"大面积高光学质量金刚石膜制备、加工及应用"关键技术研究进展

采用具有我国独立知识产权的磁控/流体动力学控制大口径长通道等离子体炬技术(中国发明专利)建造的100kW级高功率DC Arc Plasma Jet CVD膜沉积系统(在气体循环条件下工作)和10kW级DC Arc Plasma Jet CVD装置成功地制备了高光学质量(光学级透明)大面积金刚石自支撑膜。在气体循环条件下制备的金刚石自支撑膜最大面积φ100mm,最大厚度～2mm。其中光学级透明金刚石膜最大直径φ60mm,厚度～0.6mm。在气体不循环状态(Blow down mode,10kW级JET)制备的光学级     

金刚石自支撑膜的高温红外透过性能

由于金刚石具有低吸收和优异的力学与导热性能使其成为长波(8~12μm)红外光学窗口材料的重要选择。对于许多极端条件的应用,化学气相沉积(CVD)金刚石自支撑膜的高温光学性质至关重要。应用直流电弧等离子喷射法制备光学级金刚石自支撑膜进行变化温度的红外光学透过性能研究,采用光学显微镜、X射线衍射、激光拉曼和傅里叶变换红外-拉曼光谱仪检测CVD金刚石膜的表面形貌、结构特征和红外光学性能。结果表明:在27℃时金刚石膜长波红外8~12μm之间的平均透过率达到65.95%,在500℃时8~12μm处的平均透过率为52.5%。透过率下降可分为3个阶段。对应于透过率随温度的下降,金刚石膜的吸收系数随温度的升高而增加。金刚石自支撑膜表面状态的变化,对金刚石膜光学性能的影响显著大于内部结构的影响。     

大面积高光学质量金刚石自支撑膜的制备

介绍了一种新型的磁控/流体动力学控制的大口径长通道直流电弧等离子体炬,并据此设计建造了100千瓦级高功率DC Arc Plasma Jet CVD金刚石膜沉积系统.讨论了该系统采用的半封闭式气体循环系统的工作原理,以及在气体循环条件下制备大面积高光学质量金刚石自支撑膜的研究结果.     

大面积高光学质量金钢石自支撑膜的制备

介绍了一种新型的磁控/流体动力学控制的大口径长通道直流电弧等离子体炬，并据此设计建造了100千瓦级高功率DC Arc Plasma Jet CVD金刚石膜沉积系统，讨论了该系统采用的半封闭式气体循环系统的工作原理，以及在气体循环条件下制备大面积高光学质量金刚石自支撑膜的研究结果。     

硫化锌窗口上CVD法制备金刚石膜的研究进展

金刚石具有优异的红外透过性能,可作为硫化锌红外窗口的保护膜。但由于CVD金刚石的沉积过程会刻蚀硫化锌衬底,导致在窗口表面直接生长金刚石膜比较困难。本文主要综述了近年来通过添加过渡层沉积金刚石薄膜的方法和光学焊接金刚石厚膜的方法来增强硫化锌窗口的性能,并介绍了CVD金刚石膜的光学应用及其目前所存在的问题,最后对未来CVD金刚石膜发展的方向作出了展望。     

无支撑、光学级MPCVD金刚石膜的研制

利用引进的6 kW微波等离子体化学气相沉积设备,进行了无支撑金刚石膜工艺的初步研究。在800~1050℃的基片温度范围内,金刚石膜都呈(111)择优取向;基片相对位置对沉积较大面积、光学级金刚石膜至关重要。制出0.25 mm厚Φ50 mm的无支撑金刚石膜。拉曼光谱和X射线衍射分析表明,合成的金刚石膜晶体结构完整,sp2含量极低;透过率测试结果说明了优良的光学性能:截止波长225 nm,光学透过率(λ≥2.5μm)≥70%。     

复化学气相沉积金刚石膜工业化应用

本项目是863计划“八五”和“九五”期间两个重大关键技术项目“金刚石膜制备关键设备研制（合同号：863-715-02(Z）-A)”和“大面积高光学质量金刚石膜制备、加工及应用关键技术研究（合同号：863-715-Z38-03)”，以及“十五”863计划国防先进材料专项“高马赫数导弹红外雷达窗口（球罩）光学级金刚石膜制备和加工关键技术研究(合同号：2002AA305508)”项目的阶段成果。     

大面积金刚石自支撑膜机械抛光的优化工艺研究

研究了一种用于抛光等离子体溅射CVD法制备的金刚石自支撑膜的高效安全的抛光工艺.试验探索了转盘转速、金刚石粉颗粒尺寸、磨盘表面形状对金刚石自支撑膜磨抛速率的影响.研究表明:带槽盘对金刚石自支撑膜的粗研磨效果明显,速率较高,平面盘对提高金刚石自支撑膜的表面粗糙度有利;不同颗粒的金刚石粉对应着各自合适的能充分利用其磨削能力的转速,在这个转速下,金刚石自支撑膜的磨抛速率在12μm/h左右.本文通过对新的工艺参数的探索,为金刚石自支撑膜后续加工提供有力的技术支持.     

由红外透过谱确定金刚石膜的光学常数及相关因素

结合金刚石膜的具体情况,考虑到色散效应、膜的微结构、表面粗糙度及样品中自由载流子和C-H的吸收等多种因素对红外透过谱的影响,在无吸收单层膜透过率模型的基础上进行了修正,给出了自支撑金刚石薄膜透过率的数学模型.并对不同制备方法和工艺参数下沉积的金刚石膜的红外透过谱用Levenberg-Mar-quardt算法进行非线性最小二乘拟合,从而确定出样品的红外光学常数和其它影响透过率的因素.这些结果对正确分析金刚石薄膜的红外光学性质是很重要的.     

微波等离子体化学气相沉积——一种制备金刚石膜的理想方法

综述了微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)法制备金刚石膜技术,表明MPCVD是高速、大面积、高质量制备金刚石膜的首选方法。介绍了几种常用的MPCVD装置类型,从MPCVD装置的结构特点可以看到,用该类型装置在生长CVD金刚石膜时显示出独特的优越性和灵活性。用MPCVD法制备出的金刚石膜其性能接近甚至超过天然金刚石,并在多个领域得到广泛应用。