專利名稱：制備金剛石和類金剛石薄膜的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及材料領(lǐng)域，特別是一種是用脈沖電弧放電電離有機(jī)溶液制備金剛石和類金剛石薄膜的方法。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是這樣的用脈沖電弧放電電離有機(jī)溶液，將有機(jī)溶液在常溫常壓和脈沖電壓0.5～30KV條件下，誘導(dǎo)陰、陽電極間產(chǎn)生脈沖電弧放電，使有機(jī)溶液電離成含碳等離子體，沖向并沉積在基板上，制得金剛石薄膜或類金剛石薄膜。
本發(fā)明具有如下主要優(yōu)點(diǎn)其一.在常溫常壓下即可合成金剛石或類金剛石薄膜。
其二.沉積速率快，在大氣環(huán)境下產(chǎn)生稠密的含碳等離子體，從而提高了生產(chǎn)效率，利于推廣金剛石和類金剛石薄膜的應(yīng)用。
其三.產(chǎn)品的多樣性既可生產(chǎn)金剛石薄膜，又可生產(chǎn)類金剛石薄膜。
上述的脈沖電弧放電電離有機(jī)溶液合成法，通過脈沖電弧放電裝置實(shí)施。
脈沖電弧放電裝置的結(jié)構(gòu)如附圖
所示設(shè)有高壓和電弧產(chǎn)生電路；高壓產(chǎn)生電路由調(diào)壓器B1、高壓變壓器B2、二極管D、限流電阻R組成；電弧產(chǎn)生電路由電容C和陽電極1、陰電極2組成，電極位于基板3的上方，且兩電極的間距是2～4mm?；?由鉬片或硅片制成，其與電加熱器4相連。電加熱器4是電爐絲。為了檢測(cè)沉積溫度，可將熱電偶5的測(cè)溫探頭接觸基板3。
上述電路的連接關(guān)系如附圖所示調(diào)壓器B1的初級(jí)、次級(jí)線圈，分別連接220V交流電源、高壓變壓器B2的初級(jí)線圈，高壓變壓器B2的次級(jí)線圈一端接陰電極和電容C的一端，B2的次級(jí)線圈另一端經(jīng)二極管D負(fù)極接限流電阻R的一端，限流電阻R的另一端接陽電極和電容C的另一端。
上述的有機(jī)溶液可以是甲醇、乙醇、丙酮等溶液。有機(jī)溶液誘導(dǎo)陰、陽電極產(chǎn)生脈沖電弧放電方式有兩種一種是有機(jī)溶液滴6通過陰、陽電極的間隙方式(見圖)。另一種是陽電極1、陰電極2和基板3位于有機(jī)溶液中(未畫圖)，此時(shí)有機(jī)溶液與陰、陽電極始終接觸；該種方式設(shè)有控制開關(guān)(如可控硅)，其作用是控制電容器的放電。
本發(fā)明是根據(jù)電弧放電方式不同，調(diào)節(jié)脈沖電壓和有機(jī)溶液的濃度，在常溫常壓下，制備金剛石或類金剛石薄膜的。舉例如下制取金剛石薄膜的工藝條件在脈沖電壓4～30KV下，若甲醇濃度5～15％，或乙醇濃度＜10％，或丙酮濃度＜5％時(shí)，均可制得金剛石薄膜產(chǎn)品。
制取類金剛石薄膜的工藝條件在脈沖電壓0.5～30KV下，若甲醇濃度＞15％，或乙醇濃度＞10％，或丙酮濃度＞5％時(shí)，均可制得類金剛石薄膜產(chǎn)品。
下面簡(jiǎn)述一下脈沖電弧放電裝置的工作過程。
1.如圖所示通電后，調(diào)壓器B1和高壓變壓器B2將220V交流電壓升至所需電壓，熱電偶5監(jiān)測(cè)電加熱器4對(duì)基板3的加熱溫度。當(dāng)有機(jī)溶液滴6通過陽電極1和陰電極2的間隙時(shí)，本裝置的電路回路瞬間導(dǎo)通，電容C放電，誘導(dǎo)陽、陰電極產(chǎn)生脈沖電弧放電，使有機(jī)溶液電離成高濃度的含碳等離子體，沖向并沉積在基板3上。依此重復(fù)，制得金剛石薄膜或類金剛石薄膜產(chǎn)品。
2.將電極完全浸入有機(jī)溶液中。通電后，調(diào)壓器B1和高壓變壓器B2將220V交流電壓升至所需電壓，熱電偶5監(jiān)測(cè)電加熱器4對(duì)基板3的加熱溫度，電容器正極通過控制開關(guān)與陽極1相連并處于斷開狀態(tài)。工作時(shí)，控制開關(guān)瞬間導(dǎo)通，電容器上的高壓瞬間加到電極上，形成脈沖電弧放電電離有機(jī)溶液，產(chǎn)生稠密的含碳等離子體，沖向并沉積在基板3上。依此重復(fù)，制得金剛石薄膜或類金剛石薄膜產(chǎn)品。
權(quán)利要求
1.一種制備金剛石和類金剛石薄膜的方法，其特征是用脈沖電弧放電電離有機(jī)溶液制備金剛石和類金剛石薄膜，將有機(jī)溶液在常溫常壓和脈沖電壓0.5～30KV條件下，誘導(dǎo)陽、陰電極(1)、(2)產(chǎn)生脈沖電弧放電，使有機(jī)溶液電離成含碳等離子體，沖向并沉積在基板(3)上，制得金剛石薄膜或類金剛石薄膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備金剛石和類金剛石薄膜的方法，其特征是所述的脈沖電弧放電電離有機(jī)溶液合成法，通過脈沖電弧放電裝置實(shí)施，該裝置設(shè)有高壓和電弧產(chǎn)生電路；高壓產(chǎn)生電路由調(diào)壓器B1、高壓變壓器B2、二極管D、限流電阻R組成；電弧產(chǎn)生電路由電容C和陽電極(1)、陰電極(2)組成，電極位于基板(3)的上方，且兩電極的間距是2～4mm；基板與電加熱器(4)相連，上述電路的連接關(guān)系是調(diào)壓器B1的初級(jí)、次級(jí)線圈，分別連接220V交流電源、高壓變壓器B2的初級(jí)線圈，高壓變壓器B2的次級(jí)線圈一端接陰電極和電容C的一端，B2的次級(jí)線圈另一端經(jīng)二極管D負(fù)極接限流電阻R的一端，限流電阻R的另一端接陽電極和電容C的另一端。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備金剛石和類金剛石薄膜的方法，其特征是所述的陽電極(1)、陰電極(2)和基板(3)，位于有機(jī)溶液中；設(shè)有控制開關(guān)，其兩端分別與陽電極、二極管D的負(fù)極相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的制備金剛石和類金剛石薄膜的方法，其特征是有機(jī)溶液是甲醇，在甲醇濃度5～15％和脈沖電壓4～30KV下，制得金剛石薄膜。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的制備金剛石和類金剛石薄膜的方法，其特征是有機(jī)溶液是甲醇，在甲醇濃度＞15％和脈沖電壓0.5～30KV下，制得類金剛石薄膜。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的制備金剛石和類金剛石薄膜的方法，其特征是有機(jī)溶液是乙醇，在乙醇濃度＜10％和脈沖電壓4～30KV下，制得金剛石薄膜。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的制備金剛石和類金剛石薄膜的方法，其特征是有機(jī)溶液是乙醇，在乙醇濃度＞10％和脈沖電壓0.5～30KV下，制得類金剛石薄膜。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的制備金剛石和類金剛石薄膜的方法，其特征是有機(jī)溶液是丙酮，在丙酮濃度＜5％和脈沖電壓4～30KV下，制得金剛石薄膜。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的制備金剛石和類金剛石薄膜的方法，其特征是有機(jī)溶液是丙酮，在丙酮濃度＞5％和脈沖電壓0.5～30KV下，制得類金剛石薄膜。
10.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的制備金剛石和類金剛石薄膜的方法，其特征是基板(3)由鉬片制成。
全文摘要
本發(fā)明是一種用脈沖電弧放電電離有機(jī)溶液制備金剛石和類金剛石薄膜，即將有機(jī)溶液在常溫常壓和脈沖電壓0.5～30KV條件下，誘導(dǎo)陽、陰電極(1)、(2)產(chǎn)生脈沖電弧放電，使有機(jī)溶液電離成含碳等離子體，沖向并沉積在基板(3)上，制得金剛石薄膜或類金剛石薄膜。本發(fā)明具有合成溫度低和沉積速率快等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)C23C18/00GK1410590SQ0214770
公開日2003年4月16日 申請(qǐng)日期2002年11月19日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月19日
發(fā)明者馬志斌, 汪建華 申請(qǐng)人:武漢化工學(xué)院