[發明專利]微刀具金剛石涂層的化學氣相沉積裝置及方法

有效

• 申請號: 201710900693.3
• 申請日: 2017-09-28
• 公開（公告）號: CN107740067B
• 公開（公告）日: 2020-03-13
• 發明（設計）人: 白清順;白錦軒;劉順;何欣;余天凱;杜云龍;王永旭
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 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

微刀具金剛石涂層的化學氣相沉積裝置及方法，屬于金剛石薄膜化學氣相沉積制備技術領域。真空泵通過真空針閥與真空反應室連通，氫氣瓶、氬氣瓶和甲烷瓶與混合箱連通，進氣針閥固定在真空反應室爐蓋上，壓力控制裝置與真空反應室連通，電極組件固定在真空反應室內，工作臺設置在真空反應室內，微刀具固定在工作臺上，兩根電纜線從加熱電源處引出并與電極組件連接，熱電偶的探頭端部貼有硬質合金薄片，紅外測溫儀通過其自帶的支架設置于真空反應室外部，冷水機外接有四根冷水管，其中兩根與真空反應室的爐蓋連通，其余兩根與真空反應室的爐體連通，真空表安裝在真空反應室的爐蓋上。本發明用于微刀具金剛石涂層的化學氣相沉積。

技術領域

本發明屬于金剛石薄膜化學氣相沉積制備技術領域，具體涉及一種微刀具金剛石涂層的化學氣相沉積裝置及方法。

背景技術

近年來，微型產品及相關元器件在航天、醫療、機械和生化設備上應用愈發廣泛，使得微制造技術在世界范圍內迅速發展，同時也對微細加工的質量提出了更高的要求。研究表明，改善微刀具材料的綜合切削能力是提高加工精度與切削效率的有效途徑。

金剛石是自然界中最硬的物質，因其具有較高的耐磨性，良好的導熱性以及優異的化學穩定性等特殊性能，成為磨料和切削工具理想的材料。但是單晶金剛石脆性極高，無法適應高強度或高沖擊載荷的加工環境。因此，單晶金剛石刀具因成本高和抗沖擊性差的缺點導致其應用領域受到限制。然而，具有良好經濟性的金剛石薄膜卻有著廣闊的發展空間。在選擇刀具進行加工時，通常希望刀具既有高的硬度以保證其良好的耐磨性，又具備很好的韌性來防止刀具的碎裂。硬質合金基體與化學氣相沉積(CVD)金剛石薄膜的結合恰能滿足這一要求，因為二者的結合使得刀具既表現出金剛石的高硬度和良好的耐磨性，也表現出硬質合金本身的強韌性和良好的抗沖擊性，另外較低的制造成本使其在微細加工領域有著廣闊的應用前景。

化學氣相沉積(CVD)金剛石的機械性能優異、硬度極高、摩擦系數低、耐磨性強、表面化學性能穩定。與單晶金剛石和聚晶金剛石(PCD)復合片相比之下，CVD金剛石涂層的制備成本低、適于復雜形狀的基體、易實現大規模工業化生產，因此成為制造微刀具的理想材料。在加工有色金屬及其合金、復合材料、高分子材料和無機非金屬材料等難加工材料時，CVD金剛石涂層刀具具有明顯的優勢。

目前，我國針對于微刀具金剛石涂層的化學氣相沉積裝置尚缺乏高效而且具有經濟性的商業化產品。而國外相關產品則存在價格昂貴、金剛石薄膜生長率低等缺點，并且通常只適用于大面積金剛石涂層的制備，對于微刀具則難以保證在小尺寸范圍及復雜形貌上的涂層質量。在微細加工領域，CVD金剛石微刀具的需求量巨大，所以研制金剛石涂層微刀具化學氣相沉積裝置并驗證其有效的沉積工藝具有非常重要的意義。

發明內容

本發明的目的是為了解決微刀具的金剛石薄膜制備問題，微刀具金剛石涂層的化學氣相沉積裝置及方法。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

本發明的微刀具金剛石涂層的化學氣相沉積裝置，其由供氣系統、溫度控制系統、真空反應系統組成，所述的供氣系統包括氫氣瓶、氬氣瓶、甲烷瓶、氣體混合箱、進氣針閥，所述的溫度控制系統包括加熱電源、熱電偶顯示表、紅外測溫儀、電極組件、工作臺、熱電偶、補償導線；所述的真空反應系統包括真空反應室、工作臺基座、壓力控制裝置、冷水機、真空泵、真空表、真空針閥；