Mechanical Reconstruction of an Industrial 915MHz Microwave Cavity Plasma Reactor System for Chemical Vapor Deposition Diamond Processes
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Diploma Thesis from the year 2003 in the subject Engineering - Chemical Engineering, grade: 1,0, University of Applied Sciences Wildau (Ingenieurwesen/Wirtschaftsingenieurwesen), language: English, abstract: Inhaltsangabe:Zusammenfassung:Synthetische Diamanten sind in Industrie und Wissenschaft sehr attraktiv, schaffen sie doch den Kompromiss zwischen einzigartigen Materialeigenschaften und geringen Anschaffungskosten. Mit der Verfeinerung von geeigneten CVD-Methoden und der intensiven Entwicklung von Reaktoren und Anlagen konnten die Herstellungskosten weiter gesenkt und vor allem enorme Fort...
Diploma Thesis from the year 2003 in the subject Engineering - Chemical Engineering, grade: 1,0, University of Applied Sciences Wildau (Ingenieurwesen/Wirtschaftsingenieurwesen), language: English, abstract: Inhaltsangabe:Zusammenfassung:
Synthetische Diamanten sind in Industrie und Wissenschaft sehr attraktiv, schaffen sie doch den Kompromiss zwischen einzigartigen Materialeigenschaften und geringen Anschaffungskosten. Mit der Verfeinerung von geeigneten CVD-Methoden und der intensiven Entwicklung von Reaktoren und Anlagen konnten die Herstellungskosten weiter gesenkt und vor allem enorme Fortschritte bei den möglichen Anwendungen und Abmessungen erzielt werden.
Diese Diplomarbeit beschäftigt sich mit dem Wiederaufbau und der Integration einer unbekannten industriellen 915MHz MCPR-Anlage (microwave cavity plasma reactor), für die Herstellung von CVD-Diamanten. Dabei wird umfangreich über den Stand der Technik bei relevanten CVD-Reaktoren, Anwendungsmöglichkeiten, Synthese und Materialeigenschaften von synthetischen Diamanten eingegangen. Weiterhin wird der Aufbau und die Wirkungsweise der MCPR-Reaktoranlage beschrieben.
Neben der Analyse der Ausgangsbedingungen wird auf die Umsetzung der Teilprobleme wie den Wiederaufbau des Mikrowellensystems, Vakuumanlage, Prozessgassystem und das Wasserkühlsystem eingegangen, wobei spezifische Probleme (Design, Funktion, Fehler, notwendige Änderungen) analysiert und Lösungen besprochen werden. Dabei werden Dimensionierungen von Kühlleistungen, Gasbedarfe (Prozessgase) und Einstellungen bei unbekannten Systemeigenschaften beschrieben. Weiterhin werden Dimensionierung und Auswahl von einem Kühlaggregat und Gaskühlströmen, die Konstruktion und Dimensionierung einer Hebevorrichtung und Kammergrößenskala und adäquate Systemparameterwahl erläutert, wobei auf jeweilige (un-) bekannte Randbedingungen eingegangen werden. Mit der Entscheidung von geeigneten Methoden (Helium-Leck-Test, Mikrowellenstrahlung u.a.) wurden die Teilsysteme auf Funktion und Sicherheit überprüft. Mit geeigneten Berechnungen konnten notwendige Reinheiten im Vakuumbereich (Leckratenbeurteilung, Prozessgaswechsel) erwiesen werden.
Abschließend werden Funktionstests und Auswirkungen auf den gewählten Aufbau der Anlage beschrieben und Ausblicke für weitere Modifikationen und Verbesserungen gemacht.
Die Arbeit zeigt mit 29 Abbildungen, 10 Tabellen und 24 Anlagen (Skizzen, Tabellen, u.a.) unterschiedliche Problemlösungen beim Wiederaufbau der Reaktoranlage.
Inhaltsverzeichnis:Table of Contents:
Assignment (Aufgabenstellung)ii
Bibliographical Delineation (Bibliographische Beschreibung und Referat)iii
Declaration (Selbständigkeitserklärung)iv
List of Symbols and Abbreviations1
1.Introduction3
2.Diamonds and Chemical Vapor Deposition5
2.1Morphology and Properties of Diamond5
2.2Overview of Diamond Applications7
2.3Chemical Vapor Deposition of Diamonds8
2.4Methods for CVD-Diamond Production11
3.Microwave Cavity Plasma Reactor 915MHz System14
3.1Introduction14
3.2General Structure15
3.3MCPR Subsystems and Operation Breakdown15
3.3.1The Microwave Cavity Reactor15
3.3.2Microwave Power Supply and Waveguide-Transmission Subsystem17
3.3.3Gas Flow Control and Vacuum Pump Subsystem18
3.3.4The Computer Monitoring and Control Subsystem19
4.System Analysis and Rebuild Planning20
4.1System Inventory20
4.2Rebuild Procedure22
5.Mechanical Setup and Function Control25
5.1Maintenance and Match of the Microwave System25
5.1.1Microwave Components Condition Control25
5.1.2Applicator Mount and Lifting Rig26
5.1.3Applicator Purge Modification29
5.1.4Applicator Adjustments and Reading Device30
5.1.5Microwave Component Check and Leak Test32
5.2Design, Reconstruction and Modifications of the Gas Syst...
Synthetische Diamanten sind in Industrie und Wissenschaft sehr attraktiv, schaffen sie doch den Kompromiss zwischen einzigartigen Materialeigenschaften und geringen Anschaffungskosten. Mit der Verfeinerung von geeigneten CVD-Methoden und der intensiven Entwicklung von Reaktoren und Anlagen konnten die Herstellungskosten weiter gesenkt und vor allem enorme Fortschritte bei den möglichen Anwendungen und Abmessungen erzielt werden.
Diese Diplomarbeit beschäftigt sich mit dem Wiederaufbau und der Integration einer unbekannten industriellen 915MHz MCPR-Anlage (microwave cavity plasma reactor), für die Herstellung von CVD-Diamanten. Dabei wird umfangreich über den Stand der Technik bei relevanten CVD-Reaktoren, Anwendungsmöglichkeiten, Synthese und Materialeigenschaften von synthetischen Diamanten eingegangen. Weiterhin wird der Aufbau und die Wirkungsweise der MCPR-Reaktoranlage beschrieben.
Neben der Analyse der Ausgangsbedingungen wird auf die Umsetzung der Teilprobleme wie den Wiederaufbau des Mikrowellensystems, Vakuumanlage, Prozessgassystem und das Wasserkühlsystem eingegangen, wobei spezifische Probleme (Design, Funktion, Fehler, notwendige Änderungen) analysiert und Lösungen besprochen werden. Dabei werden Dimensionierungen von Kühlleistungen, Gasbedarfe (Prozessgase) und Einstellungen bei unbekannten Systemeigenschaften beschrieben. Weiterhin werden Dimensionierung und Auswahl von einem Kühlaggregat und Gaskühlströmen, die Konstruktion und Dimensionierung einer Hebevorrichtung und Kammergrößenskala und adäquate Systemparameterwahl erläutert, wobei auf jeweilige (un-) bekannte Randbedingungen eingegangen werden. Mit der Entscheidung von geeigneten Methoden (Helium-Leck-Test, Mikrowellenstrahlung u.a.) wurden die Teilsysteme auf Funktion und Sicherheit überprüft. Mit geeigneten Berechnungen konnten notwendige Reinheiten im Vakuumbereich (Leckratenbeurteilung, Prozessgaswechsel) erwiesen werden.
Abschließend werden Funktionstests und Auswirkungen auf den gewählten Aufbau der Anlage beschrieben und Ausblicke für weitere Modifikationen und Verbesserungen gemacht.
Die Arbeit zeigt mit 29 Abbildungen, 10 Tabellen und 24 Anlagen (Skizzen, Tabellen, u.a.) unterschiedliche Problemlösungen beim Wiederaufbau der Reaktoranlage.
Inhaltsverzeichnis:Table of Contents:
Assignment (Aufgabenstellung)ii
Bibliographical Delineation (Bibliographische Beschreibung und Referat)iii
Declaration (Selbständigkeitserklärung)iv
List of Symbols and Abbreviations1
1.Introduction3
2.Diamonds and Chemical Vapor Deposition5
2.1Morphology and Properties of Diamond5
2.2Overview of Diamond Applications7
2.3Chemical Vapor Deposition of Diamonds8
2.4Methods for CVD-Diamond Production11
3.Microwave Cavity Plasma Reactor 915MHz System14
3.1Introduction14
3.2General Structure15
3.3MCPR Subsystems and Operation Breakdown15
3.3.1The Microwave Cavity Reactor15
3.3.2Microwave Power Supply and Waveguide-Transmission Subsystem17
3.3.3Gas Flow Control and Vacuum Pump Subsystem18
3.3.4The Computer Monitoring and Control Subsystem19
4.System Analysis and Rebuild Planning20
4.1System Inventory20
4.2Rebuild Procedure22
5.Mechanical Setup and Function Control25
5.1Maintenance and Match of the Microwave System25
5.1.1Microwave Components Condition Control25
5.1.2Applicator Mount and Lifting Rig26
5.1.3Applicator Purge Modification29
5.1.4Applicator Adjustments and Reading Device30
5.1.5Microwave Component Check and Leak Test32
5.2Design, Reconstruction and Modifications of the Gas Syst...
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