Effect of equivalence ratio, velocity gradient and substrate temperature on flame synthesis of diamond films

• Autorzy: Shintomi M. , Makino A. , Araki N.

Warianty tytułu

PL

Wpływ proporcji reagentów, gradientu prędkości mieszaniny palnej oraz temperatury podłoża na rezultaty syntezy płomieniowej warstw diamentowych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Effects of equivalence ratio, velocity gradient and substrate temperature have been examined on the growth rates of diamond films. Morphology of the diamond films has also been observed in relation to the growth rates. It is found that the maximum growth rate can be obtained when the equivalence ratio is from 2.45 to 2.50 and velocity gradient is 4000 s ^-1. It has also been confirmed that the growth rate is nearly the same when the velocity gradient is kept constant. With increasing substrate temperatures, the growth rates increase. On the other hand, at the substrate temperature near 1150 K, the growth rates of diamond films decrease or hold constant, and the facets of crystallites that form the diamond film change from {111} to {100}.

PL

W artykule przedstawiono technikę wytwarzania warstw diamentowych metodą płomieniową, w której wykorzystuje się procesy chemiczne, zachodzące w płomieniu palnika acetylenowo-tlenowego. Badania wzrostu warstwy przeprowadzono w układzie reakcyjnym, którego schemat ilustruje rysunek 1. Istotnym elementem układu był specjalny palnik, wytwarzający "płaski" płomień, zapewniający bardziej równomierne pole temperatury na powierzchni podłoża (rys. 2). Wielkość badaną stanowiła prędkość wzrostu warstwy, oceniana zwykle kompleksowo, w połączeniu z obserwacjami mikroskopowymi cech morfologicznych powstających warstw. Parametrami technologicznymi zmienianymi podczas syntezy były współczynnik równoważności (phi), uwzględniający proporcje reagentów mieszanki palnej, prędkość (V) oraz gradient prędkości (a) wypływającego strumienia gazów oraz temperatura podłoża. Maksymalną wydajność procesu uzyskano przy współczynniku równoważności wynoszącym od 2,45 do 2,50 (rys. 3) oraz gradiencie prędkości 4000 s ^-1. Dominującymi składnikami warstwy są krystality o płaszczyznach krystalizacji {111}. Jeśli gradient prędkości strumienia mieszaniny palnej jest utrzymywany na takim samym poziomie, to prędkość wzrostu warstwy jest praktycznie stała, pomimo zmian prędkości strumienia (rys. 4). Wpływ gradientu prędkości na wzrost warstwy i jej morfologię ilustruje rys. 5. Zwykle przy zbyt niskiej temperaturze podłoża warstwa jest nieciągła. Zwiększanie temperatury powoduje wzrost prędkości osadzania warstwy oraz jej jednorodności (rys. 6). Przy wartości zbliżonej do 1150 K prędkość wzrostu nie zmienia się, a nawet nieznacznie maleje. Z drugiej strony następuje zmiana morfologii warstwy, w której przeważają powierzchnie krystaliczne {100}. Kształt krystalitów generalnie nie zależy od czasu osadzania warstwy (rys. 7).

Słowa kluczowe

PL

warstwa diamentowa; metoda płomieniowa; mieszanina palna

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2004
• Tom: R. XXV, nr 5
• Strony: 805--809
• Opis fizyczny: Bibliogr. 5 poz., rys.

Twórcy

autor

Shintomi M.

• Numazu College of Technology, Numazu

autor

Makino A.

• Japan Aerospace Exploration Agency, Chof

autor

Araki N.

• Shizuoka Uniyersity, Hamamatsu, Japonia

Bibliografia

• [1] Matsumoto S., Sato Y., Karno M. and Setaka N.: Vapor deposition of diamond particles from methane, Jpn. J. Appl. Phys., 21, L183, 1982
• [2] Davis R. F.: Diamond films and coatings, Noyes publications, New Jersey, 1993
• [3] Hirose Y.: Abstract of First Intern. Conf. On the New Diamond Sci. Technol., New Diamond Forum, p. 38, 1988
• [4] Hirose Y. and Amanuma S.: The synthesis of high-quality diamond in combustion flames. J. Appl. Phys., 68, pp. 6401-6405, 1990
• 5] Murayama M. and Uchida K.: Synthesis of uniform diamond films by flat flame combustion of acetylene/hydrogen/oxygen mixtures, Combust. Flame, 91, pp. 239-245, 1992