Способ получения наноструктурированных алмазных покрытий на изделиях из вольфрама

Изобретение относится к технологии неорганических веществ и материалов. Способ включае выращивание алмазного покрытия химическим осаждением из газовой фазы в СВЧ-плазме при температуре роста в камере осаждения, атмосфера которой содержит 5-30% метана на единицу объема H₂, на поверхности изделий из вольфрама, имеющих осевую симметрию вдоль оси вращения, в игольчатых держателях так, чтобы тело вращения могло свободно вращаться соосно своей оси и подвергаться осевому перемещению со скоростью перемещения радиальной образующей в пределах 10-50 мм/ч. 2 ил.

 

Изобретение относится к технологии неорганических веществ и материалов.

Известен способ получения бесцветного монокристаллического алмаза, полученного химическим осаждением из газовой фазы при высокой скорости роста [1], включающий регулирование температуры поверхности роста алмаза так, чтобы градиенты температуры на поверхности роста алмаза не превышали примерно 20°С, и выращивание на поверхности роста монокристаллического алмаза химическим осаждением из газовой фазы в СВЧ-плазме при температуре роста в камере осаждения, атмосфера в которой содержит от примерно 8% до примерно 20% CH₄ на единицу H₂ и от примерно 5% до примерно 25% O₂ на единицу CH₄. Однако такой способ позволяет получить монокристаллические покрытия, не позволяет получать поликристаллические покрытия из алмаза, физико-химические свойства которых зачастую не уступают монокристаллическим, но характеризуются высокой скоростью роста, превышающей аналогичные значения для случая выращивания монокристаллических покрытий, и не требуют высококачественной предварительной обработки поверхности роста.

Задачей настоящего изобретения является формирование сплошного поликристаллического алмазного покрытия на поверхности изделий из вольфрама, имеющих осевую симметрию, для их термической и химической пассивации, а также улучшения физико-механических свойств.

Поставленная задача решается тем, что способ получения наноструктурированных алмазных покрытий на изделиях из вольфрама включает регулирование температуры поверхности роста алмаза так, что все градиенты температуры на поверхности роста алмаза не превышают 20°С, и выращивание на поверхности роста алмазного покрытия химическим осаждением из газовой фазы в СВЧ-плазме при температуре роста в камере осаждения, атмосфера которой содержит 5-30% метана на единицу объема Н₂, но в отличие от прототипа алмазное покрытие получают на поверхности изделий из вольфрама и оно является поликристаллическим.

Пример осуществления способа.

В вакуумно-плотную камеру, снабженную системой регулировки подачи газа-генератора углерода (метана, СО, С₂H₂ С₂H₄ и др.) и водорода, помещается изделие из вольфрама, имеющее осевую симметрию (цилиндрическая, конусная, шаровая и т.п.) вдоль оси вращения, в игольчатых держателях так, чтобы тело вращения могло свободно вращаться соосно своей оси вращения. В газовую форсунку СВЧ-плазмотрона подается смесь газов CH₄:H₂=20:1, и зажигается СВЧ-разряд так, чтобы образующаяся плазма вблизи поверхности изделия имела температуру ~3000 К. После поджига плазмы и установления необходимых параметров процесса изделие из вольфрама подвергается осевому перемещению со скоростью перемещения радиальной образующей в пределах 10-50 мм/час, процесс продолжают в течение 12 часов.

В результате обработки по описанному способу изделия из вольфрама (трубка с внешним диаметром 6 мм) на его поверхности было получено сплошное покрытие из поликристаллического алмаза, характеризующееся средней толщиной 300 мкм. Структурные характеристики покрытия изучены методом микроскопии и представлены на рис.1. Фазовый состав полученной пленки проанализирован при помощи КР-спектроскопии рис.2 (максимум в области 1335 см^-1 характеризует наличие алмазной фазы).

Таким образом, применение описанного способа получения наноструктурированных алмазных покрытий на изделиях из вольфрама позволяет осуществить покрытие изделия сложной конфигурации, имеющее осевую симметрию, поликристаллической алмазной пленкой при средней скорости роста 120±10 мкм/час, что недостижимо известными способами получения алмазных покрытий.

Источник информации

1. Патент №2398922.

Способ получения наноструктурированных алмазных покрытий на изделиях из вольфрама, включающий выращивание алмазного покрытия химическим осаждением из газовой фазы в СВЧ-плазме при температуре роста в камере осаждения, атмосфера которой содержит 5-30% метана на единицу объема Н₂, на поверхности изделий из вольфрама, имеющих осевую симметрию вдоль оси вращения, в игольчатых держателях так, чтобы тело вращения могло свободно вращаться соосно своей оси и подвергаться осевому перемещению со скоростью перемещения радиальной образующей в пределах 10-50 мм/ч.