專利名稱：熱絲恒張力懸掛裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及制備金剛石膜的熱絲CVD裝置中的一種熱絲恒張力懸掛裝置。
技術(shù)背景金剛石具有極佳的力、熱、光、電、聲學性能，具有及其廣泛的應(yīng)用前景。天然金剛石 以及釆用高溫高壓法合成的金剛石為顆粒狀形態(tài)，限制了金剛石的應(yīng)用范圍，采用化學氣相 沉積(CVD)法制備的金剛石膜為膜狀形態(tài)，極大拓展了其應(yīng)用范圍。熱絲CVD法制備金剛石 膜，采用氫氣和含碳的氣體或液體為原料，通過熱裂解來制備金剛石，具有成本低、生長速 度較快，并且裝置容易放大等優(yōu)點，是目前普遍采用的一種制備金剛石膜的裝置。采用熱絲 CVD法制備金剛石膜，需在電極上裝配數(shù)根熱絲，熱絲通常采用高熔點的、能和碳形成碳化 物的金屬(如W、 Ta等)，直徑一般不超過0.6咖。熱絲從室溫加熱到工作溫度(通常為2000 2500X:)時會伸長，并且在高溫熱絲和碳發(fā)生反應(yīng)而碳化，在碳化過程中會因滲碳而伸長20% 左右，此外熱絲在高溫工作時，因張力而產(chǎn)生蠕變也會導(dǎo)致熱絲伸長，由于生長厚膜時熱絲 工作時間長達幾百個小時，因此，高溫蠕變也是必須考慮的重要因數(shù)。熱絲伸長會使熱絲下 墜，改變熱絲與基體之間的距離， 一方面會使基片溫度升高，偏離最佳的金剛石膜生長條件， 影響沉積的金剛石膜的質(zhì)量，另一方面，熱絲下墜是不均勻下墜，使熱絲與基片的距離不再 是常數(shù)，導(dǎo)致沉積的金剛石膜厚度不均勻?，F(xiàn)普遍采用的防止熱絲下墜的方法主要有兩種， 一種是采用螺線管狀熱絲，利用拉伸螺線管產(chǎn)生的張力來補償熱絲在工作中產(chǎn)生的伸長，但 是，這種方法因螺線管本身因下墜而彎曲，只能沉積小面積的金剛石膜；另一種方法是采用 直熱絲，通過對熱絲施加一張力使熱絲平直，這樣就能制備大面積的金剛石膜。這是目前普 遍采用的一種方法?，F(xiàn)在對熱絲施加張力都是采用髙溫彈簧或彈片，只不過施加方式有所不 同，如美國專利No. 4953499， No, 4958592， No. 5833753， No. 4970986以及中國專利 ZL98205844.6等。由于彈簧提供的張力為變力，服從胡克定律，在工作過程中隨著熱絲伸長， 彈簧縮短，提供的張力會下降此外，彈簧在髙溫環(huán)境下工作(一般環(huán)境溫度幾百度)，會 使彈簧退火，使倔強系數(shù)變小， 一方面使彈力變小，另一方面影響彈簧使用壽命。因此，髙 溫彈簧有著明顯的缺點。此外，由于熱絲碳化后，抗拉強度大幅降低，施加在熱絲上的張力 有限，施加張力太大熱絲會被拉斷，但如果施加張力太小，就不能補償因高溫蠕變而導(dǎo)致的 伸長，就不能保證熱絲始終處于平直狀態(tài)，從而影響沉積的金剛石膜均勻性，因此，使用高 溫彈簧時，每次部必須仔細調(diào)整彈簧的彈力，比較麻煩。另外，現(xiàn)有熱絲懸掛系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)都 比較復(fù)雜。 發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡單、易裝配、工作時可使熱絲一直處于平直狀態(tài) 的熱絲恒張力懸掛裝置。為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型的技術(shù)方案是熱絲恒張力懸掛裝置，其特征在于它包括第一電極l、第二電極2、鉤狀電極引線4、活塞式可移動電極組件5、金屬導(dǎo)線6、導(dǎo)電 金屬桿7、陶瓷絕緣體8、滑輪組9、第一電極金屬引線IO、砝碼ll、第一電極支撐架12、 滑輪組支撐架14、第二電極金屬引線15、第二電極支撐架16，第一電極支撐架12的上端與 第一電極l固定連接，第一電極金屬引線10與第一電極1固定連接；第二電極支撐架16的 上端與第二電極2固定連接，第二電極2上至少設(shè)有二個圓管通孔，活塞式可移動電極組件 5由圓柱狀電極體和第一圓管組成，圓柱狀電極體插入第一圓管內(nèi)，第一圓管插卡在圓管通 孔內(nèi)，圓柱狀電極體的左端與鉤狀電極引線4固定連接，圓柱狀電極體的右端與金屬導(dǎo)線6 的左端固定連接，金屬導(dǎo)線6的右端與導(dǎo)電金屬桿7固定連接，第二電極金屬引線15與導(dǎo) 電金屬桿7固定連接；第一電極1位于第二電極2的左側(cè)，滑輪組9位于第二電極2的右側(cè)， 滑輪組9與滑輪組支撐架14的上端固定連接；第一牽引線17的一端與導(dǎo)電金屬桿7固定連 接，第一牽引線17的另一端與陶瓷絕緣體8固定連接，第二牽引線18的左端與陶瓷絕緣體 8固定連接，第二牽引線18的右端經(jīng)過滑輪組9后與砝碼11固定連接；第一電極支撐架12 的下端、第二電極支撐架16的下端、滑輪組支撐架14的下端分別與真空腔體底部13電絕 緣固定連接使用時，熱絲3的右端與鉤狀電極引線4固定連接，熱絲3的左端與第一電極 1固定連接。所述的滑輪組9由圓棒和第二圓管組成，第二圓管長度小于圓棒長度，圓棒穿過第二圓 管，兩個滑輪組支撐架14的上端分別與露于第二圓管外的圓棒的兩端部固定連接。本實用新型采用重力取代傳統(tǒng)的彈力給熱絲提供張力，保證熱絲上的張力在熱絲工作過 程中始終保持恒定，時時補償熱絲因髙溫蠕變導(dǎo)致的熱絲伸長，使熱絲一直保持平直狀態(tài)。 采用上述結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)簡單、易裝配。

圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖(俯視)； 圖2是圖1沿A-A線的剖視圖；圖中1-第一電極，2-第二電極，3-熱絲，4-鉤狀電極引線，5-活塞式可移動電極組 件，6-金屬導(dǎo)線，7-導(dǎo)電金屬桿，8-陶瓷絕緣體，9-滑輪組，10-第一電極金屬引線，11-砝碼，12-第一電極支撐架，13-真空腔體底部，14-滑輪組支撐架，15-第二電極金屬引線， 16-第二電極支撐架，17-第一牽引線，18-第二牽引線。
具體實施方式
如圖l、圖2所示，熱絲恒張力懸掛裝置，它包括第一電極l、第二電極2、鉤狀電極引線4、 活塞式可移動電極組件5、金屬導(dǎo)線6、導(dǎo)電金屬桿7、陶瓷絕緣體8、滑輪組9、第一電極金 屬引線IO、砝碼ll、第一電極支撐架12、滑輪組支撐架14、第二電極金屬引線15、第二電極 支撐架16;鉤狀電極引線4為髙熔點金屬制備而成；第一電極支撐架12的上端與第一電極1固 定連接(如焊接，圖1中采用二個第一電極支撐架12,分別與第一電極l的兩端部固定連接), 第一電極金屬引線10與第一電極1固定連接(如用鉬螺絲釘固定)；第二電極支撐架16的上端 與第二電極2固定連接(如采用螺栓連接，圖1中采用二個第二電極支撐架16,分別與第二電接)，第二電極2上至少設(shè)有二個圓管通孔(圖l中為ll個，圓管通孔的個 數(shù)根據(jù)需要確定)，活塞式可移動電極組件5由圓柱狀電極體和第一圓管組成，圓柱狀電極體 插入第一圓管內(nèi)(圓柱狀電極體可以在第一圓管內(nèi)滑動，構(gòu)成活塞式結(jié)構(gòu))，第一圓管插卡 在圓管通孔內(nèi)(每一圓管通孔內(nèi)設(shè)一活塞式可移動電極組件5),圓柱狀電極體的左端與鉤狀 電極引線4固定連接，圓柱狀電極體的右端與金屬導(dǎo)線6的左端固定連接，金屬導(dǎo)線6的右端 與導(dǎo)電金屬桿7固定連接，第二電極金屬引線15與導(dǎo)電金屬桿7固定連接；第一電極l位于第 二電極2的左側(cè)，滑輪組9位于第二電極2的右側(cè)；所述的滑輪組9由圓棒和第二圓管組成，第 二圓管長度小于圓棒長度，圓棒穿過第二圓管，兩個滑輪組支撐架14的上端分別與露于第二 圓管外的圓棒的兩端部固定連接；圖1中，第一牽引線17、陶瓷絕緣體8、第二牽引線18、砝 碼ll為三組(也可為一組或二組)；第一牽引線17的一端與導(dǎo)電金屬桿7固定連接，第一牽引 線17的另一端與陶瓷絕緣體8固定連接，第二牽引線18的左端與陶瓷絕緣體8固定連接，第二 牽弓l線18的右端經(jīng)過滑輪組9后與砝碼ll固定連接；第一電極支撐架12的下端、第二電極支 撐架16的下端、滑輪組支撐架14的下端分別與真空腔體底部13電絕緣固定連接；使用時，熱 絲3的右端與鉤狀電極引線4固定連接，熱絲3的左端與第一電極1固定連接。第一電極金屬引 線10、第二電極金屬引線15分別與電源連接。所述的滑輪組9、砝碼ll、滑輪組支撐架14既可以安裝在真空腔體內(nèi)，也可以通過真空波 紋管安裝在真空腔體外。第一牽引線17、第二牽引線18分別為軟態(tài)金屬線，陶瓷絕緣體8起電隔絕作用。第二 電極2上的圓管通孔與圓管通孔之間為等間距，即活塞式可移動電極組件之間為等間距。砝碼重量由熱絲碳化后的抗拉強度與熱絲橫截面積確定。通過采用上述方案，可以使熱 絲在工作中始終保持平直狀態(tài)，使工作參數(shù)穩(wěn)定，沉積金剛石膜均勻性好，由于施加的恒張 力可通過熱絲碳化后的抗拉強度與熱絲橫截面積計算出來，可以精確控制施加在熱絲上的張 力，操作簡單；釆用了定位部件，易裝配。實踐證明，熱絲在正常條件下連續(xù)工作150小時 后，熱絲仍然保持平直狀態(tài)。應(yīng)用實例熱絲陣列由11根4)0.6mm鉭絲組成，熱絲中心間距IO咖，兩電極間熱絲長度 110mm，基片為4)100mm金屬Mo板，熱絲陣列與Mo襯底距離8mm，熱絲溫度約2500'C，反應(yīng) 氣體為96% (Vol. ) &和4%CH4，生長時間為150小時，制備4)100mm、厚度lmm金剛石膜。 在整個生長過程中，熱絲陣列一直處于平直狀態(tài)。
權(quán)利要求1.熱絲恒張力懸掛裝置，其特征在于它包括第一電極(1)、第二電極(2)、鉤狀電極引線(4)、活塞式可移動電極組件(5)、金屬導(dǎo)線(6)、導(dǎo)電金屬桿(7)、陶瓷絕緣體(8)、滑輪組(9)、第一電極金屬引線(10)、砝碼(11)、第一電極支撐架(12)、滑輪組支撐架(14)、第二電極金屬引線(15)、第二電極支撐架(16)，第一電極支撐架(12)的上端與第一電極(1)固定連接，第一電極金屬引線(10)與第一電極(1)固定連接；第二電極支撐架(16)的上端與第二電極(2)固定連接，第二電極(2)上至少設(shè)有二個圓管通孔，活塞式可移動電極組件(5)由圓柱狀電極體和第一圓管組成，圓柱狀電極體插入第一圓管內(nèi)，第一圓管插卡在圓管通孔內(nèi)，圓柱狀電極體的左端與鉤狀電極引線(4)固定連接，圓柱狀電極體的右端與金屬導(dǎo)線(6)的左端固定連接，金屬導(dǎo)線(6)的右端與導(dǎo)電金屬桿(7)固定連接，第二電極金屬引線(15)與導(dǎo)電金屬桿(7)固定連接；第一電極(1)位于第二電極(2)的左側(cè)，滑輪組(9)位于第二電極(2)的右側(cè)，滑輪組(9)與滑輪組支撐架(14)的上端固定連接；第一牽引線(17)的一端與導(dǎo)電金屬桿(7)固定連接，第一牽引線(17)的另一端與陶瓷絕緣體(8)固定連接，第二牽引線(18)的左端與陶瓷絕緣體(8)固定連接，第二牽引線(18)的右端經(jīng)過滑輪組(9)后與砝碼(11)固定連接；第一電極支撐架(12)的下端、第二電極支撐架(16)的下端、滑輪組支撐架(14)的下端分別與真空腔體底部(13)電絕緣固定連接；使用時，熱絲(3)的右端與鉤狀電極引線(4)固定連接，熱絲(3)的左端與第一電極(1)固定連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱絲恒張力懸掛裝置，其特征在于所述的滑輪組(9)由圓 棒和第二圓管組成，第二圓管長度小于圓棒長度，圓棒穿過第二圓管，兩個滑輪組支撐架(14) 的上端分別與露于第二圓管外的圓棒的兩端部固定連接。
專利摘要本實用新型涉及制備金剛石膜的熱絲CVD裝置中的一種熱絲恒張力懸掛裝置。熱絲恒張力懸掛裝置，其特征在于它包括第一電極(1)、第二電極(2)、鉤狀電極引線(4)、活塞式可移動電極組件(5)、金屬導(dǎo)線(6)、導(dǎo)電金屬桿(7)、陶瓷絕緣體(8)、滑輪組(9)、第一電極金屬引線(10)、砝碼(11)、第一電極支撐架(12)、滑輪組支撐架(14)、第二電極金屬引線(15)、第二電極支撐架(16)，第二電極(2)的圓管通孔內(nèi)設(shè)有活塞式可移動電極組件(5)，第二牽引線(18)的左端與陶瓷絕緣體(8)固定連接，第二牽引線(18)的右端經(jīng)過滑輪組(9)后與砝碼(11)固定連接。本實用新型具有結(jié)構(gòu)簡單、易裝配、工作時可使熱絲一直處于平直狀態(tài)的特點。
文檔編號C23C16/27GK201102987SQ200720086710
公開日2008年8月20日 申請日期2007年8月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月28日
發(fā)明者汪建華, 王傳新 申請人:武漢工程大學