[发明专利]掺杂超细纳米结构金属粒子的金刚石薄膜制备方法与装置

权利要求书

1.一种掺杂超细纳米结构金属粒子的金刚石薄膜制备方法，其特征在于,步骤为：

A.用无水乙醇和去离子水清洗基材（11）表面；

B.把预处理后的基材（11）夹紧在加热装置（25）上，金属靶材（10）和石墨靶材（19）分别固定在金属靶材支架（9）和石墨靶材支架（18）上；

C.转动旋转底座A（7） 和旋转底座B（16）分别调节金属靶材（10）和石墨靶材（19）与基材（11）表面水平方向上的夹角；

D.在基材（11）侧面贴上温度传感器，移动工作台（14）调节好基材（11）表面到石墨靶材（19）最下端的垂直距离，真空泵（31）抽密闭工作腔（21）内的气体，计算机（26）控制加热装置（25）对进行基材（11）均匀加热；

E．打开马达B（17）电源和高功率脉冲激光装置（30），通过激光控制器（33）设置激光能量、脉冲宽度等参数，高功率脉冲激光装置（30）发出强激光（23）聚焦到自转的石墨靶材（19）上，并诱导大量的等离子体（20）高速轰击基材（11）表面，在基材（11）表面沉积形成金刚石薄膜（24）；

F．关闭马达B（17）和高功率脉冲激光装置（30），调节工作台（14）到合适的位置；

打开马达A（8）和准分子激光器（4），设置准分子激光器（4）的参数，准分子激光器（4）发出激光聚焦到金属靶材（10）上，激光在金属靶材（10）表面诱导出的由大量的金属粒子构成的等离子体高速轰击已制备的金刚石薄膜（24）表面，形成了一层均匀的金属膜，待反应完成后，关闭所有电源，取下基材。

2.根据权力要求1所述的一种掺杂超细纳米结构金属粒子的金刚石薄膜制备方法，其特征在于，基材上表面到金属靶材和石墨靶材最下端的垂直距离为2mm～3mm。

3. 根据权力要求1或2所述的一种掺杂超细纳米结构金属粒子的金刚石薄膜制备方法，其特征在于，所述的基材为硅基合金，所述的金属靶材为含量99.9%的钛或镍，所述的石墨靶材为含量99.99%的石墨。

4. 根据权力要求1或2所述的一种掺杂超细纳米结构金属粒子的金刚石薄膜制备方法，其特征在于，马达A和马达B的转速分别为6r/min和10r/min。

5. 根据权力要求1或2所述的一种掺杂超细纳米结构金属粒子的金刚石薄膜制备方法，其特征在于，金属靶材和石墨靶材与基材表面水平方向上的夹角分别为133°～137°和43°～47°。

6. 根据权力要求1或2所述的一种掺杂超细纳米结构金属粒子的金刚石薄膜制备方法，其特征在于，基材的工作温度为200℃～250℃。

7. 根据权力要求1或2所述的一种掺杂超细纳米结构金属粒子的金刚石薄膜制备方法，其特征在于，密闭工作腔里的压强为1×10^-3Pa ~5×10^-3Pa。

8. 根据权力要求1或2所述的一种掺杂超细纳米结构金属粒子的金刚石薄膜制备方法，其特征在于，高功率脉冲激光装置的脉宽为20ns，脉冲重复频率50Hz，功率密度为10⁹ W/cm²；准分子激光器的脉宽为25ns，脉冲频率为10Hz，能量密度为3.0J/cm²。

9. 实施权利要求1所述的一种掺杂超细纳米结构金属粒子的金刚石薄膜制备方法的装置，其特征在于，由控制系统、靶材系统、工件控制系统和辅助系统组成，其控制系统包括计算机（26）、数字控制器（32）和激光控制器（33）,数字控制器（32）分别与计算机（26）相连和激光控制器（33）相连，激光控制器（33）分别与高功率脉冲激光装置（30）和准分子激光器（4）相连；靶材系统包括旋转底座固定装置（15）、旋转底座A（7）、马达A（8）、金属靶材支架（9）、金属靶材（10）、旋转底座B（16）、马达B（17）、石墨靶材支架（18）和石墨靶材（19）,旋转底座固定装置(15)固定在密闭工作腔(21)的顶上方，金属靶材支架（9）用于固定金属靶材（10），并与马达A（8）的转动轴相连，马达A（8）转动带动金属靶材（10）自转，马达A（8）固定在旋转底座A（7）上，旋转底座A（7）安装在旋转底座固定装置(15)的下左侧；

石墨靶材支架（9）用于固定石墨靶材（19），并与马达B（17）的转动轴相连，马达B（17）转动带动石墨靶材（19）自转，马达B（17）固定在旋转底座B（16）上，旋转底座B（16）安装在旋转底座固定装置(15)的下右侧；

旋转底座A（7）和旋转底座 B（16）在旋转底座固定装置(15)上成左右对称分布；工件控制系统包括计算机（26）、数字控制器（32）、基材（11）、加热装置（25）、基材固定装置（13）和工作台（14）,基材（11）夹紧在加热装置（25）上并和加热装置（25）一起固定在基材固定装置（13）上，计算机（26）控制加热装置（25），数字控制器（32）通过控制工作台（14）来调节基材与和靶材之间的相对位置；辅助系统包括准直扩束镜（27）、真空泵（31）、温度传感器（12）、温度显示器（3）、压力传感器（1）和压力显示器（2）,准直扩束镜（27）在耐高压玻璃窗口B（22）的右边，所述的准直扩束镜（27）包括聚焦透镜B（28）和凹透镜（29），真空泵（31）位于密闭工作腔（21）的右下端，温度传感器（12）安置在基材（11）左侧并与密闭工作腔（21）外的温度显示器（3）相连，压力传感器（1）位于密闭工作腔（21）的右下部并与密闭工作腔（21）外的压力显示器（2）相连。