[發(fā)明專利]微刀具表面熱絲法化學氣相沉積金剛石涂層的電極系統(tǒng)

有效

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• 申請日: 2016-08-18
• 公開（公告）號: CN106282964B
• 公開（公告）日: 2018-11-27
• 發(fā)明（設計）人: 白清順;余天凱;王永旭;杜云龍;張慶春;劉亞忠
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業(yè)大學
• 主分類號: C23C16/27
• 分類號: C23C16/27
• 代理公司: 哈爾濱龍科專利代理有限公司 23206
• 代理人: 高媛

微刀具表面熱絲法化學氣相沉積金剛石涂層的電極系統(tǒng)，屬于化學氣相沉積金剛石涂層技術領域。固定端立柱和移動端立柱可拆卸固定于底座上，固定端大電極可拆卸固定于固定端立柱上端，固定端小電極可拆卸固定于固定端大電極上端；移動端立柱的上端固定有支撐板，彈簧固定安裝塊二可拆卸固定于支撐板上，移動板滑動設置在支撐板上，彈簧固定安裝塊一可拆卸固定在移動板上，移動端小電極與彈簧固定安裝塊一可拆卸固定連接，兩個拉伸彈簧水平并列設置并固定在兩個彈簧固定安裝塊之間，三根熱絲與固定端小電極、固定端大電極及移動端小電極可拆卸固定連接，真空陶瓷電極組件分別與固定端小電極及移動端小電極電連接。本發(fā)明用于化學氣相沉積金剛石涂層。

技術領域

本發(fā)明涉及一種用于金剛石涂層微刀具熱絲法化學氣相沉積設備的電極系統(tǒng)，屬于化學氣相沉積金剛石涂層技術領域。

背景技術

微刀具的特征尺寸很小，其直徑一般在幾微米到幾百微米之間。硬質(zhì)合金材料的微刀具普遍具有切削性能差、耐磨性差、刀具壽命短、加工零件表面質(zhì)量低等缺陷。通過改變刀具材料來提高刀具的切削性能是解決該問題的有效途徑之一。作為一種超硬刀具材料，金剛石具有優(yōu)異的性能，在切削刀具領域占有非常重要的地位。化學氣相沉積（Chemical Vapor Deposition，CVD）法制備金剛石薄膜是利用氫氣和甲烷在高溫真空環(huán)境下的化學反應，在襯底表面沉積一層金剛石薄膜。該涂層具有優(yōu)良的力學及摩擦學性能，如熱導率高、熱膨脹系數(shù)小、化學穩(wěn)定性好、硬度和彈性模量高、耐磨性好及摩擦系數(shù)低等優(yōu)點。CVD金剛石涂層微刀具在加工成本、切削性能等方面具有很大的優(yōu)勢，具有良好的經(jīng)濟性和可行性。

在微刀具的熱絲法化學氣相沉積設備中，完善的電極系統(tǒng)是沉積出高質(zhì)量金剛石薄膜的關鍵。在高溫真空的環(huán)境中，通過電極的放電催使氫氣和甲烷發(fā)生化學反應生成金剛石，如果電極系統(tǒng)參數(shù)及結構設置不合理則會降低生成金剛石的質(zhì)量并造成空間利用率降低。在該設備中，受空間限制，電極系統(tǒng)要求尺寸小、結構緊湊、可靠性高。在化學氣相沉積的真空高溫狀態(tài)下，熱絲的體積會受熱膨脹，使得熱絲長度變長，并且熱絲的伸長量隨著熱絲初始長度和碳源氣體濃度的增加而增大，因此沉積中熱絲會產(chǎn)生下垂現(xiàn)象。同時，由于熱絲通電，熱絲之間存在電磁力，造成一條熱絲對另一條熱絲的排斥和吸引，不僅影響襯底的溫度場分布，還會造成熱絲相互接觸甚至斷裂，導致設備故障。所以設計出一種可靠的金剛石涂層微刀具化學氣相沉積裝置的電極系統(tǒng)，對促進微刀具類似的微構件表面沉積技術的發(fā)展，具有重要的實際意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了目前無使用性能可靠的金剛石涂層微刀具化學氣相沉積裝置的電極系統(tǒng)，進而提供一種使用性能可靠的微刀具表面熱絲法化學氣相沉積金剛石涂層的電極系統(tǒng)。

本發(fā)明所述的微刀具表面熱絲法化學氣相沉積金剛石涂層的電極系統(tǒng)，具有熱絲排布方式合理、結構緊湊、熱絲拉力可調(diào)、系統(tǒng)抗熱性強、靈活度高等優(yōu)勢。根據(jù)理論分析及實際測算結果，設定每根熱絲的最大通電電流為35.5 A，加熱電源的最大輸出電流為 150A。本發(fā)明可解決微刀具化學氣相沉積金剛石薄膜裝置的反應加熱問題。

實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術方案是：