直流电弧等离子体喷射法高速制备高质量纳米金刚石膜研究

利用直流电弧等离子体喷射法沉积装置在底径Ф65mm高5mm的Mo球面衬底上成功制备出纳米金刚石薄膜，文章研究了在稳定电弧状态下碳氢比对金刚石膜形貌的影响。通过扫描电子显微镜、原子力显微镜及Raman光谱对样品的晶粒尺寸及质量进行了表征。研究结果表明：在稳定电弧状态下，通过提高碳氢比可以在Mo球面衬底上的表面高速沉积出高质量的纳米金刚石薄膜，晶粒尺寸大约为4-80nm，平均粒径27．4nm。

直流电弧等离子体喷射法制备金刚石涂层拉拔模具

线材拉拔加工正向精密、高速、低耗、高生产效率方向发展,金刚石涂层拉拔模具是最受用户青睐的产品之一。在综述直流电弧等离子体喷射技术制备金刚石涂层拉拔模具方法的基础上,利用洛氏硬度计、表面粗糙度轮廓测量仪、拉曼光谱仪和光学显微镜进行涂层质量检测。检测结果显示:金刚石涂层的纯度和厚度均匀性均较好;在1470 N载荷下薄膜压痕的边缘区域无严重裂纹及薄膜脱落现象,其表面粗糙度R a平均值为18 nm。

直流电弧等离子体喷射化学气相沉积法制备金刚石膜过程中冷阱的设计及作用

首先,介绍直流电弧等离子体喷射化学气相沉积法的原理以及气体循环系统的设计和其优缺点;其次,详细介绍冷阱系统的设计及其工作原理;最后,使用拉曼光谱和傅里叶变换红外光谱与光致发光光谱对比添加冷阱系统前后的金刚石薄膜的质量。结果表明:冷阱系统可以有效过滤循环气路中的热油气,避免杂质的掺入;在添加冷阱系统后,金刚石膜内掺入的杂质减少,金刚石拉曼峰半高宽降低到6.76 cm^(−1),接近于Ib型单晶金刚石的,且自支撑金刚石膜的晶体质量明显提高,光学透过率提升较大,在10.6μm波长处达到68.4%。

金刚石涂层游动芯头制备及其在铜管生产中的应用

通过沉积方式和旋转装置设计,采用直流电弧等离子体喷射法在硬质合金游动芯头表面均匀沉积金刚石涂层,并利用白光干涉仪、扫描电子显微镜、Raman光谱仪和压痕法对涂层的表面粗糙度、形貌、质量均匀性和膜–基附着力等进行测试分析。结果表明:金刚石涂层抛光后的表面平均粗糙度S_(a)为76.4 nm,金刚石涂层脱落位置到压痕中心的平均距离为287.9μm,且各位置的金刚石涂层厚度均匀性和质量均较好。将制备的金刚石涂层游动芯头应用于高精度精密铜管生产线中,与硬质合金游动芯头对比,其在降低劳动强度、保证铜管一致性和延长芯头使用寿命方面都有显著效果。

大孔径不锈钢薄壁焊管金刚石涂层拉拔模具制备及应用

研究了利用直流电弧等离子体喷射法,在硬质合金拉拔模具表面沉积CVD金刚石涂层。采用孔径测量仪、接触式粗糙度仪和Raman光谱仪对金刚石涂层厚度、表面粗糙度和质量进行了测试分析。结果表明:金刚石涂层厚度d为24.5μm,沉积速率v为2.45μm/h,抛光后定径区表面平均粗糙度Ra为46 nm,拉拔模具入口区、压缩区和定径区在1 332 cm~(-1)附近都有明显的金刚石涂层特征峰。将制备的金刚石涂层拉拔模具应用于不锈钢焊管生产线中,经与硬质合金拉拔模具对比,使用寿命提高200倍,并在环保、降低劳动强度和管材一致性上都有了明显的优势。

电子级金刚石材料生长及其MESFET器件特性

采用直流电弧喷射法制备了电子级自支撑金刚石材料。采用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)观察金刚石膜表面形貌,用Raman光谱仪和X射线衍射仪进行晶体分析及表征,结果表明,金刚石薄膜为(110)择优取向,厚度均匀,电学性能稳定。研究了抛光转速和压力对金刚石膜抛光效率的影响,抛光处理后金刚石表面粗糙度(R ms)为0.569 nm。采用氢等离子体处理方法对该样品进行处理形成p型表面沟道,并采用自对准工艺制作出具有射频特性的金刚石场效应晶体管,其饱和电流密度为330.9 mA/mm,电流截止频率f T为9.3 GHz,最大振荡频率f max为18.5 GHz。

大面积球面金刚石膜的均匀沉积研究

利用直流电弧等离子体喷射法沉积装置在底径65 mm、高5 mm的Mo球面衬底上制备出厚度大于500μm金刚石膜。用千分尺测量膜径向厚度以判断膜厚均匀性,用SEM观察膜的表面形貌,用拉曼谱仪测量膜的表面纯度,通过分析电镜形貌和拉曼谱峰的分布特点来判断金刚石膜的质量均匀性。结果表明,在优化工艺条件下,直流电弧等离子体喷射法设备可以在球面Mo衬底上生长出厚度和质量都比较均匀的半透光的自支撑球面金刚石厚膜。

半开放气体循环方式制备化学气相沉积金刚石膜

直流电弧等离子喷射化学气相沉积金刚石膜是一种先进的人工合成技术，其成膜面积大，均匀性好，质量高，沉积速率快，产业化前景非常广阔。但在其生产过程中，所需要的气体消耗量很大，生产成本较高，在相当程度上制约了生产规模的进一步扩大。经过分析和实验，发现沉积系统所使用的各类气体中，用量最大、价格最昂贵的氢气和氩气在整个沉积过程的前后并没有发生任何变化。如果措施得当，经回收利用后可以大幅降低生产成本。针对这个问题，我们设计了一种半开放式气体循环沉积系统并已经投入生产应用，与开放式沉积系统相比，其气体消耗量减少了80％，显著降低了金刚石膜的生产成本，所制备的高质量CVD金刚石膜，热导率可达20W／（cm·K）以上，磨耗比可达40万以上，工业级别CVD金刚石膜，根据产品的不同要求，生产速率可达10～25μm·h^-1，自支撑膜厚度为300～3000μm，大大促进了人造金刚石膜的大规模产业化发展。

高压及超高压电缆金属护套金刚石涂层模具制备与应用

基于直流电弧等离子体喷射化学气相沉积金刚石方法,采用两种不同的等离子炬及相应配套设备和工艺,分别在ϕ78.0 mm和ϕ145.0 mm孔径的硬质合金拉拔模具内表面制备CVD金刚石涂层,并对金刚石涂层表面进行抛光。利用3D轮廓仪、光学显微镜、Raman光谱仪以及压力试验机对涂层表面粗糙度、厚度、成分、附着强度等进行测试分析。结果表明:两种方法制备的金刚石涂层表面粗糙度分别为42.426 nm和33.084 nm;金刚石涂层厚度均匀性和纯度均较好;在1000 N载荷下压痕边缘区域无严重的裂纹及薄膜脱落现象。将制备的拉拔模具应用于高压及超高压电缆平滑铝护套拉拔生产线中,可以采用一次缩径工艺,且低速下干拉或者3~5 m/s速率下使用水润滑拉拔,使用寿命是硬质合金模具的10倍以上。