[实用新型]一种用热丝法制备TiC涂层的高温化学气相沉积装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及制备装置，尤其涉及到一种用热丝法制备的TiC涂层的高温化学气相沉积装置。

背景技术

传统的高温化学气相沉积（CVD）方法制备的TiC涂层，由于沉积速率快，与基体结合力良好，成本相对低廉等因素具备良好，已在机械加工、电力、化工等行业广泛应用。传统的高温化学气相沉积方法制备TiC等涂层通过外部电阻炉加热，使密封腔体内整体温度达到1000℃左右，TiCl₄和CH₄等前驱物在基体上反应生成TiC涂层。国内外的产业化的化学气相沉积TiC工具涂层基本都采用该种方法，其中采用有机前驱物可使反应温度降低至850℃左右，称为中温化学气相沉积。

传统高温化学气相沉积方法制备TiC涂层已大规模应用于工具行业，但是还是存在的一定的缺陷，制备的TiC涂层颗粒较粗，有的涂层颗粒达到微米级，甚至部分涂层区域出现反应物凝聚形成的粗颗粒，反应时的沉积温度较高，使得基体与涂层界面易产生η相，η相为脆性相，降低整体工具的抗弯性能，由于涂层颗粒较粗以及高温影响，工具基体的刃口锋利度降低，不利于超精细加工，由于反应腔的整体高温，涂层成分易受到腔体壁材料成分的污染，形成不均匀。

发明内容

本实用新型的目的就在于为了解决上述问题而提供一种涂层光洁度高，能够达到纳米级涂层的要求的用热丝法制备的TiC涂层的高温化学气相沉积装置。

本实用新型通过以下技术方案来实现上述目的：

本实用新型包括进气系统和真空系统，所述真空系统包括真空腔体和耐酸机械泵，所述耐酸机械泵的液相出口与所述真空腔体的液相进口连接，所述进气系统包括氢气瓶、甲烷瓶、氩气瓶、四氯化钛密封瓶和混气室，所述氢气瓶的出口、所述甲烷瓶的出口和所述四氯化钛密封瓶的出口分别与所述混气室的进口连接，所述混气室的出口与所述真空腔体的气相进口连接，所述氩气瓶的出口与所述四氯化钛密封瓶的进口连接，所述四氯化钛密封瓶的出口与所述混气室的进口连接，所述真空腔体内设置有加热钨丝，所述加热钨丝设置在电极上，所述电极上外接有直流电源。

进一步地，所述加热钨丝为多根且并列排列，所述加热钨丝的两端分别搭接在两个电极上，所述电极外接有直流电源。

具体地，所述电极为内装冷却循环水的不锈钢管。

进一步地，所述真空腔体内壁底部设置有可旋转升降的工件盘，使得涂层的温度呈现出梯度变化。

具体地，所述氢气瓶的出口上设置有氢流量控制器，所述甲烷瓶的出口上设置有甲烷流量控制器，便于调整进气系统中的气体组分。

本实用新型的有益效果在于：

本实用新型采用化学气相沉积法和物理气相沉积相结合的方式避免了η相生成及腔体污染,减少了涂层内应力较大，可使硬质合金基体温度降低至600℃左右，制备涂层的颗粒尺寸降低，达到纳米级涂层的要求，提高了纳米级TiC涂层表面光洁度、耐高温性能。

附图说明

图1是本实用新型的工作示意图。

图中：1-甲烷流量控制器，2-氢流量控制器，3-混气室，4-真空腔体，5-水冷管，6-加热钨丝，7-电极，8-外接电源，9-工件盘，11-氢气瓶，12-氩气瓶，13-甲烷瓶，14-四氯化钛密封瓶，15-耐酸机械泵。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明：

如图1所示，本实用新型包括进气系统和真空系统，真空系统包括真空腔体4和耐酸机械泵15，耐酸机械泵15的液相出口与真空腔体4的液相进口连接，进气系统包括氢气瓶11、甲烷瓶13、氩气瓶12、四氯化钛密封瓶14和混气室3，氢气瓶11的出口、甲烷瓶13的出口和四氯化钛密封瓶14的出口分别与混气室3的进口连接，混气室3的出口与真空腔体4的气相进口连接，氩气瓶12的出口与四氯化钛密封瓶14的进口连接，四氯化钛密封瓶14的出口与混气室3的进口连接，真空腔体4内设置有加热钨丝6，加热钨丝6设置在电极7上，电极7上外接有直流电源8。

真空腔体4是气态前驱物发生化学反应的部位，由耐酸机械泵15对真空腔体4抽气以达到真空状态，进气系统由三路不锈钢管道汇成一路后进入真空腔体4，氢流量控制器2和甲烷流量控制器1均为质量流量计,电源为恒压横流直流电源，通过电极将钨丝加热到设定温度，用红外测温仪测试热丝温度。