一种半开放式反应气循环的热丝cvd金刚石膜生长装置
技术领域
1.本实用新型属于超硬材料的设备技术领域，特别涉及一种半开放式反应气循环的热丝cvd金刚石膜生长装置。
背景技术：
2.金刚石随着高端制造业的发展以及环境保护意识的不断提高,市场对高性能新材料的需要也越来越强烈。由于金刚石具有极其优异的的力学、电学、热学、声学、电化学性能，被认为是二十一世纪最具有前景的材料之一。但是大尺寸高质量的天然金刚石产量少价格贵，而高温高压合成的金刚石大多数以颗粒形式出现，难以加工成特定形状的机械零件，因此无法满足现代应用发展要求。
3.金刚石具有极高的硬度，极低的摩擦系数，优秀的热导率，极佳的绝缘性能，又有很高的电子和空穴转移率，是一种优秀的新一代的功能半导体材料；同时它还具有极好的耐酸碱性。作为电极材料它不同于普通的金属电极，因为它表面的共价结构、很宽的带隙和掺杂等，性能大大优于传统的玻碳、金属氧化物的电极。目前生产的cvd金刚石面积不够大，在半导体以及处理效果上不是很明显。热丝cvd( 化学气相沉淀) 是最早用来合成 cvd 金刚石的方法，这种方法设备易于操作，且能以较高的速率生长高质量金刚石膜，因而至今被广泛采用。热丝cvd依靠由电阻加热的灯丝表面形成的高温来热分解氢气，含碳反应气体（如：甲烷，丙酮等），从而进行金刚石膜的沉积。在制备cvd金刚石过程中，一要保持较高的金刚石生长速度，二是要保证cvd反应炉内具有一定的炉压，就需要不断在反应炉中通入贵重的氢气，含碳反应气等反应气体。
4.传统热丝cvd中，反应气体仅仅只是一次性使用，浪费极大，制备过程中耗气量巨大，大大提高了cvd金刚石生产成本。因而制备高性能，高性价比的大面积cvd金刚石是世界各国的面临的难题之一。
技术实现要素：
5.实用新型目的：为了克服以上不足，本实用新型的目的是提供一种半开放式反应气循环的热丝cvd金刚石膜生长装置，其结构简单，设计合理，易于生产，通过设置气体循环系统，让气体实现循环使用，减少气体的消耗，降低生产成本。
6.技术方案：为了实现上述目的，本实用新型提供了一种半开放式反应气循环的热丝cvd金刚石膜生长装置，包括：气体循环系统，所述气体循环系统包括热交换机、粉尘过滤器、第一真空泵和油气分离器，所述热交换机的入口端与反应炉的排气管连接，出口端与粉尘过滤器的入口端连接，所述粉尘过滤器的出口端与第一真空泵的入口端连接，所述第一真空泵的出口端通过管道与油气分离器的入口端连接。本实用新型所述的一种半开放式反应气循环的热丝cvd金刚石膜生长装置，其结构简单，设计合理，易于生产，通过设置气体循环系统，让气体实现循环使用，减少气体的消耗，降低生产成本，进而让其更好的满足生产的需要。
7.其中，所述气体循环系统中还包括第一真空规，所述真空规设于粉尘过滤器和第一真空泵之间，或设于第一真空泵与油气分离器之间，或设于油气分离器后面的第二供气管道上。
8.进一步的，所述第二供气管道的出口端设有循环管路和排空管道，所述油气分离器出口端一部分气体通过循环管路重新进入混气装置，另一部分气体通过使用第二真空泵或者泄气阀进入排空管道中。
9.优选的，所述第二供气管道与油气分离器出口端的排气管通过三通阀分别与循环管路上的第一阀门和排空管道上的第二阀门连接，所述第一阀门和混气装置之间的循环管路上设有第二真空规、质量流量控制计和单向阀，所述第二阀门远离第一阀门的一侧依次设有抽气阀和第二真空泵；所述第一阀门的出气端和第二阀门的排气端通过泄气管连接，所述泄气管上设有泄气阀。
10.此外，还包括反应炉和混气装置，所述混气装置通过第一供气管道与反应炉连接，所述反应炉的排气口通过管道与热交换机入口端连接，所述油气分离器的出口端的通过循环管路与混气装置连接。所述混气装置可以根据需要设于反应炉的内部或外部。
11.进一步的，所述反应炉包括反应炉本体、基台和至少一组热丝架，所述基台设于反应炉本体内，所述热丝架设于基台上方，所述热丝架与电极柱连接，所述电极柱远离热丝架的一端与电源连接，且所述电极柱的一侧设于热丝拉直杆，所述热丝架上的热丝一端穿过热丝拉直杆，且所述热丝的末端与用于拉直的重物连接。
12.更进一步的，所述反应炉内还设有匀气装置，所述匀气装置通过安装座与反应炉连接，且其入气口与第一供气管道连接。
13.优选的，所述基台上设有测温装置。
14.进一步优选的，所述匀气装置包括匀气壳体、进气管和一组匀气管，所述进气管设于匀气壳体的入口处，所述匀气管设于匀气壳体中，且所述进气管与匀气管的入口处相通。
15.更进一步优选的，所述反应炉本体的一侧设有第三真空规和冷水机。
16.上述技术方案可以看出，本实用新型具有如下有益效果：
17.1、本实用新型所述的一种半开放式反应气循环的热丝cvd金刚石膜生长装置，其结构简单，设计合理，易于生产，通过设置气体循环系统，让气体实现循环使用，减少气体的消耗，降低生产成本，进而让其更好的满足生产的需要。
18.2、本实用新型中所述热丝架中设有多根并排热丝，让其形成发面积均匀温度场，沉积膜的面积大，可实现金刚石大面积生长。
19.3、本实用新型中匀气装置的设置，大大的提高了混气装置中气体进入反应炉的效果，提高反应炉内气体分布的效果，从而有效提高其利用效率。
附图说明
20.图1为本实用新型的结构示意图；
21.图2为本实用新型中匀气装置的结构示意图；
22.图3为本实用新型中匀气装置中匀气装置的下表面图；
23.图4为本实用新型中热丝架和匀气装置的安装示意图。
具体实施方式
24.下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本实用新型。
实施例
25.下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
26.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
27.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确的限定。
28.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
29.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
30.如图所示的一种半开放式反应气循环的热丝cvd金刚石膜生长装置，包括：反应炉1、混气装置2和气体循环系统3，所述混气装置2通过第一供气管道4与反应炉1连接，所述气体循环系统3的进气端与反应炉1排气口连接，排气端通过第二供气管道5与混气装置2的入口端连接。
31.本实施例中所述气体循环系统3包括热交换机31、粉尘过滤器32、第一真空规33、第一真空泵34和油气分离器35，所述热交换机31的入口端与反应炉1的排气管连接，出口端与粉尘过滤器32的入口端连接，所述粉尘过滤器32的出口端与第一真空泵34的入口端连接，所述真空规33设于粉尘过滤器32和第一真空泵34之间，所述第一真空泵34的出口端通过管道与油气分离器35的入口端连接，所述油气分离器35的出口端的通过循环管路501与混气装置2连接。
32.本实施例中所述第二供气管道5的出口端设有循环管路501和排空管道502，所述
油气分离器35出口端一部分气体通过循环管路501重新进入混气装置2，另一部分气体通过第二真空泵57或者泄气阀7进入排空管道502中。
33.本实施例中所述第二供气管道5与油气分离器35出口端的排气管通过三通阀分别与循环管路5上的第一阀门51和排空管道502上的第二阀门52连接，所述第一阀门51和混气装置2之间的循环管路501上设有第二真空规53、质量流量控制计54和单向阀55，所述第二阀门52远离第一阀门51的一侧依次设有抽气阀56和第二真空泵57；所述第一阀门51的出气端和第二阀门52的排气端通过泄气管6连接，所述泄气管6上设有泄气阀7。
34.本实施例中所述反应炉1包括反应炉本体11、基台12和至少一组热丝架13，所述基台12设于反应炉本体11内，所述热丝架13设于基台12上方，所述热丝架13与电极柱131连接，所述电极柱131远离热丝架13的一端与电源连接，且所述电极柱131的一侧设于热丝拉直杆132，所述热丝架13上的热丝一端穿过热丝拉直杆132，且所述热丝的末端与用于拉直的重物133连接。
35.本实施例中所述反应炉1内还设有匀气装置8，所述匀气装置8通过安装座与反应炉1连接。
36.本实施例中所述匀气装置8设于反应炉1顶部，且其入气口与第一供气管道4连接。
37.本实施例中所述基台12上设有测温装置14，所述测温装置14由测温装置为高温热电偶和温度显示器构成。
38.本实施例中所述匀气装置8包括匀气壳体81、进气管82和一组匀气管83，所述进气管82设于匀气壳体81的入口处，所述匀气管83设于匀气壳体81中，且所述进气管82与匀气管83的入口处相通。
39.本实施例中所述反应炉本体11的一侧设有第三真空规15和冷水机16。
40.以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本实用新型的保护范围。