[发明专利]微刀具金刚石涂层的化学气相沉积装置及方法

说明书

微刀具金刚石涂层的化学气相沉积装置及方法，属于金刚石薄膜化学气相沉积制备技术领域。真空泵通过真空针阀与真空反应室连通，氢气瓶、氩气瓶和甲烷瓶与混合箱连通，进气针阀固定在真空反应室炉盖上，压力控制装置与真空反应室连通，电极组件固定在真空反应室内，工作台设置在真空反应室内，微刀具固定在工作台上，两根电缆线从加热电源处引出并与电极组件连接，热电偶的探头端部贴有硬质合金薄片，红外测温仪通过其自带的支架设置于真空反应室外部，冷水机外接有四根冷水管，其中两根与真空反应室的炉盖连通，其余两根与真空反应室的炉体连通，真空表安装在真空反应室的炉盖上。本发明用于微刀具金刚石涂层的化学气相沉积。

技术领域

本发明属于金刚石薄膜化学气相沉积制备技术领域，具体涉及一种微刀具金刚石涂层的化学气相沉积装置及方法。

背景技术

近年来，微型产品及相关元器件在航天、医疗、机械和生化设备上应用愈发广泛，使得微制造技术在世界范围内迅速发展，同时也对微细加工的质量提出了更高的要求。研究表明，改善微刀具材料的综合切削能力是提高加工精度与切削效率的有效途径。

金刚石是自然界中最硬的物质，因其具有较高的耐磨性，良好的导热性以及优异的化学稳定性等特殊性能，成为磨料和切削工具理想的材料。但是单晶金刚石脆性极高，无法适应高强度或高冲击载荷的加工环境。因此，单晶金刚石刀具因成本高和抗冲击性差的缺点导致其应用领域受到限制。然而，具有良好经济性的金刚石薄膜却有着广阔的发展空间。在选择刀具进行加工时，通常希望刀具既有高的硬度以保证其良好的耐磨性，又具备很好的韧性来防止刀具的碎裂。硬质合金基体与化学气相沉积(CVD)金刚石薄膜的结合恰能满足这一要求，因为二者的结合使得刀具既表现出金刚石的高硬度和良好的耐磨性，也表现出硬质合金本身的强韧性和良好的抗冲击性，另外较低的制造成本使其在微细加工领域有着广阔的应用前景。

化学气相沉积(CVD)金刚石的机械性能优异、硬度极高、摩擦系数低、耐磨性强、表面化学性能稳定。与单晶金刚石和聚晶金刚石(PCD)复合片相比之下，CVD金刚石涂层的制备成本低、适于复杂形状的基体、易实现大规模工业化生产，因此成为制造微刀具的理想材料。在加工有色金属及其合金、复合材料、高分子材料和无机非金属材料等难加工材料时，CVD金刚石涂层刀具具有明显的优势。

目前，我国针对于微刀具金刚石涂层的化学气相沉积装置尚缺乏高效而且具有经济性的商业化产品。而国外相关产品则存在价格昂贵、金刚石薄膜生长率低等缺点，并且通常只适用于大面积金刚石涂层的制备，对于微刀具则难以保证在小尺寸范围及复杂形貌上的涂层质量。在微细加工领域，CVD金刚石微刀具的需求量巨大，所以研制金刚石涂层微刀具化学气相沉积装置并验证其有效的沉积工艺具有非常重要的意义。

发明内容

本发明的目的是为了解决微刀具的金刚石薄膜制备问题，微刀具金刚石涂层的化学气相沉积装置及方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明的微刀具金刚石涂层的化学气相沉积装置，其由供气系统、温度控制系统、真空反应系统组成，所述的供气系统包括氢气瓶、氩气瓶、甲烷瓶、气体混合箱、进气针阀，所述的温度控制系统包括加热电源、热电偶显示表、红外测温仪、电极组件、工作台、热电偶、补偿导线；所述的真空反应系统包括真空反应室、工作台基座、压力控制装置、冷水机、真空泵、真空表、真空针阀；