小型化热丝CVD金刚石膜沉积设备的研究与开发

对传统HFCVD金刚石膜沉积设备进行小型化改进,分析了传统沉积设备在真空系统和衬底机构结构上的不足之处;介绍了小型化CVD金刚石膜沉积设备的系统构成;详细描述了该小型化设备的真空系统和衬底摆动机构。该系统具有均匀的表面温度场和很高的运行稳定性,可以用于纳米金刚石薄膜和金刚石厚膜的沉积,制备的纳米金刚石薄膜晶粒大小基本上都在200 nm以下,纳米硬度为(450~700)GPa;沉积的金刚石厚膜直径达93 mm,晶粒完整均匀。     

热丝CVD法高速生长金刚石膜研究

使用热丝ＣＶＤ研究了碳源种类，氧气含量，灯丝温度，基底与灯丝间距离及异常辉光放电等对金刚石膜生长速度的影响，在此研究的基础上，优化工艺参数，使热丝ＣＶＤ法生长金刚石膜的速度提高到２０μｍ／ｈ。     

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CVD生长金刚石薄膜的简化工艺研究

研究了改变本底真空对薄膜质量的影响,给出了在该系统中得到质量较高金刚石薄膜的最小本底真空值;阐述了降低灯丝温度对薄膜质量的影响.在较低压力下用甲烷氢气作碳源在1500～1700℃合成质量较高的金刚石薄膜,在灯丝温度为1300℃时,获得了微观形貌为球状物的薄膜.用扫描电镜、喇曼光谱和X-ray衍射(Cu靶)对结果进行分析.     

Cutting Performance and Wear Mechanism of Multilayer Diamond-Coated Tools

Monolayer and multilayer diamond films are deposited on WC-Co cemented carbide by hot-filament chemical vapor deposition. The growth characteristics of diamond coatings are analyzed. Cutting performance characteristics such as tool life and the stability of machining process in the machining of presintered ZrO₂ are compared based on the variation of cutting speed and resultant cutting force, and workpiece surface roughness. For the monolayer diamond coatings, as the concentration of CH₄ increases from 1% to 5%, the diamond crystal is transformed from micron columnar crystal to nanocluster crystal. The multilayer diamond coatings combine the advantages of micron- and nanocrystalline structures. The multilayer diamond-coated tool exhibits longer service life and better machining quality. Because of the appearance of the brittle–plastic conversion mechanism, the surface integrity of ZrO₂ processed by multilayer diamond-coated tool is relatively high. As for the uncoated tool, the workpiece is mainly machined by brittle spalling. The interfacial stratified fracture system between the interlayers is proposed to be the toughening mechanism of the multilayer structure.     

大面积长生金刚石相关物理参量的空间分布

研究了在热丝化学气相生长金刚石的过程中,衬底温度、衬底表面附近的气体温度以及气流的质量流密度分布对金刚石膜的形核和生长的影响。模拟计算结果表明,这三个参量是空间位置的参数,在某些区域,这三个参量均匀分布。当热丝阵列面与衬底间距离超过７ｍｍ之后,这三个参量在衬底上有一个较大的均匀区域,在该区域的两侧,各参量值显著变化。在衬底中心的均匀区域,金刚石膜晶形清楚而致密;偏离该区域,这三个参量数值明显下降,形核密度和生长速度较低,三个参量均匀的区域可作为金刚石大面积均匀的形核和生长的位置。     

基体预处理对氧化铍基金刚石膜性能的影响

通过改变氧化铍基体的预处理方法,研究了热丝化学气相沉积系统中金刚石薄膜与氧化铍基体的结合情况,及其对导热性能的影响.分别利用金相显微镜和扫描电镜观察薄膜的剥落程度和其表面形貌,利用激光热物性测试仪测量基体和金刚石膜/氧化铍复合体的热扩散系数,并计算其热导率.实验结果表明:水磨砂纸研磨和氢氟酸处理均能有效提高金刚石薄膜与基体的结合情况;氢氟酸处理时间10min时可得到致密连续、表面均匀的金刚石薄膜,此时复合体的热导率较原来的氧化铍基体可提高31.4%.     

Al2O3陶瓷上沉积金刚石薄膜的研究

以酒精为碳源，用热丝ＣＶＤ法对不同表面状态的Ａｌ２Ｏ３衬底进行了金刚石薄膜沉积的比较，用扫描电镜，喇曼光谱和Ｘ射线衍射等方法检测了沉积出的金刚石膜的质量，并讨论了它们对成核和生长的影响。     

β-C_3N_4超硬材料的汽相合成

分别采用热丝辅助反应溅射和等离子体增强热丝化学气相沉积的制备方法，制备出含有β-C3N4晶相的CNx薄膜．本文将重点报道CNx薄膜的结构与形貌特点，并进一步阐述制备参数与CNx薄膜中β-C3N4结晶成分的关系．     

金属Cu诱导层对热丝法制备多晶硅薄膜微结构的影响

采用热丝化学气相沉积法(HWCVD),在金属铜诱导层上成功制备出横向晶粒尺寸在1μm左右、垂直晶粒尺寸达20μm的柱状多晶硅薄膜,其晶化率在95%以上.使用XRD、Raman光谱、扫描电子显微镜(SEM)等分析测试手段研究了灯丝温度在1500～1800℃之间变化时,金属铜诱导层对多晶硅薄膜的微观形貌、结晶性及晶体学生长方向的影响规律.结果表明:金属铜诱导层的引入,在一定温度范围内改善了晶粒尺寸,改变了多晶硅薄膜的择优取向,降低了薄膜的晶化温度,提高了晶化率.