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2．2金剛石膜的制備方法    化學(xué)氣相沉積金剛石所依據(jù)的化學(xué)反應(yīng)基于碳?xì)浠衔?如甲烷)的裂解，如：    熱高溫、等離子體    CH4(g)一C(diamond)+2H2(g) (1)    實(shí)際的沉積過(guò)程非常復(fù)雜，至今尚未完全明了。但金剛石膜沉積至少需要兩個(gè)必要的條件：(1)含碳?xì)庠吹幕罨?2)在沉積氣氛中存在足夠數(shù)量的原子氫。除甲烷外，還可采用大量其它含碳物質(zhì)作為沉積金剛石膜的前驅(qū)體，如脂肪族和芳香族碳?xì)浠衔?，乙醇，酮，以及固態(tài)聚合物(如聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯)，以及鹵素等等。    常用的沉積方法有四種：(1)熱絲CVD；(2)微波等離子體CVD；(3)直流電弧等離子體噴射(DC Arc Plasma Jet)；(4)燃燒火焰沉積。在這幾種沉積方法中，改進(jìn)的熱絲CVD(EACVD)設(shè)備和工藝比較簡(jiǎn)單，穩(wěn)定性較好，易于放大，比較適合于金剛石自支撐膜的工業(yè)化生產(chǎn)。但由于易受燈絲污染和氣體活化溫度較低的原因，不適合于極高質(zhì)量金剛石膜(如光學(xué)級(jí)金剛石膜)的制備。微波等離子體CVD是一種無(wú)電極放電的等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積工藝，等離子體與沉積腔體沒(méi)有接觸，放電非常穩(wěn)定，因此特別適合于高質(zhì)量金剛石薄膜(涂層)的制備。微波等離子體CVD的缺點(diǎn)是沉積速率較低，設(shè)備昂貴，制備成本較高。采用高功率微波等離子體CVD系統(tǒng)(目前國(guó)外設(shè)備最高功率為75千瓦，國(guó)內(nèi)為5千瓦)，也可實(shí)現(xiàn)金剛石膜大面積、高質(zhì)量、高速沉積。但高功率設(shè)備價(jià)格極其昂貴(超過(guò)100萬(wàn)美元)，即使在國(guó)外愿意出此天價(jià)購(gòu)買(mǎi)這種設(shè)備的人也不多。直流電弧等離子體噴射(DC Arc P1asma Jet)是一種金剛石膜高速沉積方法。由于電弧等離子體能夠達(dá)到非常高的溫度(4000K-6000K)。因此可提供比其它任何沉積方法都要高的原子氫濃度，使其成為一種金剛石膜高質(zhì)量高速沉積工藝。特殊設(shè)計(jì)的高功率JET可以實(shí)現(xiàn)大面積極高質(zhì)量(光學(xué)級(jí))金剛石自支撐膜的高速沉積。我國(guó)在863計(jì)劃"75”和"95”重大關(guān)鍵技術(shù)項(xiàng)目的支持下已經(jīng)建立具有我國(guó)特色和獨(dú)立知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高功率De Are Plasma Jet金剛石膜沉積系統(tǒng)，并于1997年底在大面積光學(xué)級(jí)金剛石膜的制備技術(shù)方面取得了突破性進(jìn)展。目前已接近國(guó)外先進(jìn)水平。2．3金剛石膜研究現(xiàn)狀和工業(yè)化應(yīng)用    20余年來(lái)，CVD金剛石膜研究已經(jīng)取得了非常大的進(jìn)展。金剛石膜的內(nèi)在質(zhì)量已經(jīng)全面達(dá)到最高質(zhì)量的天然IIa型金剛石單晶的水平(見(jiàn)表1)。在金剛石膜工具應(yīng)用和熱學(xué)應(yīng)用(熱沉)方面已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了，產(chǎn)業(yè)化，一些新型的金剛石膜高技術(shù)企業(yè)已經(jīng)在國(guó)內(nèi)外開(kāi)始出現(xiàn)。光學(xué)(主要是軍事光學(xué))應(yīng)用已經(jīng)接近產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用水平。金剛石膜場(chǎng)發(fā)射和真空微電子器件、聲表面波器件(SAW)、抗輻射電子器件(如SOD器件)、一些基于金剛石膜的探側(cè)器和傳感器和金剛石膜的電化學(xué)應(yīng)用等已經(jīng)接近實(shí)用化。由于大面積單晶異質(zhì)外延一直沒(méi)有取得實(shí)質(zhì)性進(jìn)展，n一型摻雜也依然不夠理想，金剛石膜的高溫半導(dǎo)體器件的研發(fā)受到嚴(yán)重障礙。但是，近年來(lái)采用大尺寸高溫高壓合成金剛石單晶襯底的金剛石同質(zhì)外延技術(shù)取得了顯著進(jìn)展，已經(jīng)達(dá)到了研制芯片級(jí)尺寸襯底的要求。金剛石高溫半導(dǎo)體芯片即將問(wèn)世。    鑒于篇幅限制，及本文關(guān)于超硬薄膜介紹的宗旨，下面將僅對(duì)金剛石膜的工具(摩擦磨損)應(yīng)用進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹。2．4金剛石膜工具和摩擦磨損應(yīng)用    金剛石膜所具有的最高硬度、最高熱導(dǎo)率、極低摩擦系數(shù)、很高的機(jī)械強(qiáng)度和良好化學(xué)穩(wěn)定性的異性能組合(見(jiàn)表1)使其成為最理想的工具和工具涂層材料。    金剛石膜工具可分為金剛石厚膜工具和金剛石薄膜涂層工具。2．4．1金剛石厚膜工具    金剛石厚膜工具采用無(wú)襯底金剛石白支撐膜(厚度一般為0．5mm～2mm)作為原材料。目前已經(jīng)上市的產(chǎn)品有：金剛石厚膜焊接工具、金剛石膜拉絲模芯、金剛石膜砂輪修整條、高精度金剛石膜軸承支架等等。    金剛石厚膜焊接工具的制作工藝為：金剛石自支撐膜沉積→激光切割→真空釬焊→高頻焊接→精整。金剛石厚膜釬焊工具的使用性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于PCD，可用于各種難加工材料，包括高硅鋁合金和各種有色金屬及合金、復(fù)合材料、陶瓷、工程塑料、玻璃和其它非金屬材料等的高效、精密加工。采用金剛石厚膜工具車(chē)削加工的高硅鋁合金表面光潔度可達(dá)V12以上，可代替昂貴的天然金剛石刀具進(jìn)行“鏡面加工"。金剛石膜拉絲模芯可用于拉制各種有色金屬和不銹鋼絲，由于金剛石膜是準(zhǔn)各向同性的，因此在拉絲時(shí)?？椎哪p基本上是均勻的，不像天然金剛石拉絲模芯那樣模孔的形狀會(huì)由于非均勻磨損(各向異性所致)而發(fā)生畸變。金剛石膜修整條則廣泛用于機(jī)械制造行業(yè)，用作精密磨削砂輪的修整，代替價(jià)格昂貴的天然金剛石修整條。這些產(chǎn)品已經(jīng)在國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)上出現(xiàn)，但目前的規(guī)模還不大。其原因是：(1)還沒(méi)有為廣大用戶(hù)所熟悉、了解；(2)面臨其它產(chǎn)品(主要是PCD)的競(jìng)爭(zhēng)；(3)雖然比天然金剛石產(chǎn)品便宜，但成本(包括金剛石自支撐膜的制備和加工成本)仍然較高，在和PCD競(jìng)爭(zhēng)時(shí)的優(yōu)勢(shì)受到一定的限制。    高熱導(dǎo)率(≥10W／em．K)金剛石自支撐膜可作為諸如高功率激光二極管陣列、高功率微波器件、MCMs(多芯片三維集成)技術(shù)的散熱片(熱沉)和功率半導(dǎo)體器件(Power ICs)的封裝。在國(guó)外已有一定市場(chǎng)規(guī)模。    在國(guó)內(nèi)，南京天地集團(tuán)公司和北京人工晶體研究所合作在1997年前后率先成立了北京天地金剛石公司，生產(chǎn)和銷(xiāo)售金剛石膜拉絲模芯、金剛石膜修整條和金剛石厚膜焊接工具及其它一些金剛石膜產(chǎn)品。該公司大約在2000年左右渡過(guò)了盈虧平衡點(diǎn)，但目前的規(guī)模仍然不很大。國(guó)內(nèi)其它一些單位，如北京科技大學(xué)、河北省科學(xué)院(北京科技大學(xué)的合作者)、吉林大學(xué)、核工業(yè)部九院、浙江大學(xué)、湖南大學(xué)等都具有生產(chǎn)金剛石厚膜工具產(chǎn)品的能力，其中有些單位正在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上小批量銷(xiāo)售其產(chǎn)品。待續(xù))