中國粉體網訊  今年10月，商務部公布的對超硬材料相關物項實施出口管制的決定中，直流電弧等離子體噴射化學氣相沉積（DCPCVD）設備及工藝技術在列。

據百色學院劉建設、河南黃河旋風汪曙光、鄭州輕工業大學王良文等撰文介紹，直流電弧等離子體噴射法(DC Arc-jet Plasma CVD)是通過高功率直流電弧放電，將以CH₄-H₂-Ar為主要成分的反應氣體激發形成等離子體，并將其高速噴射到襯底表面后沉積形成金剛石膜。

直流電弧等離子體噴射法金剛石膜沉積裝置的示意圖

在高功率的直流電弧放電過程中，反應氣體被充分電離，使得等離子體密度和各種活性基團密度很高，這極大地提升了金剛石膜的沉積速率，通常可以達到數十微米每小時。但是，直流電弧等離子體噴射法存在著因電弧的點火及熄滅而對襯底和金剛石膜的熱沖擊較大、易造成金剛石膜從基片上脫落的缺點。另外，這種方法還具有需要消耗大量反應氣體的缺點。

為解決需要消耗大量的氣體這一難題，可采取一種將大部分氣體循環再利用的技術，降低氣體的使用量。但這樣做的結果會使金剛石膜中含有的雜質增加，使金剛石膜的質量難于提高。反之，若不循環利用大部分的氣體，則一方面金剛石膜的制備成本太高，另外一方面氣體的消耗量太大，造成金剛石膜的沉積過程難于控制。

據專家們介紹，該方法沉積金剛石的技術目前發展比較完善，主要特點是沉積速度快，該法制備的金剛石膜的品質接近MPCVD法，最大沉積面積可達直徑150 mm。國外的Westinghouse Electric，SP3等機構擁有此項技術。1999年，美國的Norton公司利用高功率直流電弧等離子體噴射技術實現了大面積(直徑可達175 mm)、高品質金剛石膜的沉積。但是，由于Norton公司使用高功率直流電弧等離子體噴射技術來制備金剛石膜，其氣體耗費量極大，因而金剛石膜的制造成本很高。該原因導致Norton公司在2004年停止了其金剛石膜制備部門的運營。

在國內，北京科技大學和河北科學院聯合開發并完善了該項技術，目前已經實現產業化，并在國際上占有了一席之地。北京科技大學從1988年開始研究起步，從1991年開始和河北省科學院緊密合作進行DC Arc Plasma Jet設備和工藝研究。在863計劃“八五”重大關鍵技術項目支持下，于1995年底建成了100千瓦級DC Arc Plasma Jet CVD系統，于1996年初通過國家科委組織的專家鑒定。在863計劃“95”重大項目支持下，于1997年底國內首次制備出光學級(透明)金剛石膜。

（圖源：北京科技大學新材料技術研究院）

北科大采用高功率DC Arc Plasma Jet CVD系統制備大面積光學級金剛石自支撐膜在國內外率先取得成功。研究組已在國內外學術刊物發表相關研究論文300多篇，獲得專利20多項。曾獲北京市科技進步二等獎和全國發明展覽會金獎。近年來，已經有上百臺套DC Arc Plasma Jet CVD系統在大專院校、研究院所和企業運行，已經成為CVD金剛石膜研究和工業生產的主要技術之一。由此也確立了高功率直流電弧等離子噴射法作為制備金剛石膜材料重要的方法之一的地位。

目前，我國利用直流電弧等離子體噴射技術制備的金剛石膜無論從質量上還是在面積上，與國外同方法制備的金剛石膜相比，已處于先進水平，而相關的金剛石膜產品也已作為超硬工具材料批量進入了國際市場。

資料來源：劉建設，汪曙光，王良文，等. 中國超硬材料合成裝備技術發展路徑綜述，超硬材料工程，2024

（中國粉體網編輯整理/平安）

注：圖片非商業用途，存在侵權告知刪除！