本發(fā)明屬于粉體表面等離子改性，特別是一種粉體表面元素摻雜類金剛石沉積裝置。

背景技術(shù)：

1、粉體材料廣泛應(yīng)用于各類材料制備的工藝中，其表面特性是決定制備材料性質(zhì)的關(guān)鍵之一。類金剛石(dlc)是一種非晶碳涂層，具有摩擦磨損性能好、硬度高、彈性模量大和化學(xué)穩(wěn)定性好等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于材料表面改性。片狀材料表面的薄膜沉積技術(shù)已經(jīng)較為成熟，但由于不能保證粉體表面處理的均勻性，這些技術(shù)不能直接用于粉體上類金剛石沉積。此外，由于粉體具有極大的比表面積，在薄膜沉積過程中對沉積速率的要求也極為嚴苛。

2、通過等離子體增強化學(xué)氣相沉積并適當?shù)恼{(diào)控沉積區(qū)域的離子動能，可以實現(xiàn)高效的類金剛石沉積。此外，為協(xié)同提升材料的光學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)等功能性，常將si、b等非金屬元素或cr、ti等金屬元素摻入dlc薄膜。然而，這些工藝需求對應(yīng)的裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，難以被直接添加至常用的粉體材料處理方法中，如流化床技術(shù)、回轉(zhuǎn)爐等。

3、在背景技術(shù)部分中公開的上述信息僅僅用于增強對本發(fā)明背景的理解，因此可能包含不構(gòu)成在本國本領(lǐng)域普通技術(shù)人員公知的現(xiàn)有技術(shù)的信息。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提出一種粉體表面元素摻雜類金剛石沉積裝置，用于粉體材料表面dlc沉積。

2、本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案予以實現(xiàn)，一種粉體表面元素摻雜類金剛石沉積裝置包括：

3、振動臺，其提供可調(diào)節(jié)振動，

4、等離子體反應(yīng)腔，其容納粉體且在底部形成沉積區(qū)域，所述等離子體反應(yīng)腔支承于所述振動臺以振動分散粉體，

5、密封蓋，其蓋設(shè)于等離子體反應(yīng)腔的頂端以密封等離子體反應(yīng)腔，

6、進氣口，其設(shè)于所述密封蓋且連接進氣管道以通入碳源氣體，

7、出氣口，其設(shè)于所述密封蓋且連接真空泵以維持等離子體反應(yīng)腔內(nèi)處于預(yù)定氣壓狀態(tài)，

8、靶材基座，其設(shè)于所述密封蓋底部，靶材安裝于所述靶材基座，

9、脈沖功率源，其連接靶材基座以提供脈沖功率濺射所述靶材生成摻雜元素，

10、高頻匹配電路，其連接提供高頻功率的高頻功率源，

11、電感線圈，其安裝于等離子體反應(yīng)腔外，電感線圈連接高頻匹配電路以在等離子體反應(yīng)腔中產(chǎn)生高密度等離子體，

12、低頻匹配電路，其連接提供低頻功率的低頻功率源，

13、偏置電極，其設(shè)于等離子體反應(yīng)腔的下部，偏置電極連接低頻匹配電路以調(diào)節(jié)所述沉積區(qū)域離子能量。

14、所述的粉體表面元素摻雜類金剛石沉積裝置中，等離子體反應(yīng)腔為石英材質(zhì)的反應(yīng)腔，反應(yīng)腔上段為圓柱，下段為圓臺。

15、所述的粉體表面元素摻雜類金剛石沉積裝置中，偏置電極為圓臺結(jié)構(gòu)以與等離子體反應(yīng)腔下段配合。

16、所述的粉體表面元素摻雜類金剛石沉積裝置中，偏置電極、低頻匹配電路和低頻功率源依次連接構(gòu)成低頻功率電路，所述低頻功率電路的工作頻率為2-13.56mhz。

17、所述的粉體表面元素摻雜類金剛石沉積裝置中，電感線圈、高頻匹配電路和高頻功率源依次連接構(gòu)成高頻功率電路，所述高頻功率電路的工作頻率為40.68-60mhz。

18、所述的粉體表面元素摻雜類金剛石沉積裝置中，所述高頻匹配電路為t型匹配電路，其包括真空可調(diào)電容和固定電感。

19、所述的粉體表面元素摻雜類金剛石沉積裝置中，所述高頻功率源的工作頻率為40.68mhz，額定功率1000w。

20、所述的粉體表面元素摻雜類金剛石沉積裝置中，所述脈沖功率源工作頻率為200～5000hz，最大電流為10?a。

21、所述的粉體表面元素摻雜類金剛石沉積裝置中，所述振動臺為變頻電磁振動臺，振幅為0-5mm，振動頻率為0.5-600hz。

22、所述的粉體表面元素摻雜類金剛石沉積裝置中，所述電感線圈為空心銅線圈，線圈匝數(shù)為3匝。

23、和現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：本發(fā)明為全振動的可以靈活調(diào)控粉體表面元素摻雜類金剛石沉積的裝置，解決了粉體表面薄膜沉積均勻性問題。采用高頻功率結(jié)合電感耦合方式產(chǎn)生高密度等離子體，有效提高了薄膜沉積速率，使得粉體表面可得到有效地類金剛石涂層。在偏置電極上施加低頻功率，使得沉積區(qū)域的離子動能可以獨立調(diào)節(jié)，有利于類金剛石薄膜性能的調(diào)控。采用脈沖功率濺射靶材，這使得系統(tǒng)可以兼容金屬和非金屬元素的靶材，提供了元素摻雜種類的靈活性。

技術(shù)特征：

1.一種粉體表面元素摻雜類金剛石沉積裝置，其特征在于，其包括，

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的粉體表面元素摻雜類金剛石沉積裝置，其特征在于，優(yōu)選的，等離子體反應(yīng)腔為石英材質(zhì)的反應(yīng)腔，反應(yīng)腔上段為圓柱，下段為圓臺。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的粉體表面元素摻雜類金剛石沉積裝置，其特征在于，偏置電極為圓臺結(jié)構(gòu)以與等離子體反應(yīng)腔下段配合。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的粉體表面元素摻雜類金剛石沉積裝置，其特征在于，偏置電極、低頻匹配電路和低頻功率源依次連接構(gòu)成低頻功率電路。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的粉體表面元素摻雜類金剛石沉積裝置，其特征在于，還包括高頻匹配電路。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的粉體表面元素摻雜類金剛石沉積裝置，其特征在于，高頻匹配電路為t型匹配電路。

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的粉體表面元素摻雜類金剛石沉積裝置，其特征在于，高頻匹配電路包括真空可調(diào)電容和固定電感。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的粉體表面元素摻雜類金剛石沉積裝置，其特征在于，所述振動臺為變頻電磁振動臺。

技術(shù)總結(jié)
公開了一種粉體表面元素摻雜類金剛石沉積裝置，粉體表面元素摻雜類金剛石沉積裝置中，振動臺提供可調(diào)節(jié)振動，等離子體反應(yīng)腔容納粉體且在底部形成沉積區(qū)域，等離子體反應(yīng)腔支承于振動臺以振動分散粉體，靶材基座設(shè)于密封蓋底部，靶材安裝于靶材基座，脈沖功率源連接靶材基座以提供脈沖功率濺射靶材生成摻雜元素，電感線圈安裝于等離子體反應(yīng)腔外，電感線圈連接高頻匹配電路以在等離子體反應(yīng)腔中產(chǎn)生高密度等離子體，偏置電極設(shè)于等離子體反應(yīng)腔的下部，偏置電極連接低頻匹配電路以調(diào)節(jié)沉積區(qū)域離子能量。

技術(shù)研發(fā)人員：吳治誠,艾志軍,安政杰,趙軍平,張喬根,張澤昊,馮樂,馬瑞濤,徐鵬,胡正勇
受保護的技術(shù)使用者：西安交通大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15