針對直流電弧等離子噴射化學氣相沉積金剛石設備，以PLC作為系統的控制核心，觸摸屏作為人機界面，梯形圖為編程語言，不僅實現了設備的自動運行，而且還由上位機的組態軟件通過485 總線實現了多臺設備的遠程監視和生產數據的長期記錄。實際運行結果表明，整個系統硬件可靠，軟件運行穩定，達到了設計要求。

　　直流電弧等離子噴射一直是化學氣相沉積金剛石的主要方法之一，該方法制備金剛石生長速度快，產品質量好，但設備復雜，控制煩瑣，嚴重制約了生產規模的擴大，實現自動化操作是產業化生產的必然要求。

1、設備原理

　　整套設備組成如圖1 所示，核心是自主研制的磁場和氣動力聯合控制的大口徑長通道等離子炬，安裝于真空室頂部。真空室采用夾層水冷套結構，在三個不同方向上設有可啟閉的視窗，方便觀察、樣品取放及清理等工作。等離子炬正下方設置水冷的沉積臺，沉積臺可以旋轉、升降，沉積金剛石的基片即放置于沉積臺上。沉積過程中，由紅外測溫儀監測并通過調整電弧電流來控制基片的溫度。CVD 過程所需的工質氣體通過質量流量控制器調節流量后供給等離子矩。

　　為了減少工質氣體的用量，降低生產成本，設計了半開放式的氣體循環系統，以羅茨泵作為增壓泵，在真空室和循環泵的出口分別安裝真空計以監測該處的壓力，改變調節閥的開度，可以調節真空室和循環泵出口處的壓力。

　　工作過程如下：系統啟動后，按順序開啟冷卻水、旋片泵預抽真空，壓力達到羅茨泵開啟壓力時，開啟羅茨泵。真空度滿足要求后，向等離子炬中送入氬氣、氫氣、碳源（含碳氣體）等，改變調節閥1 和調節閥2 的開度，使真空室和羅茨泵出口壓力滿足要求。啟動電弧電源后，首先在等離子炬的陰極和陽極之間建立空載電壓，然后疊加高頻高壓的脈沖，引燃電弧，待電弧穩定工作后，脈沖立即去除，沉積工作隨即開始。經過預定時間的沉積，按照和開機相反的順序依次關閉電源、氣體、羅茨泵、旋片泵和冷卻水，即完成本次沉積工作。

1.等離子矩; 　2.電弧電源;　3.真空室;　4.基片;　5.沉積臺;　6.充氣閥;　7. 真空計1;　8. 調節閥1;　9. 羅茨泵;　10. 真空計2;　11. 調節閥2 ;　12.旋片泵;　13.氣路截止閥;　14 質量流量計

圖1 直流電弧等離子噴射化學氣相沉積金剛石設備示意圖

7、結論

　　直流電弧等離子噴射化學氣相沉積金剛石自動控制系統已批量投入生產使用，經實際檢驗，各項指標基本達到設計要求，全系統運行穩定、可靠，操作簡單，極大減輕了勞動強度，提高了產品質量，增加了企業效益。

參考文獻

　　[1] 達道安. 真空設計手冊[M]. 北京:國防工業出版社，2004.
　　[2] DVP- PLC 應用技術手冊[M].2007.