：控制磁控电源向磁增强电极通入0.3～0.5A的交变电流；在沉积阶段：控制磁控电源向磁增强电极通入3～5A的交变电流；在降温阶段：控制磁控电源向磁增强电极通入1～3A的交变电流。采用本发明的方案，带电粒子团在磁场作用下做螺旋运动，延长了粒子的滞留时间，提高了和待涂层刀具的有效碰撞几率，进而提升沉积速率。

技术领域

本发明属于金刚石涂层制备技术领域，具体涉及了基于磁约束提升热丝CVD沉积金刚石涂层效率的方法。

背景技术

金刚石涂层常用的制备方法有热丝法、爆炸法、微波法等，其中热丝法可在复杂形状基底上沉积均质薄膜，是目前应用于刀具表面的金刚石涂层制备的主流方法。热丝法主要通过将含C气体，如低浓度甲烷、乙醇、丙酮等和氢气按一定比例充入反应室，在高温热丝作用下裂解形成游离的含C基团，并运动至刀具表面进行沉积。同时在游离H的刻蚀作用下稳定沉积出金刚石相的C原子，并持续生长进而形成金刚石涂层。

该方法虽然可以在复杂结构刀具表面沉积金刚石涂层，但由于反应腔内要求真空度相对稳定，即要求气体的输入和输出维持相对平衡。由于反应需求的气流量较大，导致含C基团和刀具表面没有足够充分的反应时间，绝大部分输入的氢气在反应过程中没有直接参与沉积反应，导致气体利用率低。

基于上述不足，本申请提供了基于磁约束提升热丝CVD沉积金刚石涂层效率的方法，以解决目前热丝法存在的反应气体离解不充分导致的沉积速率慢、气体利用率低等问题。

发明内容

针对现有技术中所存在的不足，本发明提供了基于磁约束提升热丝CVD沉积金刚石涂层效率的方法，以解决目前热丝法存在反应气体离解不充分导致的沉积速率慢、气体利用率低等问题。

为实现上述目的，本发明采用了如下的技术方案：

基于磁约束提升热丝CVD沉积金刚石涂层效率的方法，采用改进型热丝CVD设备对刀具沉积金刚石涂层，改进型的热丝CVD设备包括依次连接的气源、涂层腔室和真空泵，涂层腔室内设有基台和热丝电极组件，在涂层腔室内设置有靠近刀具的磁增强组件，磁增强组件包括分别位于基台两侧的磁增强电极，以及连接磁增强电极的磁控电源，磁增强电极之间连接有螺旋形热丝；

在离解阶段：控制磁控电源向磁增强电极通入0.3～0.5A的交变电流；

在沉积阶段：控制磁控电源向磁增强电极通入3～5A的交变电流；

在降温阶段：控制磁控电源向磁增强电极通入1～3A的交变电流。

相比于现有技术，本发明具有如下有益效果：

1、本方案通过在涂层腔室内增设螺旋形热丝，输入一定大小的交变电流后可产生磁场，这样使得反应气体首先在热丝电极组件作用下离解后形成带电粒子团，后又在磁场作用下做螺旋运动，既延长了粒子的滞留时间，又提高了和待涂层刀具的有效碰撞几率，提升沉积速率。

2、本方案中通过在金刚石涂层的不同阶段，通过改变通入的交变电流大小可进一步通过控制磁场大小达到对含C基团、氢气、电子的选择性调控；其中离解阶段用较低磁场强化二次电子和反应气体的碰撞，降低碳源气体的裂解时间；而沉积阶段使用较高强度磁场强化C基基团和刀具碰撞概率，以提高沉积速率；在沉积结束及降温阶段则使用中间强度磁场提高游离氢对残留石墨相的刻蚀作用，以提高表面质量。

进一步，所述气源和涂层腔室之间设有混气室，还设有对混气室进行加热的加热组件，加热的温度为100～200℃。