從上世紀(jì)90年代開始,CVD金剛石膜沉積技術(shù)快速發(fā)展,到目前為止,除部分力學(xué)性能外,CVD多晶金剛石膜的各種性能已經(jīng)可以媲美天然金剛石,所以力學(xué)性能一直是金剛石領(lǐng)域的重要研究方向。受制于金剛石膜較低的沉積速率,力學(xué)性能研究中使用的金剛石自支撐膜厚度通常較薄。鑒于金剛石自支撐厚度對力學(xué)性能的巨大影響以及市場對大尺寸金剛石自支撐膜的巨大需求,金剛石自支撐厚膜的力學(xué)性能研究具有重要意義。本文力學(xué)性能的研究主要包括斷裂強(qiáng)度和斷裂韌性兩個(gè)方面。為了便于區(qū)分,本文將直徑大于80 mm,沉積厚度大于1 mm的金剛石自支撐厚膜稱為金剛石膜板。使用直流電弧等離子體噴射化學(xué)氣相沉積（簡稱等離子體噴射,Plasma Jet CVD）方法制備了多種厚度的多晶金剛石膜板用于斷裂強(qiáng)度研究。原始厚度1.47 mm的金剛石膜板最大斷裂強(qiáng)度可以高達(dá)996 MPa,這是該厚度多晶金剛石膜板斷裂強(qiáng)度報(bào)道的最大值。研究表明高斷裂強(qiáng)度主要成因在于多重孿晶轉(zhuǎn)變生長方向,在競爭生長中小尺寸孿晶擠占大尺寸晶�？臻g或填充晶粒間隙,形成晶粒鑲嵌的形式。采用單邊梁法在多重孿晶形貌的金剛石膜板試樣中成功制備出符合斷裂韌性國際標(biāo)準(zhǔn)要求長度范圍... 

【文章來源】：北京科技大學(xué)北京市 211工程院校 教育部直屬院校

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【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

圖２－１金剛石和石璗轉(zhuǎn)變相圖??ＣＶＤ金剛石膜的沉積機(jī)理如圖２－２所示，其過程主要包括反應(yīng)氣體的輸運(yùn)、？??

?？＞〇〇０??Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ?（Ｋ）??圖２－１金剛石和石璗轉(zhuǎn)變相圖??ＣＶＤ金剛石膜的沉積機(jī)理如圖２－２所示，其過程主要包括反應(yīng)氣體的輸運(yùn)、？??激發(fā)以及活性物質(zhì)的沉積。反應(yīng)氣體通入反應(yīng)腔體內(nèi)部并在氣體輸運(yùn)過程中進(jìn)行??混合。在輸運(yùn)和混合過程屮，反應(yīng)氣體需要經(jīng)過反應(yīng)激發(fā)區(qū)（包括高溫?zé)峒ぐl(fā)、??強(qiáng)電磁場激發(fā)等方式）。在經(jīng)過激發(fā)區(qū)的過程中，激發(fā)區(qū)的能量傳遞給反應(yīng)氣體，??將氣體解離成等離子體狀態(tài)（其中包括電子、離子、分子、原子以及含氫和含碳??眾多活性基團(tuán)等）。氣體被激發(fā)成等離子體狀態(tài)后，在其內(nèi)部會發(fā)生－系列復(fù)雜??的化學(xué)反應(yīng)。在此之后這些物質(zhì)被輸運(yùn)到基片表面，反應(yīng)物質(zhì)和基片之間不斷發(fā)??生吸附和解離的動態(tài)過程。在合適的條件下，大部分石墨被選擇性刻蝕掉，最終??在基片表面留下主要成分為金剛石的膜層，在長時(shí)間沉積之后可長成ＣＶＤ自支??撐金剛石膜。

離子體噴射化學(xué)氣相沉積（ＤＣ?Ａｒｃ?Ｐｌａｓｍａ?Ｊｅｔ?ＣＶＤ，簡稱Ｐｌａｓｍａ?Ｊｅｔ?ＣＶＤ）法。??１）ＨＦＣＶＤ?法??ＨＦＣＶＤ法是目前常用的制備方法之一，圖２－３是ＨＦＣＶＤ典型的裝置示意??圖。ＨＦＣＶＤ裝罝通常使用耐高溫鉭絲或者鎢絲作為熱燈絲材料，用于提供熱激??發(fā)所需要的高溫環(huán)境，其溫度通常為丨８００？２４００°Ｃ［２Ｗ１］。如圖所示，原料氣％??和ＣＨ４通過熱燈絲之后，被分別熱激發(fā)為原子氫和活性甲棊。因?yàn)闊峤z距離襯??底有一段距離，在等離子體中活性棊團(tuán)輸運(yùn)到襯底之后，溫度降低到沉積金剛石??膜所需的溫度（７００？１１００?°Ｃ）。??嚴(yán)響ｆ１１？—＾??／?Ｐｕ＇??參＊：?ｆｌａｍｃｎｉ??、遞ｆｔｕｂｓｔｒａｔｃ??圖２－３ＨＦＣＶＤ法示意圖??６??

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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本文編號：3467132