一种连接机构及微波等离子体化学气相沉积设备的制作方法

1.本实用新型涉及微波防漏装置领域，具体涉及一种连接机构及包含该连接机构的微波等离子体化学气相沉积设备。


背景技术：

2.微波等离子体化学气相沉积(mpcvd)技术，以其产品质量高、可控性强、无污染等诸多优势越来越受到行业的重视。微波经由mpcvd设备的同轴段传入腔体内，在生长台上方激发产等等离子体用于金刚石合成。腔体分上腔体和下腔体，上腔体和下腔体之间用介电常数较低的介质(通常为石英玻璃)进行隔离。上腔体内为常压，下腔体为低压，即真空区域。两个腔体之间采用法兰进行连接。该法兰的连接需要同时做到真空密封和微波屏蔽。
3.现有技术对于mpcvd的微波屏蔽没有专门的设计，往往采用两种措施。第一种是增加两个法兰之间螺钉数量以防止微波泄露。但法兰螺钉连接太多比较麻烦，稍有不慎容易造成石英玻璃的破坏。另一种方法是采用金属屏蔽条来防止微波的泄露。但金属屏蔽条容易引起打火，而且随着时间的推移，金属屏蔽条弹性下降，屏蔽效果也会变差，必须进行定期更换。因此，解决上述技术缺陷，提供一种简单稳定、屏蔽效果好的微波防泄漏设计方案具有重要意义。


技术实现要素：

4.针对上述现有技术存在的缺陷，本实用新型提供一种扼流式防微波泄露的法兰，防止微波从法兰之间缝隙泄露，同时做到真空密封和微波屏蔽。
5.为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：
6.一种连接机构，所述连接机构包括上法兰和下法兰，其特征在于，所述法兰开设有扼流槽，所述上法兰和下法兰之间有导波介质，所述导波介质隔绝出上下两个腔体，导波介质使微波从上腔体传导到下腔体，导波介质嵌合于扼流槽；
7.所述扼流槽为横向的和纵向的两个相连通的槽段，两个槽段的深度相同，均为的奇数倍，其中λ为在上下两个腔体中传导的微波波长，ε为导波介质介电常数。
8.优选的，所述扼流槽横向槽段深为其中λ为微波波长，ε为导波介质介电常数，所述扼流槽宽度与导波介质的厚度相同。
9.优选的，所述扼流槽纵向槽段深为其中λ为微波波长，ε为导波介质介电常数，所述扼流槽宽度与导波介质的厚度相同。
10.上述横向槽段深度即为从扼流槽纵向槽段的轴向中心到腔体内壁的距离；
11.上述纵向槽段深度即为从扼流槽横向槽段的轴向中心到纵向槽段底部的距离。
12.进一步地，所述扼流槽可设于上法兰，下法兰端面平整；
13.进一步地，所述扼流槽可设于下法兰，上法兰端面平整；
14.进一步地，所述扼流槽可同时设于上法兰和下法兰。
15.进一步地，所述导波介质为介电常数较低的介质，优选为石英玻璃、陶瓷或刚玉中任意一种。
16.进一步地，所述导波介质可以为一整块，也可以是多块导波介质的组合，组合后保证其不透气的隔离功能即可。
17.进一步地，所述扼流槽的横向槽壁上设有橡胶密封圈。
18.本实用新型还提供一种微波等离子体化学气相沉积设备，其特征在于，所述设备的上腔体和下腔体是由权利要求1-9任一项所述的采用扼流槽防止微波泄露的法兰进行连接。
19.和现有技术相比，本实用新型的有益效果为：
20.本实用新型通过在连接法兰上设置扼流槽，在保证腔体密封性的同时也保证了微波能量不向外发生泄露，提高了微波等离子体化学气相沉积设备的使用安全性，减少了能量损耗，并且避免了现有技术中使用多螺钉连接的操作麻烦，也避免了使用金属屏蔽条带来的打火和弹性下降等不确定因素。
附图说明
21.图1为本实用新型的一种连接机构示意图；
22.图2为本实用新型的一种连接机构的扼流槽结构示意图；
23.图3为本实用新型连接机构的扼流槽的一种示例结构示意图。
24.符号说明：1-上法兰，2-下法兰，3-上腔体，4-下腔体，5-导波介质，6-密封圈，7-螺钉孔，8-扼流槽，81-横向槽段，82-纵向槽段。
具体实施方式
25.为了使本实用新型的技术方案易于本领域技术人员理解，下面结合附图对本实用新型作进一步说明。
26.图1为本实用新型的连接机构结构示意图，本实施例应用于mpcvd设备上腔体和下腔体的连接法兰，具体结构如图1-2所示，包括上法兰和下法兰，上法兰和下法兰之间通过螺钉插入螺钉孔连接，下法兰设有扼流槽，扼流槽为横向的和纵向的两个连通的相垂直槽段，两个槽段深度相同，如图2所示，深度l 为导波介质中波长的四分之一的奇数倍，即其中λ为微波波长，ε为导波介质介电常数，n为奇数；n优选为1、3或5。
27.上法兰和下法兰之间嵌有石英玻璃(石英玻璃为本实用新型所述导波介质的一种)，并且石英玻璃边缘转折凸出，使其嵌合于扼流槽，扼流槽宽度和石英玻璃厚度相同，无严格要求，通常为10mm左右。
28.石英玻璃将装置分割成上腔体和下腔体，上腔体为常压区，下腔体为真空区，即低压区。
29.在扼流槽横向槽壁上设有凹槽，凹槽中设置了橡胶密封圈，以保证下腔体的气密性，使其保持低压状态。
30.作为本实用新型的一种示例，如图3所示，图示距离a的大小为导波介质中微波波长的四分之一和扼流槽宽度b的一半之和，具体计算公式为：
[0031][0032]
作为本实用新型的一种示例，如图3所示，图示距离c的大小为导波介质中微波波长的四分之一和扼流槽宽度b的一半之差，具体计算公式为：
[0033][0034]
其中λ表示微波在真空中的波长，ε为介质的相对介电常数；
[0035]
例如波长λ为122.4mm，并以石英玻璃为导波介质，其相对介电常数ε为 3.75，石英玻璃厚度为10mm，即扼流槽宽度b为10mm，将数据代入上述公式得到：
[0036]
扼流槽横向深度为a为20.8mm；
[0037]
扼流槽纵向深度为c为10.8mm。
[0038]
本实用新型的扼流槽可以单独设置于上法兰或下法兰；也可以同时设置在上法兰和下法兰上，石英玻璃边缘都嵌入扼流槽防微波泄漏。
[0039]
导波介质采用介电常数较低的介质，隔绝上腔体和下腔体，使上腔体保持常压，下腔体保持真空；导波介质不限于使用石英玻璃、陶瓷、刚玉中的任意一种或其它介电常数满足要求的材料。
[0040]
导波介质可以是一整块，也可以是多块拼接组合，组合后保证其不透气的隔离功能即可。
[0041]
本实用新型可以设置密封圈，对导波介质和腔体的接触面进行密封，进一步保证装置的气密性。
[0042]
以下提供本实用新型的两个实施例：
[0043]
实施例1
[0044]
本实用新型提供的一种微波等离子体化学气相沉积设备，所述设备包括微波入口、同轴传输段、同轴天线，上腔体、下腔体、法兰，导波介质、法兰和生长台。
[0045]
所述微波入口位于设备最上方，入口下方为同轴传输段，并且同轴传输段中心处设置有同轴天线。
[0046]
所述上腔体和下腔体之间采用法兰进行连接，所述法兰包括上法兰和下法兰，法兰上有多个螺钉孔，插入螺钉对上法兰和下法兰进行固定，将设备密封。
[0047]
所述上法兰和下法兰之间嵌有导波介质，导波介质将上腔体和下腔体隔绝开，上腔体为常压区，下腔体为低压区。
[0048]
所述下法兰上设置有扼流槽，扼流槽为横向的和纵向的两个相连通的l型槽段，扼流槽宽度于导波介质厚度相同，即扼流槽横向槽段和纵向槽段的宽度都等于导波介质厚度，该厚度无具体要求，实际使用中一般为10mm左右。
[0049]
所述扼流槽以环形布置在法兰上，环形布置的扼流槽与设备腔体同轴心。
[0050]
扼流槽横向槽段深度(即从扼流槽纵向槽段的轴向中心到腔体内壁的距离) 为导波介质中微波波长的四分之一。
[0051]
扼流槽纵向槽段深度(即从扼流槽横向槽段的轴向中心到纵向槽段底部的距离)为导波介质中微波波长的四分之一。
[0052]
所述导波介质为圆形板材，边缘向下凸出并嵌合进所述扼流槽中；导波介质材料为石英玻璃。
[0053]
所述扼流槽横向槽段上开设有凹槽，凹槽中设置了密封圈，密封圈与导波介质下平面贴合接触，对下腔体进行进一步的密封，保证其气密性良好，维持低压状态。
[0054]
所述密封圈为橡胶材质。
[0055]
所述生长台设置在下腔体底部。
[0056]
扼流槽的横向槽段和纵向槽段实际上可以看成两段长度均为四分之一波长的短路线(其长度增加半波长之后等效)。对于电磁波电流而言，纵向槽段底部中心点是电流波腹点，由于该点本身是整个金属，不存在接触好坏的问题；
[0057]
横向槽段和纵向槽段的交叉中心点，距电流波腹点四分之一波长，是电流的波节点，此处理论电流为零，因此无论其接触好坏都不会向外辐射电磁波，也就是防止了能量的泄露；
[0058]
横向槽段位于腔体壁面的槽口中心点又成了电流的波腹点，与纵向槽段底部中心点等效，相当于短路面，因此尽管这里没有接触也不会影响腔体内微波的传输。
[0059]
使用时微波经由同轴段传入腔体内，穿过导波介质进入下腔体，在生长台上方激发产等离子体用于金刚石合成。在现有技术中，微波通过所述上法兰和下法兰连接处时，由于连接处很难做到完全没有缝隙，此处会有微波通过上、下法兰之间的缝隙从腔体内部向法兰外衍射，发生损耗；本实用新型通过在法兰上设置了上述结构的扼流槽，在槽段中形成电流波节点，阻止了微波向外衍射，同时在腔体内壁面形成了短路面，整个过程传输中微波能量几乎不会损耗。
[0060]
本实施例提供的一种微波等离子体化学气相沉积设备，在保证腔体密封性的同时也保证了微波能量不向外发生泄露，避免因为高频微波泄露而引起的人员误伤或者损坏周边仪器设备，提高了微波等离子体化学气相沉积设备的使用安全性，减少了能量损耗，并且避免了现有技术中使用多螺钉连接的操作麻烦，和使用金属屏蔽条带来的打火和弹性下降等不确定因素。
[0061]
实施例2
[0062]
本实用新型提供的一种连接机构，所述法兰包括上法兰和下法兰，上法兰和下法兰通过螺钉与螺钉孔进行固定连接；
[0063]
所述上法兰和下法兰之间嵌入有导波介质，所述导波介质隔绝出上下两个不连通的腔体；
[0064]
所述法上法兰和下法兰均开设有扼流槽，所述扼流槽为横向的和纵向的两个相连通的槽段，上、下法兰的两个扼流槽的横向槽段互相重叠，并且两个扼流槽的横向槽段重叠后总宽度与导波介质厚度相同，为10mm；两个扼流槽的纵向槽段处于一条直线上，宽度也都和导波介质厚度相同，均为10mm；导波介质嵌合于所述扼流槽中。
[0065]
所述导波介质为多块陶瓷材料组合而成的板材。
[0066]
所述两个扼流槽横向槽段深度为导波介质中波长的四分之三；
[0067]
所述两个扼流槽纵向槽段深度为导波介质中波长的四分之三。
[0068]
进一步地，所述两个扼流槽的横向槽壁上均设有橡胶密封圈。
[0069]
以上仅为本实用新型较佳的实施例，并非因此限制本实用新型的实施方式及保护
范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本实用新型的保护范围内。