本發(fā)明涉及金剛石薄膜等涂層制作設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種適用于HFCVD設(shè)備的溫度場(chǎng)補(bǔ)償裝置。

背景技術(shù)：

隨著汽車、航空航天、微機(jī)械加工等領(lǐng)域的飛速發(fā)展，一些強(qiáng)度高、耐磨性好、熱膨脹系數(shù)小的新型材料如增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料、碳纖維增強(qiáng)材料、新型陶瓷材料得到了廣泛的應(yīng)用。熱絲化學(xué)氣相沉積法因其設(shè)備操作簡(jiǎn)單、成本低廉而廣泛應(yīng)用于大面積金剛石膜的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)中。HFCVD法制備金剛石膜的質(zhì)量容易受到諸多工藝因素的影響。其中，反應(yīng)室溫度場(chǎng)分布，尤其是襯底表面的溫度分布直接影響金剛石薄膜的生長(zhǎng)速率和成膜質(zhì)量。而襯底溫度主要來(lái)源于熱絲的輻射熱傳遞。目前一般采用調(diào)節(jié)熱絲的溫度與調(diào)節(jié)襯底循環(huán)冷卻水流量來(lái)實(shí)現(xiàn)襯底表面溫度的控制。大量的試驗(yàn)研究表明，襯底的溫度場(chǎng)是影響熱絲CVD沉積金剛石涂層最關(guān)鍵的因素。在熱絲沉積金剛石薄膜過(guò)程中，均勻而適宜的溫度場(chǎng)，是制備表面平整，膜基結(jié)合強(qiáng)度好的高質(zhì)量金剛石薄膜的必要條件。

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)于HFCVD溫度場(chǎng)的研究有了長(zhǎng)足進(jìn)步。然而，針對(duì)HFCVD溫度場(chǎng)的研究多集中于溫度場(chǎng)的模擬仿真，以求較為接近實(shí)際地獲取熱絲CVD溫度場(chǎng)的分布。但仍未能從裝置上提出系統(tǒng)襯底溫度場(chǎng)的改進(jìn)方案，以解決襯底溫度場(chǎng)不均勻的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種適用于HFCVD設(shè)備的溫度場(chǎng)補(bǔ)償裝置。

本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：

一種適用于HFCVD設(shè)備的溫度場(chǎng)補(bǔ)償裝置，所述的HFCVD設(shè)備包括密閉的反應(yīng)室，工作臺(tái)，襯底，試樣和熱絲，所述的工作臺(tái)設(shè)置在反應(yīng)室內(nèi)，在工作臺(tái)上放置所述襯底，所述的熱絲設(shè)置在工作臺(tái)上，并懸于襯底上方，所述的工作臺(tái)內(nèi)還通循環(huán)冷卻水，所述的反應(yīng)室上方還設(shè)有供反應(yīng)氣體通入的進(jìn)氣口，所述的溫度場(chǎng)補(bǔ)償裝置包括設(shè)置在工作臺(tái)上多塊熱反射板，所述的反射板相互連接成一體，并形成圍繞襯底的反射蓋，在反射蓋的上部還開(kāi)有供反應(yīng)氣體進(jìn)出的通口。

優(yōu)選的，所述的反射板的豎直截面分為兩部分，其中，下部豎直設(shè)置，上部呈弧形。

更優(yōu)選的，反射板的豎直截面的弧形上部所對(duì)應(yīng)的圓心角的角度為120°。也可以根據(jù)具體裝置進(jìn)行調(diào)整。

優(yōu)選的，所述的反射板為雙層設(shè)計(jì)，其中，內(nèi)層為耐熱鋼材層，外層為陶瓷材料層。這一結(jié)構(gòu)使得它具有如下特性：能較大限度得避免熱量的散失，并將熱絲輻射反射回襯底表面。

更優(yōu)選的，所述的耐熱鋼材料的內(nèi)表面還打磨拋光至鏡面。

優(yōu)選的，在反應(yīng)室的進(jìn)氣口處還布置有引流勻氣盤。這樣能有效彌補(bǔ)反射板引入對(duì)氣體流場(chǎng)的影響，并控制氣體流速。

優(yōu)選的，所述的工作臺(tái)在襯底的四周還布置有支撐桿，所述的反射板的底部設(shè)有與支撐桿匹配的安裝孔，利用支撐桿插入安裝孔內(nèi)，使得反射板固定在工作臺(tái)上。

優(yōu)選的，所述的反射板設(shè)有四塊。主要是保證安裝后不影響試驗(yàn)觀測(cè)即可。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1：本發(fā)明能較好得提升HFCVD設(shè)備襯底溫度場(chǎng)均勻性，提升制備金剛石薄膜的質(zhì)量，節(jié)約能源；

2：本發(fā)明能適用于通用的HFCVD設(shè)備，只需對(duì)原設(shè)備進(jìn)行些微改造，運(yùn)用的范圍廣泛；

3：本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于加工，成本低廉，適用于廣泛推廣。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的溫度場(chǎng)補(bǔ)償裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明的溫度場(chǎng)補(bǔ)償裝置的原理示意圖；

圖3為本發(fā)明的HFCVD設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為現(xiàn)有HFCVD設(shè)備的熱絲-襯底溫度場(chǎng)分布圖；

圖5為帶有本發(fā)明的溫度場(chǎng)補(bǔ)償裝置的HFCVD設(shè)備的熱絲-襯底溫度場(chǎng)分布圖；

圖中，1-引流勻氣盤，2-反射板，3-支撐桿，4-熱絲，5-襯底，6-試樣，7-循環(huán)冷卻水，8-觀察窗，9-工作臺(tái)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

實(shí)施例1

HFCVD設(shè)備如圖3所示，包括密閉的反應(yīng)室，工作臺(tái)9，襯底5，試樣6和熱絲4，工作臺(tái)9設(shè)置在反應(yīng)室內(nèi)，在工作臺(tái)9上放置襯底5，熱絲4設(shè)置在工作臺(tái)9上，并懸于襯底5上方，工作臺(tái)9內(nèi)還通循環(huán)冷卻水7，反應(yīng)室上方還設(shè)有供反應(yīng)氣體通入的進(jìn)氣口，反應(yīng)室側(cè)壁上還設(shè)有觀察窗8。適用于上述HFCVD設(shè)備的溫度場(chǎng)補(bǔ)償裝置，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括設(shè)置在工作臺(tái)9上四塊熱反射板2，反射板2相互連接成一體，并形成圍繞襯底5的反射蓋，在反射蓋的上部還開(kāi)有供反應(yīng)氣體進(jìn)出的通口。反射板2的豎直截面分為兩部分，其中，下部豎直設(shè)置，上部呈弧形。反射板2的豎直截面的弧形上部所對(duì)應(yīng)的圓心角的角度為120°。反射板2為雙層設(shè)計(jì)，其中，內(nèi)層為耐熱鋼材層，外層為陶瓷材料層。這一結(jié)構(gòu)使得它具有如下特性：能較大限度得避免熱量的散失，并將熱絲4輻射反射回襯底5表面。耐熱鋼材料的內(nèi)表面還打磨拋光至鏡面。在反應(yīng)室的進(jìn)氣口處還布置有引流勻氣盤1。這樣能有效彌補(bǔ)反射板2引入對(duì)氣體流場(chǎng)的影響，并控制氣體流速。工作臺(tái)9在襯底5的四周還布置有支撐桿3，反射板2的底部設(shè)有與支撐桿3匹配的安裝孔，利用支撐桿3插入安裝孔內(nèi)，使得反射板2固定在工作臺(tái)9上。

采用將上述的溫度場(chǎng)補(bǔ)償裝置增設(shè)到HFCVD設(shè)備中時(shí)，其溫度補(bǔ)償原理如圖2。同時(shí)，利用Fluent軟件對(duì)本發(fā)明進(jìn)行仿真模擬分析。圖4為現(xiàn)有裝置的熱絲-襯底溫度場(chǎng)分布示意圖，圖5為帶有溫度場(chǎng)補(bǔ)償裝置的改進(jìn)模型熱絲-襯底溫度場(chǎng)分布示意圖。圖4中襯底5表面溫度區(qū)間約在970-1060K之間，而圖5中可以看出在襯底5表面溫度區(qū)間約為1050-1080K。通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，改進(jìn)裝置使得熱絲4-襯底5的溫度梯度更為明顯，溫度波動(dòng)從原本的9.3％縮小到3％左右，襯底5溫度場(chǎng)分布更為均勻。

上述的對(duì)實(shí)施例的描述是為便于該技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能理解和使用發(fā)明。熟悉本領(lǐng)域技術(shù)的人員顯然可以容易地對(duì)這些實(shí)施例做出各種修改，并把在此說(shuō)明的一般原理應(yīng)用到其他實(shí)施例中而不必經(jīng)過(guò)創(chuàng)造性的勞動(dòng)。因此，本發(fā)明不限于上述實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，不脫離本發(fā)明范疇所做出的改進(jìn)和修改都應(yīng)該在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。