[发明专利]一种实现批量刀具自转的化学气相沉积设备及其沉积方法

权利要求书

1.一种实现批量刀具自转的化学气相沉积设备，其特征在于：包括驱动电机、底座、反应钟罩、工作台、刀具定位部件和刀具旋转部件；所述底座为圆形，在底座圆周罩有反应钟罩，底座的下部开有贯通底座的进、出气口，底座的侧面设有进、出水口；在底座中心开有通孔，驱动电机通过支架安装在底座下部；在底座上部中间位置设有工作台，工作台上设有与驱动电机通过转轴相连的刀具旋转部件，刀具旋转部件与刀具定位部件相连；刀具定位部件用于固定待加工刀具，刀具旋转部件用于带动刀具旋转工作；在工作台两侧均设有垂直于工作台并且与刀具定位部件相平行的钼片，在水平相对的两根钼片端部共同装夹有热丝，用于提供反应温度；工作台两侧的钼片分别通过导线与设置在底座底部的正电极以及负电极相连，使用时通过将正电极以及负电极与外部交流电源连接得电；

所述刀具定位部件包括刀具固定座和刀具固定柱，刀具固定座至少设有一个，在刀具固定座中间设有中空的刀具固定柱，刀具固定柱的侧壁开有若干个卡槽，在卡槽内设有弹簧卡爪，用于夹持刀具的刀柄；

所述弹簧卡爪为L形金属爪件，弹簧卡爪斜插入卡槽，弹簧卡爪上端和下端的弹簧分别固定在卡槽壁上；

所述刀具旋转部件包括若干个互相啮合的齿轮，齿轮的中心通过销轴安装在工作台底部；与齿轮的中心相连的销轴穿过工作台后与刀具固定座相连，从而使得刀具固定座能与齿轮同步旋转。

2.根据权利要求1所述的实现批量刀具自转的化学气相沉积设备，其特征在于：所述弹簧卡爪绕刀具固定柱环向均匀布置至少4个，各弹簧卡爪整体构成弹性夹紧部件。

3.根据权利要求1所述的实现批量刀具自转的化学气相沉积设备，其特征在于：齿轮的个数与刀具固定柱的个数相匹配。

4.根据权利要求1或3所述的实现批量刀具自转的化学气相沉积设备，其特征在于：所述齿轮包括一个主齿轮和若干个依次啮合的从动齿轮。

5.根据权利要求1所述的实现批量刀具自转的化学气相沉积设备，其特征在于：所述工作台采用铜台，所述热丝采用钽丝。

6.根据权利要求1所述的实现批量刀具自转的化学气相沉积设备，其特征在于：所述驱动电机采用带PLC控制器的交流电机。

7.根据权利要求1所述的实现批量刀具自转的化学气相沉积设备，其特征在于：出水口端部设有出水阀，出气口端部设有出气阀，进水口端部设有出水阀，进气口端部设有进气阀。

8.根据权利要求1所述的实现批量刀具自转的化学气相沉积设备，其特征在于：所述外部交流电源采用380V交流电源。

9.权利要求1所述的实现批量刀具自转的化学气相沉积设备的沉积方法，其特征在于，包括如下步骤：

1）在使用装置前，对装置做气密性检查；

将反应钟罩浸没在水中，关闭出水阀，从进水阀通入空气，观察水中是否有气泡产生，如果有气泡产生，则说明没有完全密封，检查后重新通过步骤（1）检查；如果没有气泡产生，则说明密封符合要求，检查结束后烘干底座；

2）装夹待处理刀具；

2-1）将待处理刀具刀柄朝下；

2-2）将刀柄插入刀具固定柱内，并用弹簧卡爪卡住刀柄；

3）通过PLC控制器启动驱动电机，并调整驱动电机的转速至0.1rpm；

4）驱动电机带动中间的主齿轮进行旋转，边上的从动齿轮同时进行旋转，从而带动刀具定位部件旋转；

5）给钽丝两端连接的钼片相应电极通上380V交流电源；

6）盖上反应钟罩，使得本装置处于密闭状态；

7）打开注水阀，同时打开出水阀，使得注水口注入预设的水量，此时不断循环，以保持水的流通；同时打开进气阀，注入氢气H₂和甲烷CH₄；装置开始正常工作；

8）保持步骤（7）的工作状态，经过3-12小时，关闭进气阀和进水阀，同时关闭驱动电机，整个过程结束。

10.根据权利要求9所述的实现批量刀具自转的化学气相沉积设备的沉积方法，其特征在于：

所述气相沉积为金刚石涂层沉积，沉积包括形核与生长两部分；

步骤（7）为形核阶段，注入氢气H₂和甲烷CH₄，采用的甲烷/氢气的流量为30/200-50/200sccm；，反应压力2000-4000Pa，偏流为1.2-4.0A；

步骤（8）为生长阶段，不同尺寸的刀具生长时间不同，采用的甲烷/氢气的流量是30/200 sccm -40/200sccm，反应压力3000-4000Pa，偏流1.2-2.0A。