OES study of the gas phase during diamond films deposition in high power DC arc plasma jet CVD system

This paper used optical emission spectroscopy （OES） to study the gas phase in high power DC arc plasma jet chemical vapour deposition （CVD） during diamond films growth processes. The results show that all the deposition parameters （methane concentration, substrate temperature, gas flow rate and ratio of H2/Ar） could strongly influence the gas phase. C2 is found to be the most sensitive radical to deposition parameters among the radicals in gas phase. Spatially resolved OES implies that a relative high concentration of atomic H exists near the substrate surface, which is beneficial for diamond film growth. The relatively high concentrations of C2 and CH are correlated with high deposition rate of diamond. In our high deposition rate system, C2 is presumed to be the main growth radical, and CH is also believed to contribute the diamond deposition.

强直电流伸展弧CVD硬质合金金刚石涂层工具

采用自行研制的强电流直流扩展电弧设备对酸浸和渗硼预处理的YG6刀片进行了金刚石薄膜涂层沉积,并对放于不同位置的沉积刀片表面涂层的激光Raman谱和SEM形貌进行了分析、研究.结果表明:渗硼预处理工艺优于酸浸预处理工艺;在渗硼处理的GY6刀片上,沉积的金刚石薄膜涂层具有大面积、均匀性好和质量高的特点.

强电流直流伸展电弧CVD纳米金刚石涂层微型工具

本文研制了强直流伸展电弧金刚石涂层沉积设备,它可产生长达400 mm的等离子体弧柱,可沉积金刚石涂层的区域大,能够在复杂形状硬质合金刀具上沉积金刚石涂层,有利于实现金刚石涂层硬质合金工具的产业化生产。在直径1 mm的微型铣刀上沉积了纳米金刚石涂层,研究了沉积压力对金刚石涂层组织的影响,沉积压力对金刚石涂层的晶粒尺寸和表面形貌有显著影响。随着沉积压力的降低,沉积的金刚石涂层晶粒尺寸减小,当沉积压力为0.80 kPa时,可沉积出纳米金刚石涂层。涂层的厚度均匀,其表面光滑、平整,且与硬质合金基体之间有较好的附着力。用激光Ram an对金刚石涂层进行了表征。

强电流直流伸展电弧等离子体CVD金刚石沉积均匀性研究

采用特殊的等离子体技术成功研制出适合于金刚石涂层工具工业化生产的中试设备-强电流直流伸展电弧等离子体CVD-500型中试设备。单腔体沉积的沉积工件数量在100支以上;对该设备的沉积均匀性进行了系统的研究,位于等离子体扩散区同一柱面不同位置沉积的金刚石形貌及质量均匀、一致,涂层厚度的不均匀度在±3．5％的范围内;同一沉积试件不同位置处的金刚石形貌及质量稍有差别,但均在许可范围之内,涂层厚度的不均匀度在±2％的范围内;等离子体的扩散区的径向6 cm～8cm,轴向距阳极7 cm-19cm的范围为该设备的有效沉积区域。

硬质合金工具强电流直流伸展弧等离子体CVD金刚石涂层的均匀性研究

采用自行研制的强电流直流伸展电弧等离子体CVD设备对真空渗硼预处理的YG6刀片进行了金刚石涂层沉积 ,并对放于有效沉积区域不同位置沉积出的金刚石涂层刀片以及刀片自身不同位置之表面涂层的形貌、厚度、质量进行了分析、研究。结果表明 :( 1)、硬质合金工具强电流直流伸展弧等离子体CVD金刚石涂层的组织、形貌、厚度、质量都是均匀一致的。 ( 2 )、利用强电流直流伸展电弧等离子体CVD设备可进行硬质合金金刚石涂层的批量沉积。

CVD金刚石自支撑膜的研究进展

金刚石膜以其最高的硬度、热导率、热震性能以及极高的强度等优点得到了越来越多的关注。自20世纪低压化学气相沉积技术成功制备出金刚石以来,在世界范围内,金刚石的制备技术及应用研究得到了快速发展。分别对国内外自支撑金刚石膜材料的制备技术及相关应用进行简要介绍,并讨论近几年我国在高质量金刚石膜材料制备技术方面取得的进展。目前主要的制备技术有热丝、直流辅助等离子体、直流电弧等离子体喷射、微波等离子体化学气相沉积(CVD)等方法。在小尺寸、高质量金刚石膜的制备技术基础上,21世纪初,国外几大技术强国先后宣布实现了大面积、高质量CVD金刚石膜的制备,并将其用于诸如红外光学窗口等高技术领域。我国也在CVD金刚石膜研发方面不断进步,先后掌握了热丝、直流电弧等离子体喷射、直流辅助等离子体CVD等合成大面积金刚石自支撑膜技术,近几年也掌握了915 MHz微波等离子体CVD技术,这些成果也标志着我国在高质量金刚石膜制备技术领域跟上了世界先进水平。

强电流直流扩展弧金刚石沉积技术的研究

采用自行研制的Q-500金刚石涂层沉积设备,同时采用两种不同结构的等离子体炬对经酸碱二步法处理后的硬质合金钻杆(YF06)分别进行了金刚石涂层的沉积,并对沉积后的样品表面进行了分析和研究。初步的研究结果表明:等离子体炬的结构对金刚石涂层的沉积影响很大,改进前的等离子体炬所产生的弧柱不稳,导致沉积温度波动幅度大,而改进后的等离子体炬能产生稳定的弧柱,沉积温度变化不大并且沉积的金刚石涂层具有大面积、均匀性好和高质量的特点。

沉积温度对硬质合金表面沉积的SiC薄膜的影响

采用强电流直流伸展电弧等离子体CVD技术,以Ar、H2和四甲基硅烷(TMS)为先驱气体,在YG6硬质合金衬底表面制备了SiC薄膜。实验结果表明:随着沉积温度的升高,薄膜的致密性和平整度提高;但当沉积温度过高时,SiC薄膜的表面开始具有含非晶碳球和呈花瓣状的疏松结构。在合适的沉积温度下,SiC薄膜的致密性和平整度较好,且其具有较好的附着力和一定的强度,而这样的SiC薄膜可以阻止在金刚石涂层沉积过程中硬质合金中含有的Co对金刚石相沉积过程的有害作用。

强电流直流伸展电弧法制备硬质合金微型工具的SiC过渡层和金刚石涂层

采用强电流直流伸展电弧化学气相沉积(HCDCA CVD)技术在硬质合金微型工具表面沉积了SiC涂层作为过渡层,并在此基础之上制备了金刚石涂层。实验结果表明,采用HCDCA CVD技术在硬质合金表面制备的SiC纳米涂层连续、致密;此过渡层可有效地抑制硬质合金基体中Co的外向扩散,确保在不进行酸蚀去Co预处理的情况下,金刚石涂层对硬质合金基体具有良好的附着力。切削检测的结果表明,实验所制备的SiC过渡层/金刚石涂层的微型铣刀与未涂层微型铣刀相比,切削刃没有切削屑的粘结,且加工后的工件表面上毛刺较少。这些结果表明,SiC过渡层/金刚石涂层硬质合金微型工具将具有优异的加工性能。

5 kV快速中压直流空气断路器的研发

为满足大容量中压直流供配电系统的保护需求,开展了中压直流空气断路器的研制工作。针对中压直流空气断路器大电流分断的技术难点,结合仿真分析及试验研究,建立了空气电弧的3维磁流体动力学模型,计算得到了断路器分断过程中灭弧室内部温度场及压力场数据,并利用高速摄影仪记录大电流分断时电弧的运动过程,验证了仿真模型的有效性。最后,根据研究结果研制5 kV/110 kA直流断路器样机,并进行了大电流分断试验。试验结果表明,该快速中压直流空气断路器成功分断了峰值110 kA的短路电流,分断电流为91.8 kA,全分断时间为17 ms。