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，熟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。     

热丝化学气相沉积大面积金刚石膜温度场的模拟计算

对热丝化学气相沉积（ＨＦＣＶＤ）生长金刚石膜过程中影响衬底温度场的热丝几何参数及其他相关沉积参数进行了模拟计算．结果表明,通过优化参数,用８０ｍｍ ×８０ｍｍ的热丝阵列可以获得７６ｍｍ × ７６ ｍｍ面积的均匀衬底温度区,进一步利用辅助热丝则可将均温区面积扩大到 １００ｍｍ×１００ｍｍ．这些结果可以为沉积高质量、大面积金刚石膜的工艺参数提供理论依据．     

制备双面大面积BDD电极的HFCVD设备流场仿真与结构设计

用热丝化学气相沉积(HFCVD)法制备双面大面积掺硼金刚石(BDD)电极时,沉积系统的气体流场均匀性对薄膜质量均匀性有着重要影响.针对大面积BDD电极制备的设备流场问题,采用仿真分析,研究了相关结构与流场的关系.通过设计均匀分散的进出气口以及在基板四周配置宽度为20 mm的减速板,可以有效消除横向流速差和边缘流速峰值,与结构改进之前相比能显著提高流场均匀性,高低流速差值从0.04 m/s降低到0.005 m/s.研究结果为薄膜的均匀制备提供了必要条件.     

热丝CVD金刚石涂层硬质合金衬底两步法预处理的研究

研究了引入超声振动后酸碱两步法预处理对硬质合金衬底表面去Co催石墨化作用。采用偏压增强辅助热丝化学气相沉积(HFCVD)法,在硬质合金衬底上沉积了一层均匀、光滑的金刚石薄膜。研究结果表明:在酸碱两步法预处理过程中引入超声振动,能够有效的去除硬质合金衬底表面的Co元素,衬底表面发生了明显的粗化;采用Murakami试剂超声振动20 min腐蚀WC相,再用V(H2SO4)∶V(H2O2)=3∶7混合溶液超声振动30 s去除Co相,金刚石薄膜形核密度高、结晶质量好。这说明了超声酸碱两步法预处理能够有效的抑制钴对金刚石薄膜的不利影响,对提高金刚石薄膜与基体之间的附着力起着非常重要的作用。     

HFCVD聚晶金刚石薄膜与TC1对磨摩擦磨损性能研究

目前,金刚石被认为是制备加工钛合金涂层刀具的理想材料,但是关于金刚石涂层与钛合金间磨损机制的研究甚少。为此,本实验利用热丝化学气相沉积(HFCVD)在硬质合金(WC-Co)基体上制备聚晶金刚石(PCD)薄膜并研究其与Ti-2Al-1.5Mn(TC1)对磨时的磨损机制。销盘磨损实验结果显示:PCD薄膜相比于WC-Co具有较低的摩擦系数及较高的耐磨性。WC-Co在与TC1对磨时,磨损机制主要为磨料磨损。PCD薄膜与TC1对磨过程中,一直存在有金刚石晶粒与对磨副TC1的切削作用;而在磨损后期,磨屑堆积产生的致密氧化TC1相对磨损过程也有着直接的影响。     

大孔径内孔表面金刚石薄膜涂层的制备

应用热丝化学气相沉积（HFCVD）工艺,并采用合适的衬底预处理方法和优化的工艺参数,在大孔径硬质合金内孔表面沉积了金刚石薄膜。分别采用SEM、EDS和喇曼光谱依次对衬底预处理前后内孔表面及沉积的金刚石薄膜进行了表征,并通过压痕实验评估了薄膜的附着强度。该压痕实验结果与薄膜的SEM及喇曼光谱表征的结果具有一致性。结果表明：采用合适的衬底预处理方法和优化的HFCVD工艺,可以在大孔径硬质合金内孔表面沉积高质量的金刚石薄膜。     

Si3N4工程陶瓷基底金刚石涂层生长规律及性能

为了避免氮化硅材料因产生裂纹或延伸破裂等造成的失效,利用热丝化学气相沉积法（Hot filament chemical vapor deposition,HFCVD）在氮化硅基底上沉积具有高硬度的金刚石涂层,采用单因素影响试验,分别探究碳源浓度、腔室压力、基底温度对金刚石成膜过程的影响机制,探究微米和纳米金刚石涂层的最优生长工艺参数。利用拉曼光谱仪（Raman）、X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）和原子力显微镜（AFM）对不同参数制备出的金刚石的形核、表面形貌、薄膜质量、表面粗糙度等进行表征,利用洛氏硬度计分析膜基结合力。结果表明,腔室压力越大,活性物质到达基底的动能越小,不利于金刚石的成核和生长。生长速率和表面粗糙度主要受甲烷浓度的影响：甲烷浓度从1%到7%,生长速率从0.84μm/h上升到1.32μm/h;表面粗糙度Ra从53.4 nm降低到23.5 nm;甲烷浓度过高导致涂层脱落严重,膜基结合力变差;晶面形貌和金刚石含量受到基底温度的影响较为明显,随着温度升高,金刚石质量提高。综合基底温度、腔室压力对金刚石涂层的影响,确定最佳生长温度为900℃,气压为1 k Pa。...     

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工艺参数选择提供理论依据。     

热丝法气相沉积金刚石薄膜的影响因素

由于热丝法气相沉积金刚石薄膜成膜质量好、设备简单、成本低而得到广泛应用。本文探求了工具上应用最广泛的硬质合金上利用热丝法沉积金刚石薄膜的原理,并着重讨论了在该系统中影响金刚石薄膜质量的几个因素：预处理技术、碳源浓度、温度和气压,在金刚石的形核时期和生长时期这些因素的作用是不同的,同时这些因素又相互影响。根据影响因素制定出了最优的工艺参数,最后在硬质合金上得到了均匀而致密的金刚石薄膜,经XRD分析,由（111)和(220)晶面组成,主要是(111)面,晶粒尺寸平均为113．5nm,这些探索为金刚石沉积技术在工具上的大规模应用打下了基础。     

硅掺杂CVD金刚石薄膜

研究硅掺杂对CVD金刚石薄膜形貌、结构特性和成分的影响。通过向丙酮中加入正硅酸乙酯作为反应气体,在硅基底上沉积硅掺杂CVD金刚石薄膜。金刚石薄膜的表面形貌和显微组织由场发射电镜表征。金刚石薄膜的成分通过拉曼光谱和X射线衍射（XRD）进行研究。薄膜的表面粗糙度由表面轮廓仪评估。结果表明,硅掺杂会降低晶粒尺寸,促进晶粒细化并抑制三角锥形形貌。XRD研究表明,（111）朝向的晶面显著减少。拉曼光谱研究表明,硅掺杂会促进薄膜中硅碳键的形成以及非金刚石相的增多。在硅碳浓度比为1％时,沉积得到光滑的细晶粒金刚石薄膜。     

SiC基底HFCVD金刚石薄膜摩擦磨损性能

利用热丝化学气相沉积技术在碳化硅基底上制备微米金刚石薄膜、纳米金刚石薄膜和金刚石–石墨复合薄膜,采用扫描电子显微镜、原子力显微镜和拉曼光谱仪对不同金刚石薄膜的表面形貌和微观结构进行表征,通过摩擦磨损实验测试金刚石薄膜的摩擦系数并计算其磨损率,对比研究不同种类金刚石薄膜的摩擦磨损性能。结果表明：金刚石–石墨复合薄膜具有较好的摩擦磨损性能,薄膜表面粗糙度为53.8 nm,摩擦系数为0.040,和纳米金刚石薄膜(0.037)相当;金刚石–石墨复合薄膜的磨损率最低,为2.07×10^-7 mm³·N^-1·m^-1。在相同实验条件下,同碳化硅基底的磨损率(9.89×10^-5 mm³·N^-1·m^-1)和摩擦系数(0.580)相比,所有金刚石薄膜的磨损率和摩擦系数均有明显提升,说明在SiC基体表面沉积金刚石薄膜能够显著提高碳化硅材料在摩擦学领域的使役性能。     

沉积参数对硬质合金基体微/纳米金刚石薄膜生长的影响

基体温度、反应压力和碳源浓度等沉积参数决定热丝化学气相沉积金刚石薄膜的性能。运用正交试验方法,研究参数对硬质合金基体金刚石薄膜生长的综合作用。采用场发射扫描电镜（FE-SEM）、原子力显微镜（AFM）和拉曼（Raman）光谱检测薄膜的形貌结构、生长速率和成分。结果表明：随着基体温度的降低,金刚石形貌从锥形结构向团簇状结构转变;低反应压力有利于纳米金刚石薄膜的生成;生长速率受反应压力和碳源浓度综合作用的影响。     

氮气对DC-PCVD法制备金刚石薄膜影响的研究

采用直流热阴极等离子体化学气相沉积方法,用甲烷、氢气、氮气的混合气体在Mo基底上成功制备了金刚石薄膜.分别采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、拉曼光谱仪(Raman)对不同流量氮气氛下生长金刚石薄膜的形貌、取向、质量进行了表征.结果表明:适量氮气的加入,不仅可以促进金刚石薄膜的生长速率,还可以促进金刚...     

甲烷浓度对金刚石薄膜织构的影响

采用热丝化学气相沉积法,以甲烷和氢气为反应气体,在硬质合金YG6基体上沉积了金刚石薄膜。研究了不同的甲烷浓度对金刚石织构变化趋势的影响。分别采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)对金刚石膜的表面形貌、织构形成进行了分析。结果表明:当基体温度为760℃,沉积气压为4×103Pa,甲烷浓度从1%到5%,都形成了(110)织构。但是,当甲烷浓度为3.3%时,有(100)织构。     

CVD生长法实现金刚石拉曼激光器

业界对工作在理想光谱区域和功率范围的紧凑型固态金刚石激光器的追求，以及众多其他的光电子应用，促进了全球对工业金刚石制造的研究和开发。得益于近年来化学气相沉积（CVD）法生长金刚石技术的进步，澳大利亚的一个研究小组最近报道了一种光泵浦外腔CVD金刚石拉曼激光器。     

约束式热丝CVD法制备金刚石的研究

为提高热丝CVD法沉积金刚石薄膜的生长速率,以丙酮和氢气作为反应气源,利用自制的半封闭式空间约束装置,将热丝、衬底、反应气体聚集在狭小空间内,研究不同气体流速条件下的金刚石薄膜沉积情况;使用SEM和Raman光谱表征所合成的薄膜。结果表明:采用约束式沉积法可以显著提高沉积速率,本实验在230 cm3/min（标况）气体流速下获得最大沉积速率6.31 μm/h,比未约束时增大了近一倍。随着气体流速增大,沉积速率先增大后减小;气体流速86~115 cm3/min（标况）时,晶粒尺寸为微米级;气体流速115~575 cm3/min（标况）时,晶粒尺寸减小至纳米级。Raman光谱检测显示:约束式沉积所得薄膜总体质量较好,但随气体流速增大而逐渐降低。      

纳米金刚石薄膜制备的现状与展望

与微米金刚石薄膜不同，纳米金刚石薄膜晶粒度小，表面平滑。从发展水平来看，目前国内外纳米金刚石薄膜的研究，还处于基础性研究阶段，纳米金刚石薄膜的应用刚刚起步，距产业化还有较大距离。但是，由于纳米金刚石薄膜具有众多的优异性能，正因为如此，可望在众多的高技术领域中得到广泛应用。     

热丝化学气相沉积法制备优质微米亚微米级单晶金刚石的研究

利用热丝化学气相沉积法（HFCVD）,在硅片衬底上进行微米级（〉1μm）及亚微米级（〈1μm）单晶金刚石的沉积研究。微米级金刚石是以高温高压法（HPHT）制备的1μm金刚石颗粒为籽晶,通过甩胶布晶的方法,在衬底上均匀分布晶种,并通过合理控制沉积工艺参数,在衬底上形成晶形完好的单晶金刚石。在沉积2 h后,可消除原HPHT籽晶缺陷,沉积6 h后,生长出晶形良好的立方八面体金刚石颗粒（约4μm）;对于亚微米级单晶金刚石,是直接在衬底上进行合成,通过调控沉积参数（如衬底预处理方法,偏流大小,沉积时间）对单晶金刚石的分布密度和颗粒度进行控制,经过2 h的沉积,最终获得了0.7μm的二十面体单晶金刚石。     

热丝CVD法沉积金刚石薄膜用灯丝研究现状及改进

热丝化学气相（CVD）法沉积全刚石具有其它沉积方法所无法比拟的优势而受到重视，然而在高温沉积过程中灯丝容易发生形变和挥发所带来的“污染”影响了金刚石沉积膜的质量，本文就热丝法中三种常用灯丝（钨丝、钼丝和铼丝）的高温行为的研究现状进行了综合评述。在此基础上，提出了钽丝表面包钨的新实验，以进一步指导热丝CVD法沉积高质量的金刚石。