YG10钻齿表面制备HFCVD金刚石涂层的试验研究

为提高机械破除硬岩过程中刀齿耐磨性,提出采用热丝化学气相沉积(HFCVD)金刚石涂层硬质合金基体复合钻齿的研究课题。通过对滚刀破岩和钻齿磨损机理的研究,采用HFCVD法在YG10钻齿表面制备出了微-纳米复合金刚石涂层,并且通过采用预处理的办法,增强了金刚石薄膜与硬质合金基体的结合力,解决了一直以来高钴含量硬质合金与金刚石涂层的复合问题。

Si_(3)N_(4)基底表面粗糙度对HFCVD法制备金刚石薄膜摩擦学性能的影响

采用热丝化学气相沉积法(hot filament chemical vapour deposition,HFCVD)在不同表面粗糙度的Si3N4基底表面制备金刚石薄膜,并对薄膜的特性进行检测与分析。利用场发射电子扫描显微镜、原子力显微镜检测植晶后的Si3N4基底表面以及制备的金刚石薄膜表面形貌;利用多功能摩擦磨损实验机、探针式轮廓仪,在干摩擦条件下,测试金刚石薄膜的摩擦系数及磨损率。综合基底粗糙度对植晶质量的影响、金刚石薄膜表面形貌与摩擦磨损检测实验结果,确定了Si3N4基底表面粗糙度对金刚石薄膜耐磨性的影响。结果表明:基底表面粗糙度会影响植晶的均匀性及致密性,进而影响金刚石颗粒在基底表面的生长,同时基底的表面形貌也会复映在金刚石薄膜表面。表面粗糙度为0.15μm和0.20μm的基底所制备的金刚石薄膜拥有较好的耐磨性,可得到最低的磨损率1.75×10^(−7)mm^(3)/(m·N)和最低的摩擦系数0.078。

多片式衬底HFCVD系统沉积金刚石颗粒物理场的仿真优化

探索热丝化学气相沉积(hot filament chemical vapor deposition,HFCVD)合成高效优质的金刚石已成为研究热点。采用可提高金刚石颗粒单次沉积产量的新型多片式栅状衬底,应用FLUENT流体仿真软件,在原有单个出气口数量及进气总流量保持不变的情况下,优化传统模型,将单个进气口拆分成5个大小相等的进气口,对影响金刚石单晶颗粒均匀性的进气口数量和排布方式工艺参数进行仿真,对比分析HFCVD系统内气体的物理场。结果显示:4组优化模型均提高了衬底温度及流速的均匀性,有利于金刚石单晶颗粒的均匀生长,但对其沉积速率影响不显著;进一步分析优化模型的温度场,发现5个进气口及单个出气口分别位于反应腔体顶部和底部的中间位置时系统的温度差最低,最满足金刚石单晶颗粒在多片式硅衬底上均匀生长的条件。HFCVD金刚石单晶颗粒沉积试验验证了仿真结果的正确性。

HFCVD系统中衬底温度场及气相空间场的数值分析

探讨了典型气氛中热丝辐射、气体热传导与对流、化学反应生热等因素对衬底温度的影响,建立了三维热丝辐射和二维热流耦合有限元模型,研究了各工艺参数对衬底温度场及气相空间场的影响。结果表明H2占主导地位的气氛中衬底表面的氢原子重组放热对衬底温度有较大影响,氩气气氛中原子重组放热对衬底温度影响很小;热丝温度对衬底温度的影响最大;进气口到衬底的距离及进气口气体流速对衬底附近的流场影响最大,适当提高进气口到衬底的距离有助于提高衬底附近流场均匀性,增大进气速度有助于突破热障提高衬底表面流速,但同时加剧了衬底附近流场的不均匀性。

HFCVD金刚石薄膜温度场的数值研究

热丝化学气相沉积（HFCVD）生长金刚石膜过程中,在热丝相关工艺参数取优化值的前提下,对热辐射平衡体系中衬底表面辐照度和衬底温度的空间分布进行了模拟计算,探讨了衬底横向热传导对衬底温度分布的影响.结果表明,在绝热边界和1000K恒温边界条件下,热传导都使衬底温度的空间分布均匀性明显优于纯热辐射下的温度分布.这些计算结果为大面积高质量金刚石膜的生长进一步提供了理论基础.

大面积HFCVD系统衬底温度场建模与分析

以大面积HFCVD系统为研究对象,应用传热学理论建立了衬底温度场模型.根据金刚石成膜过程中对衬底温度大小及均匀性的工艺要求,对影响衬底温度场的参数进行了优化设计.最后,应用灵敏度法综合分析了各参数对衬底温度场的影响程度.

在硅衬底上用HFCVD法生长的纳米SiC薄膜及其室温光致发光

用热丝化学汽相淀积 (HFCVD)法在硅衬底上生长具有纳米晶粒结构的碳化硅薄膜 .用X射线光电子谱仪 (XPS)、X射线衍射 (XRD)、傅里叶红外吸收光谱 (FTIR)、紫外光 Raman散射谱和高分辨透射电子显微镜 (HRTEM)对薄膜样品进行了结构和组分分析 ,并在室温条件下观察到了薄膜的高强度可见光发射 .

HFCVD法制备SiC薄膜工艺

分析研究了热丝化学汽相沉积 (HFCVD)法工艺参数的变化对 Si C薄膜质量的影响。结果表明 ,合理的选取工艺参数 ,可在较低温度 (70 0～ 90 0℃ )下 ,沿 Si(1 1 1 )晶向异质生长出高质量的准晶 Si C薄膜。

沉积参数对WC-Co基体内孔HFCVD金刚石薄膜生长的影响（英文）

在内孔HFCVD金刚石薄膜沉积过程中,沉积温度(t)、碳源浓度(φ)、总反应压力(ρ)和气体总流量(F)等沉积参数对金刚石薄膜的生长具有显著影响。采用Taguchi方法系统研究这4个关键参数对内孔HFCVD金刚石薄膜性能的综合影响,并且通过自定义的品质因数(figure-of-merit,FOM)评价金刚石薄膜的综合性能。沉积温度、碳源浓度和总反应压力对于内孔HFCVD金刚石薄膜的各项性能及FOM均存在显著影响,并且与平片或外表面沉积存在一定的差异。根据上述影响性分析的结果,以获得最佳的内孔HFCVD金刚石薄膜综合性能为优化目标所确定的最优化沉积参数为:t=830℃,φ=4.5%,ρ=4000 Pa,F=800 mL/min。

HFCVD金刚石膜过程的气氛模拟与分析

对热丝法化学气相沉积金刚石膜过程的气氛进行了模拟与分析.使用GRI-Mech3.0甲烷燃烧过程C/H/O/N四元体系热化学反应机理和动力学数据,模拟并分析了HFCVD金刚石膜的C/H气相化学反应,通过对反应流的简单模拟得到了衬底位置气相组成,结果与前人实验数据吻合.探讨了灯丝温度、碳源浓度和碳源种类等因素变化对衬底位置气相组成的影响.结果表明甲基是金刚石膜生长最主要的前驱基团,其作用远高于乙炔,而超平衡态原子氢的存在对金刚石膜的质量至关重要.

HFCVD法制备纳米晶体碳化硅薄膜中氢流量对晶粒尺寸的影响

以甲烷、硅烷和氢气为反应气体,采用热丝化学气相沉积(HFCVD)法在单晶硅衬底上沉积纳米晶体碳化硅(SiC)薄膜.通过X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)分别对SiC薄膜的晶体结构和表面形貌进行分析.实验发现氢气流量对碳化硅薄膜晶粒尺寸有很大影响,当氢气流量从10SCCM变化到300SCCM时,薄膜晶粒的平均尺寸将由较大的400nm左右减小到40nm左右.

RF-HFCVD生长高质量纳米金刚石薄膜

采用射频等离子体增强的热丝化学气相沉积 (RF HFCVD)技术在石英玻璃衬底上制备了高质量的纳米金刚石薄膜 .研究了衬底温度、反应气压及射频功率对金刚石膜的结晶习性和光学性质的影响 ,其最佳值分别为70 0℃、2× 133Pa和 2 0 0W .在该条件下金刚石成核密度达 10 11cm-2 ,经 1h生长即获得连续薄膜 ,其平均晶粒尺寸为 2 5nm ,表面粗糙度仅为 5 5 ,在近红外区域 (80 0nm处 )的光透过率达 90 % .

HFCVD生长金刚石薄膜中气体状态参数空间场模拟计算

本文对HFCVD过程中的气体状态参数空间场进行了模拟计算．结果表明，气体的温度，体密度，速度和质量流密度场是空间位置的函数，在合适的位置，可获得均匀的温度和质量流密度．这些结果可为制备大面积均匀金刚石薄膜时的工艺参数选择提供理论依据．

优化HFCVD系统内衬底温度场的数值研究

热丝对衬底的辐射是决定热丝化学气相沉积金刚石薄膜系统内衬底表面温度分布的主要因素。本文基于辐射传热基本原理 ,并考虑变热物性衬底的横向热传导 ,改进了衬底温度场的计算模型。数值模拟了衬底表面所受辐射热流密度分布和温度分布 ,结果表明辐射热流密度分布与辐射热平衡得到的温度分布形状一致 ,而衬底横向热传导提高了温度分布的均匀性。进一步计算并讨论了环境温度和热丝高度、数目、间距等几何参数对衬底表面所受辐射热流密度分布和温度分布的影响 ,给出获得 8cm×

HFCVD硼掺杂复合金刚石薄膜的机械性能研究

综合不同种类单层金刚石薄膜的典型优点制备的复合金刚石薄膜具有优异的综合性能,本研究对比了UMCD、BDMCD、UFGD和两类新型硼掺杂复合金刚石薄膜的机械性能。研究结果表明:硼掺杂技术可有效改善金刚石薄膜的附着性能,因此BDM-UMCD和BDM-UM-UFGCD薄膜均具有较好的附着性能;表层为UMCD薄膜的BDM-UMCD薄膜(84.354GPa)具有UMCD薄膜(82.058GPa)表面硬度极高的优点,但是表面粗糙度较高(Ra304.41nm)、表面可抛光性较差;相比之下,表层为UFGD薄膜的BDM-UM-UFGCD薄膜则具有UFGD薄膜优异的表面光洁度(Ra104.71nm)和表面可抛光性,此外由于硬度极高的中间层UMCD对于表层硬度的补充作用,该复合薄膜还具有相比于单层UFGD薄膜(67.925GPa)而言较高的表面硬度(72.657GPa)。

HFCVD方法沉积金刚石薄膜的生长研究

本文讨论了金刚石薄膜应用于光学领域所遇到的问题，研究了热丝ＣＶＤ（ＨＦＣＶＤ）方法生长应用于光学膜的金刚石薄膜过程中，衬底表面的预处理和沉积条件如碳源浓度、衬底温度等对制备腹晶粒尺度和晶粒间界以及膜表面形貌的影响．

提高HFCVD法合成金刚石中钨热解丝寿命的措施

HFCVD法合成的金刚石中钨热解丝在沉积过程中因碳化而产生裂纹,在停机操作时钨热解丝因骤冷产生了热应力而断裂。停机操作前采用碳化钨还原技术及减缓钨丝冷却速度,可将钨丝的寿命提高3～5倍。

HFCVD法沉积金刚石薄右热丝优化方法

本文探讨了在ＨＦＣＶＤ（ｌｏｔ ｆｉｌａｍｅｎｔ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｏｉｎ）沉积金刚石薄膜中热丝数量、位置等几何参数对温度温度场和辐射场的影响。利用系统热传递和计算机辅助的数值解方法得到了该方法沉积大面积金 汪膜中衬底表面温度分布和热辐射能量密度分布。发现金刚石薄膜的均匀性受热辐射能量密度分布影响较大。进一步给出了沉积面积为１００ｍｍ×１００ｍｍ的金刚石薄膜的最佳参数。

HFCVD法生长金刚石薄膜中的热丝技术

本工作研究了在热丝(HF)CVD法生长金刚石薄膜中的热丝技术,给出了一种通常作为热丝的钨丝的实用性预处理方法,并且研究了热丝温度分布对生长膜厚度的影响,发现膜厚分布与基片表面温度分布是一致的。

影响HFCVD金刚石晶核孕育期的几种因素

首次总结了影响热丝 CVD金刚石晶核孕育期的几种因素 .认为热丝对反应气体的分解效率是关键因素 .热丝分解效率受热丝温度 Tf 热丝周围碳源浓度、尤其是受热丝碳化程度的影响 .对热丝碳化越充分导致金刚石晶核的孕育期越短。