构建仿真计算模型的最佳实践

单基体内孔沉积HFCVD金刚石薄膜是内孔沉积中最为简单和基础的理论情况，主要用于整体体积较大的基体内孔金刚石薄膜的制备。双基体沉积条件则是试验研究中应用最普遍的沉积条件，适用于同时对一对基体进行内孔金刚石薄膜的制备，并且也便于扩展成为批量化的沉积条件。

单基体仿真计算模型如图4-2（a）所示，采用外形尺寸φ15 mm×17 mm空心圆柱作为基体，石墨工作台尺寸为φ116 mm×16 mm，长方体红铜支承冷却块置于石墨台中央，沿水平方向在红铜块中间位置开一个φ15 mm的通孔，内置基体，采用钽丝作为热丝并置于基体内孔轴线上。反应气体从反应腔正上方的进气口进入反应腔内，从左下方的出气口流出。石墨台下接冷却水台座（冷却水B），反应腔侧面同样接冷却水（冷却水A）。所有冷却水区域的壁面材料均为不锈钢，壁厚5 mm。

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图4-2　HFCVD反应腔的仿真计算模型

（a）单基体；（b）双基体

双基体仿真计算模型如图4-2（b）所示。该模型与单基体模型的主要差别在于：使用的红铜支承冷却块为立方体（50 mm×50 mm×50 mm），同样沿水平方向在其中心开一圆柱形通孔（φ15 mm），另外沿竖直方向开一长方体通孔（30 mm×16 mm），长方体通孔将圆柱形通孔平分为两段（各17 mm），两段内分别放置一硬质合金空心圆柱基体。反应气体入口直接通到红铜支承冷却块上方的开口附近，便于反应气体以流动或扩散的方式进入基体内孔（强制对流），从而为沉积反应提供更充足的气源。热丝长度固定为90 mm，冷却水流量Qw固定为10 mL/s。