www.188betkr.com 讯今年10月，商务部公布的对超硬材料相关物项实施出口管制的决定中，直流电弧等离子体喷射化学气相沉积（DCPCVD）设备及工艺技术在列。
据百色学院刘建设、河南黄河旋风汪曙光、郑州轻工业大学王良文等撰文介绍，直流电弧等离子体喷射法(DC Arc-jet Plasma CVD)是通过高功率直流电弧放电，将以CH4-H2-Ar为主要成分的反应气体激发形成等离子体，并将其高速喷射到衬底表面后沉积形成金刚石膜。
直流电弧等离子体喷射法金刚石膜沉积装置的示意图
在高功率的直流电弧放电过程中，反应气体被充分电离，使得等离子体密度和各种活性基团密度很高，这极大地提升了金刚石膜的沉积速率，通常可以达到数十微米每小时。但是，直流电弧等离子体喷射法存在着因电弧的点火及熄灭而对衬底和金刚石膜的热冲击较大、易造成金刚石膜从基片上脱落的缺点。另外，这种方法还具有需要消耗大量反应气体的缺点。
为解决需要消耗大量的气体这一难题，可采取一种将大部分气体循环再利用的技术，降低气体的使用量。但这样做的结果会使金刚石膜中含有的杂质增加，使金刚石膜的质量难于提高。反之，若不循环利用大部分的气体，则一方面金刚石膜的制备成本太高，另外一方面气体的消耗量太大，造成金刚石膜的沉积过程难于控制。
据专家们介绍，该方法沉积金刚石的技术目前发展比较完善，主要特点是沉积速度快，该法制备的金刚石膜的品质接近MPCVD法，最大沉积面积可达直径150 mm。国外的Westinghouse Electric，SP3等机构拥有此项技术。1999年，美国的Norton公司利用高功率直流电弧等离子体喷射技术实现了大面积(直径可达175 mm)、高品质金刚石膜的沉积。但是，由于Norton公司使用高功率直流电弧等离子体喷射技术来制备金刚石膜，其气体耗费量极大，因而金刚石膜的制造成本很高。该原因导致Norton公司在2004年停止了其金刚石膜制备部门的运营。
在国内，北京科技大学和河北科学院联合开发并完善了该项技术，目前已经实现产业化，并在国际上占有了一席之地。北京科技大学从1988年开始研究起步，从1991年开始和河北省科学院紧密合作进行DC Arc Plasma Jet设备和工艺研究。在863计划“八五”重大关键技术项目支持下，于1995年底建成了100千瓦级DC Arc Plasma Jet CVD系统，于1996年初通过国家科委组织的专家鉴定。在863计划“95”重大项目支持下，于1997年底国内首次制备出光学级(透明)金刚石膜。
（图源：北京科技大学新材料技术研究院）
北科大采用高功率DC Arc Plasma Jet CVD系统制备大面积光学级金刚石自支撑膜在国内外率先取得成功。研究组已在国内外学术刊物发表相关研究论文300多篇，获得专利20多项。曾获北京市科技进步二等奖和全国发明展览会金奖。近年来，已经有上百台套DC Arc Plasma Jet CVD系统在大专院校、研究院所和企业运行，已经成为CVD金刚石膜研究和工业生产的主要技术之一。由此也确立了高功率直流电弧等离子喷射法作为制备金刚石膜材料重要的方法之一的地位。
目前，我国利用直流电弧等离子体喷射技术制备的金刚石膜无论从质量上还是在面积上，与国外同方法制备的金刚石膜相比，已处于先进水平，而相关的金刚石膜产品也已作为超硬工具材料批量进入了国际市场。
资料来源：刘建设，汪曙光，王良文，等. 中国超硬材料合成装备技术发展路径综述，超硬材料工程，2024
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