为了便于进行性能表征，本章有关金刚石薄膜制备工艺的研究是在SiC陶瓷平面基体上完成的，经长期试验证明，可以推广应用到经过酸碱两步法预处理的硬质合金平面基体以及陶瓷和硬质合金内孔表面，并具有一致的性能对比结果。本书研究中选用的SiC陶瓷为反应烧结SiC，具有接近金刚石薄膜的热膨胀系数，材料内不存在影响金刚石薄膜沉积的杂质元素，因此预处理方法比较简单：首先采用晶粒度约15μm的金刚石研磨液对SiC基体待沉积表面进行研磨粗化以提高薄膜和基体之间的附着性能，然后采用晶粒度0.5～1.0μm的金刚石微粉对研磨粗化后的表面进行研磨布晶以提高金刚石薄膜沉积过程中的形核密度［2］，最后置于丙酮中进行超声清洗。
本节研究选用了甲烷、丙酮、甲醇、乙醇四种典型碳源，反应气源为碳源和过量氢气的混合气体［103］。反应过程中，采用气体质量流量计精确控制流量的氢气和甲烷可直接通入反应腔内，但液体碳源（丙酮、甲醇和乙醇）必须采用载流氢气鼓泡通入反应腔内，液体碳源流量取决于载流氢气流量以及碳源饱和蒸汽压，对于丙酮和甲醇而言，反应过程中将碳源鼓泡瓶置于冰水混合物中，使其温度恒定在0℃，对于乙醇而言，则将碳源鼓泡瓶置于26℃恒温水浴中。反应气路原理图如图2-1所示，采用甲烷碳源时将鼓泡气路关闭，采用液体碳源时将甲烷气路关闭，不同液体碳源的饱和蒸汽压及氢气流量分配如表2-1所示，沉积试验中共用的形核及生长参数如表2-2所示。
图2-1 采用不同碳源进行金刚石薄膜沉积的反应气路原理
1—气体质量流量计；2—保护瓶；3—恒温水浴/冰水；4—鼓泡瓶；5—温度控制系统；6—压力控制系统。(www.xing528.com)
表2-1 不同液体碳源的饱和蒸汽压及对应的氢气流量分配
表2-2 共用的形核及生长参数
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