專利名稱：一種真空鍍膜設備中的冷卻擋板裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種冷卻擋板裝置，特別是一種在真空鍍膜設備中使用的冷卻擋板裝置。
背景技術：
在金剛石薄膜及其他超硬膜(立方氮化硼、氮化碳等)的沉積方法中，熱絲化學氣相沉積法(HFCVD)、等離子體噴射化學氣相沉積法(P jet CVD)是化學氣相沉積方法(CVD) 中幾種重要的沉積方法。上述兩種沉積超硬膜的方法中，由于一些金屬雜質和含石墨碳鍵的基團沉積到基底表面，生成一層非金剛石成分的薄膜，會減低金剛石薄膜或其他超硬膜的成核密度，基底表面會生長一層非超硬膜或含其他電極材料雜質的膜，這會降低膜基結合力、膜純度，并對制備超硬膜薄膜的機械性能產生不利影響。在HFCVD中，主要采用兩種方法來降低雜質不利影響一是采用熱絲碳化后再放入基底進行沉積，但熱絲碳化后會變脆，極易斷絲，因而這種方法極少采用；二是在熱絲碳化階段將基底與熱絲間距調大，減小落到基底上的雜質數量，但仍然在基底上沉積含有金屬及大量石墨碳鍵的非金剛石膜。在P jet CVD中，主要采用在引弧階段時加大基底與陽極間距來減小落到基底上的雜質數量。上述加大基底與陽極距離的方法只是減少了非金剛石成分的膜的厚度，稍許減輕了對制備高質量薄膜的影響，但是在生長高質量、高純度的金剛石膜、立方氮化硼膜、氮化碳膜等其他超硬膜仍會產生非常不利的影響。發明目的
本發明的目的是，設計一種真空鍍膜設備中的冷卻擋板，阻擋在超硬膜成核生長前非金剛石或其他超硬膜成分在基底表面沉積，以提高薄膜的成核密度和質量。本發明所采用的技術方案是
一種真空鍍膜設備中的冷卻擋板裝置，包括底板，還包括擋板腔體及與擋板腔體連通的擋板連桿，擋板連桿與擋板腔體內設置冷卻循環裝置，所述擋板連桿的桿身動密封設置在底板上。所述冷卻循環裝置包括介質循環管路以及冷卻循環介質，所述介質循環管路包括進介質管和出介質管，進介質管與出介質管的兩個管口通過擋板連桿密封伸進擋板腔體， 且進介質管伸入擋板腔體的長度較出介質管長。還包括轉動平移控制機構，該轉動平移機構設置在擋板連桿的一端。所述擋板腔體包括上擋板以及下擋板，上、下擋板材料為不銹鋼板。所述上、下擋板上設置一層耐高溫金屬板。本發明的有益效果為
通過在鍍膜設備中添加冷卻擋板裝置，在超硬膜制備過程中初期不穩定的階段，使等離子激發源和基底隔開一段時間，避免等離子激發源部位的金屬雜質及大量石墨碳鍵沉積在基底上，導致超硬膜在沉積過程中的成核階段的成核質量變差；加上冷卻擋板裝置后，能有效避免金屬雜質及大量石墨碳鍵在基底上沉積，提高了超硬膜成核密度及膜均勻性，增大了膜基附著力，減少了薄膜中的內應力，降低了制備的薄膜材料裂紋產生的概率。


圖1為本發明冷卻擋板裝置的構造示意圖2為熱絲化學氣相沉積法反應腔及其擋板設計的示意圖； 圖3為等離子體噴射化學氣相沉積法反應腔及其擋板設計的示意圖。圖中1，反應腔；2，熱絲；3，基底；4，支撐臺；5，冷卻擋板裝置；6，轉動平移控制機構；7，進氣口 ；8，直流電源；9，熱電偶；10，壓力計；11，冷卻循環介質；12，閥門；13，真空；14，反應腔；15，等離子炬；16，引弧氣體；17，反應氣體；18，觀察窗凸臺；19，冷卻循環介質；20，等離子體弧焰；21，冷卻循環介質；22，上擋板；23，下擋板；24，密封薄板；25，擋板連桿；26，進介質管；27，出介質管；28，密封圈；29，底板；30，冷卻循環介質。
具體實施例方式使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面結合附圖和具體實施方式
對本發明內容作進一步詳細說明，所描述的實施例是本發明的一部分實施例，而不是全部實施例。基于本發明的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。在超硬薄膜沉積中，化學氣相沉積是其中沉積質量和速率較高、經常使用的方法， 熱絲化學氣相沉積法、等離子體噴射化學氣相沉積法是化學氣相沉積方法中重要的沉積方法。在HFCVD法沉積中，由于熱絲在沉積之前一般要采取碳化工藝，但是在熱絲完全碳化之前，會有金屬雜質、大量石墨碳鍵沉積基底表面，對后續金剛石膜成核和生長帶來非常不利的影響；等離子噴射制備金剛石膜初期，由于引弧初期陽極及附近部位有顆粒狀的雜質落下，可以明顯觀察到落下的雜質在基底上發出明亮的光；這些沉積方法在初期落到基底上的雜質使薄膜成核密度減小，使制備的薄膜材料膜基附著力降低，內應力增大，裂痕增多， 從而降低了沉積所得薄膜的質量。基于上述問題，本發明從阻擋金屬雜質及石墨碳鍵沉積在基底上這一環節入手， 解決薄膜沉積成核初期由上述原因引起的成核密度底、膜基附著力差的問題。具體的，設計一種真空鍍膜設備中的冷卻擋板，在沉積初期等離子激發源上雜質被擋板遮住，并對擋板采用循環介質(液體、氣體或其他方式)冷卻，防止等離子激發源熱輻射造成擋板溫度過高燒壞，尤其是在直流等離子體噴射裝置中等離子溫度大約在4000° C左右，當等離子激發源狀態穩定，觀察沒有明亮的顆粒落到擋板后1分鐘內將冷卻擋板移開，然后正常工藝進行薄膜沉積。本發明提供了在所述CVD沉積方法中擋板的使用順序和方法以及擋板的結構。圖1是本發明冷卻擋板裝置構造示意圖，兩個不銹鋼板用薄板通過氬弧焊焊在一起，保證鋼板之間是密封的，且有良好的循環空間，在密封薄板M上鉆兩個孔，將擋板連桿25通過接頭焊接在側壁上；如果等離子激發源溫度比較高，不銹鋼板熔點較低，可以采用在上不銹鋼擋板上粘接耐高溫的金屬板，例如鉬、鎢材料等其他耐高溫材料；轉動平移控制機構6采用擋板連桿25通過動密封結構連接在底板上，并可以方便地轉動，使擋板完全移開等離子激發源，并可以上下方向沉降，完全不影響反應腔內的氣流；進介質管26、出介質管27可接在擋板連桿內，進介質管沈通進擋板內長度要長一些，與出介質管27組合在一起構成冷卻循環；擋板面積要大于基底面積，并且轉動時不影響反應腔氣流；擋板空間結構的布局設計以具體設備為準。擋板的形狀任意，但必須大于基底的面積，在熱絲陣列中可以采用長方形的擋板。實施例1，如圖2，為HFCVD設備反應腔及其擋板設計的示意圖，在HFCVD法沉積金剛石膜或其他超硬膜中，首先將設備開機，打開機械泵抽到要求的真空度，通入冷卻循環水，同時一路循環冷卻水通入擋板，使其進行循環。在熱絲2 (鎢絲、鉭絲等)進行通電之前調節擋板移動裝置將擋板移至完全遮蔽基底的位置，然后打開電源，對熱絲進行通電加熱， 并通入反應氣體，觀察熱絲電流電壓變化，熱絲碳化后電壓電流與未碳化之前不同，據此， 當電流變化至碳化電流時，通過觀察窗觀察熱絲狀態穩定后1分鐘內慢慢將擋板移至不遮擋基底的位置，移動方式可以采取抽拉式將擋板抽至不遮擋熱絲及不影響反應腔溫度場、 流場的位置，或可以采用在擋板上轉動的方式將擋板轉動，然后將擋板下降到要求的位置， 然后按照正常工藝進行薄膜的沉積。實施例2，圖3，P jet CVD設備及反應腔其擋板設計的示意圖，在此法沉積超硬膜中，首先開機，按下支撐臺4升降按鈕，調整基底3到等離子炬15下部陽極噴嘴的距離約 40mm左右，打開磁場，調節主電流至要求的工藝參數范圍，開機械泵，預抽系統真空，系統真空壓力1000 以下時，依次開制冷機組及泵；然后通過轉動平移控制機構6將擋板移至完全遮蔽基底3的位置；關閉配氣柜排氣閥門，向系統內充氬氣，泵壓到lOIffa左右，打開配氣柜閥門，接通主電源，打開氫氣閥控，立即按下引弧按鈕，引燃電弧，此時銅陽極附近的金屬雜質會隨著等離子體弧焰20而落下到擋板上，觀察等離子狀態及陽極是否繼續有金屬雜質落下，待等離子穩定，觀察不再有明顯雜質落下后，將擋板慢慢移開，與實施例1相同，移開擋板的方式可以采用抽拉式或旋轉沉降的方式，但不能影響反應腔內的溫度場及流場， 再通入反應氣體，按照沉積超硬膜正常工藝參數進行薄膜沉積。以上所述是本發明的優選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員， 在不脫離本發明原理的情況下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護范圍。
權利要求
1.一種真空鍍膜設備中的冷卻擋板裝置，包括底板，其特征在于還包括擋板腔體及與擋板腔體連通的擋板連桿，擋板連桿與擋板腔體內設置冷卻循環裝置，所述擋板連桿的桿身動密封設置在底板上。
2.如權利要求1所述真空鍍膜設備中的冷卻擋板裝置，其特征在于所述冷卻循環裝置包括介質循環管路以及冷卻循環介質，所述介質循環管路包括進介質管和出介質管，進介質管與出介質管的兩個管口通過擋板連桿密封伸進擋板腔體，且進介質管伸入擋板腔體的長度較出介質管長。
3.如權利要求1或2所述真空鍍膜設備中的冷卻擋板裝置，其特征在于還包括轉動平移控制機構，該轉動平移機構設置在擋板連桿的一端。
4.如權利要求3所述真空鍍膜設備中的冷卻擋板裝置，其特征在于所述擋板腔體包括上擋板以及下擋板，上、下擋板材料為不銹鋼板。
5.如權利要求4所述真空鍍膜設備中的冷卻擋板裝置，其特征在于所述上、下擋板上設置一層耐高溫金屬板。
全文摘要
本發明公開了一種真空鍍膜設備中的冷卻擋板裝置，包括底板，其特征在于還包括擋板腔體及與擋板腔體聯通的擋板連桿，擋板連桿與擋板腔體內設置冷卻循環裝置，所述擋板連桿的桿身動密封設置在底板上。本裝置由于阻擋制備初期非超硬膜在基底上的沉積，因而提高了超硬膜成核密度，提高了膜基附著力，并減小了所制備超硬膜的內應力，提高了其機械性能。
文檔編號C23C16/44GK102560427SQ201210036700
公開日2012年7月11日 申請日期2012年2月17日 優先權日2012年2月17日
發明者慶振華, 朱其豹, 李文帥, 相炳坤 申請人:南京航空航天大學