[发明专利]金刚石涂层拉丝模具批量制备装置

说明书

技术领域

本发明属于通过气态化合物分解且表面材料的反应产物以沉积金属材料以外之无机材料为特征的化学镀覆技术领域。具体涉及一种金刚石涂层拉丝模具批量制备装置。

背景技术

CVD金刚石涂层技术能有效地对拉丝模具复杂的内孔表面进行涂层，制成高性能的金刚石涂层拉丝模具，既能克服大孔径聚晶拉丝模具价格昂贵、易脆的缺点，也能克服硬质合金拉丝模具易磨损、工作寿命短的不足，从而提高模具的耐用度，降低使用成本，其应用前景极为广泛。然而，金刚石涂层拉丝模具实现产业化难度极大。由于拉丝模具的结构特点是变半径的内孔表面作为工作面，使用性能的要求是硬度高、耐磨损、抗冲击、摩擦系数小。客观来看，针对这样的结构特点和使用要求的涂层装置和涂层工艺等有其特殊性。

中国专利文献数据库(CN1211635A)中公开了一种金刚石涂层拉丝模的制备方法，在该专利技术中，采用水平方向上穿过模孔的热丝作为气体激励源，可以实现对单个拉丝模具涂层，但对多个模具同时涂层就比较困难，模具往往产生热变形、出现烧蚀现象或是石墨成分居多。主要是由于拉丝模具的内孔尺寸较小，且热丝在高温时易变形，很难满足多个模具的对中性要求。另外拉丝模具固定在支撑台上，其内孔表面各区域距离热丝的距离不一致，冷却方式又是支撑台一方的单向冷却，这两方面导致了各个拉丝模具内孔表面温度分布不均匀；在反应气体的分布方面，采用平行热丝气流方法，由于热障作用，反应气体在整个反应室中的分布不均匀。温度和反应气体分布的不均匀最终导致整个反应室的拉丝模具涂层质量和厚度均匀性等无法得到保证。另外，如果采用电子辅助增强形核，使单根丝上无法串联多个模具，否则容易在模具的棱角处造成打火烧蚀现象，也限制了其大规模制备，无法工业化批量生产，推广应用价值不高。

发明内容

本发明的目的是提供一种金刚石涂层拉丝模的批量制备装置。采用本发明可以保证反应室中各个拉丝模内孔表面金刚石涂层的质量、均匀性、涂层与基体结合力，以及涂层后的孔型圆整度。

本发明的一种金刚石涂层拉丝模具批量制备装置，包括：

一个单丝多模-多丝多模装配系统；

一套支撑夹具；

一个多点分布进气系统；

一个低压真空腔；

其连接关系为，低压真空腔内设置有单丝多模-多丝多模装配系统和支撑夹具，其中单丝多模-多丝多模装配系统设置在支撑夹具上面，多点分布进气系统布置在低压真空腔壁上。

所述的单丝多模-多丝多模中的热丝采用垂直方向设置，垂直方向上设置的热丝采用穿孔直拉钨丝或钽丝。

所述的支撑夹具采用环向均布、均匀冷却、自动对中方式固定模具。

所述的单丝多模-多丝多模中的模具采用相同或不同外形规格尺寸的拉丝模具。

所述的拉丝模具的内孔尺寸范围为Φ1.5mm～Φ50.0mm。

为实现本发明的目的，关键技术是在多个拉丝模涂层过程中如何保持热丝较好的对中性，同时要求热丝不被拉断，以保证模具内孔表面各处获得的热量和气体分解物比较一致；另外是解决反应气体在反应室中的分布问题，以保持各个模具处的气体流场分布均匀。最终保持金刚石涂层的质量和均匀性。

本发明采用的垂直方向直拉热丝批量制备金刚石涂层拉丝模，由于热丝在高温下软化伸长，并在重力作用下自然下垂，采用锥形重物将其拉直，再用高温弹簧缓冲重力，从而使热丝在整个涂层过程中始终保持在垂直方向上。

本发明采用的环向均布夹具除了固定模具外，夹具间的连动作用使得所夹持模具的轴线始终位于直拉热丝位置上，即使同一根热丝上模具的外形规格尺寸有差异，亦可保持所有模具的轴线在一条直线上，另外环向对称性分布夹具使模具向外均匀传热，结果是模具内孔表面温度分布比较一致，因此涂层的质量和均匀性能够在温度的均匀分布方面得到保证。

本发明采用多点分布进气系统批量制备金刚石涂层拉丝模。根据传热学、流体力学等理论和数值模拟方法，以及相应的监测和检测手段优化气体在反应室中的分布，除在反应室的上部布置有气体入口外，还在反应室的中部布置了相应的气体入口，而气体出口位于底部，这样在模具所在的区域形成了比较稳定和均匀的反应气体流场。从而使涂层的质量和均匀性能够在反应气体的均匀分布上得到保证。

本发明采用的垂直方向穿孔直拉热丝作为气体激励源，均匀冷却、自动对中夹具，多点分布进气系统，可保证单根热丝上能串行排列1～10个模具，同时反应室中并列1～10根热丝。