等离子体化学气相沉积法金刚石涂层的温度测量装置制造方法及图纸

一种等离子体化学气相沉积法金刚石涂层的温度测量装置，属于金刚石涂层技术领域。包括：阴极部分、真空室、真空泵系统、压力测控装置、电源、阴极杆、阴极体、阳极、直流电弧弧柱、制品架、磁场线圈。在拉长的直流电弧弧柱（９）的周围装置有一金属圆环（１４），金属圆环（１４）和其上焊接的异类金属导体（１５）都具有较大的热容量；在圆周方向上，金属圆环（１４）和其上的异类导体（１５）间隔９０度设置，保证其对设备几何中心的高度对称性。本实用新型专利技术的优点在于：利用结构上高度对称、同时又有较大的热容量的组合式温度测量装置，可克服使用直流电弧等离子体化学气相沉积装置对大量工件进行金刚石涂层时，涂层的沉积温度难于测量的技术难题。（*该技术在2016年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于金刚石涂层
，特别是提供了一种利用直流电弧等离子体化学气相沉积法进行金刚石涂层时的温度测量装置，利用它可在对硬质合金工具表面涂敷金刚石涂层时测量涂层沉积温度，并使得沉积温度的控制成为可能。
技术介绍
以化学气相沉积(CVD)方法制备的金刚石涂层具有许多独特的特性，如高硬度、高弹性模量、低摩擦系数、高热导率、宽光学透过波段、高介电性能、高化学惰性等，是一种极为优异的多功能材料，在国民经济的各个领域中有着广泛的应用前景。将金刚石作为涂层制成的硬质合金金刚石涂层工具兼备了金刚石的高硬度以及硬质合金的高韧性，是加工
急需的工具品种。对硬质合金工具进行金刚石涂层时，可以采用各种CVD方法，其中一种有效的方法即是所谓的直流电弧等离子体CVD方法(中国专利公开号CN 1632166A，专利申请号200410101845.6)。如图1所示，直流电弧等离子体CVD金刚石涂层技术可以在相距较远的阴阳两极之间产生一拉长的电弧弧柱，而被涂层的制品被放置在电弧弧柱的周围。拉长的电弧弧柱大大增加了等离子体的有效面积，可同时对大量的硬质合金工具进行金刚石涂层处理，因而具有明显的技术优势。如图1所示，在直流电弧等离子体CVD金刚石涂层设备中，阴极1、阳极8之间将产生一拉长的电弧弧柱9，它将激发由氢气、甲烷以及氩气等组成的工作气体。被涂层的硬质合金工具可顺序安放于围绕直流电弧弧柱9的制品架10上。在电弧弧柱9的周围同轴安置有两只电弧聚焦磁场线圈12、13，由它们提供的轴向强磁场对电弧弧柱9形成约束作用，使其保持于直流电弧等离子体CVD金刚石涂层设备的轴线位置上。原则上讲，电弧弧柱9对整个设备轴线的对称性一方面需要由设备的制造过程来保证，另一方面，也可以依靠调整聚焦磁场线圈12、13的位置来调整。但在实际进行金刚石涂层时，涂层沉积温度的测量以及控制仍然是一个需要认真解决的问题。这是因为，一方面，设备中电弧的位置以及它造成的实际温度分布并不会是严格对称的。另一方面，在硬质合金工具的金刚石涂层过程中，工具表面的温度是一个极为重要的工艺参量。据估计，最佳的硬质合金金刚石涂层的沉积温度区间只有830-870℃很小的一个范围。沉积温度过低，金刚石涂层的质量会较差，涂层中积聚的内应力也会较大。此时，金刚石涂层的耐磨性不好，它对硬质合金工具的附着力也较低；沉积温度过高，硬质合金工具中含有的钴元素会大量地扩散至工具的表面，这会使金刚石涂层与硬质合金工具之间的界面上形成一层无定形结构的碳。此时，金刚石涂层的附着力也会大大降低。直流电弧等离子体CVD设备利用了在一维方向上拉长的电弧弧柱作为工作气体的唯一激发手段。此时，电弧弧柱对于整个设备的几何中心的对称性以及它所决定的温度分布，将直接决定大量的硬质合金工具金刚石涂层质量的高低。从这一意义上来讲，金刚石涂层沉积过程中沉积温度的测量与控制，尤其是对电弧弧柱周围温度分布的测量与调整，在很大程度上决定着使用直流电弧等离子体CVD方法进行硬质合金工具金刚石涂层的成败。在硬质合金工具金刚石涂层技术发展的早期，并没有人过多地关注金刚石涂层沉积温度的测量和控制问题。这是因为，在多数情况下，所使用的金刚石涂层设备只允许对数量很少的工具同时进行金刚石涂层。在这种时候，总可以摸索到一个合适的条件，使工具的金刚石涂层沉积温度处在所需要的范围内。但在使用直流电弧等离子体CVD设备进行金刚石涂层的情况下，同时要对数量很大的硬质合金工具进行金刚石涂层处理，尤其是需要同时测量出直流电弧等离子体CVD设备中温度的实际分布，并依据实时的沉积温度分布的不均匀性做出及时的调整。此时，沉积温度及其分布的准确、及时测量以及沉积温度分布的控制和调整就显得尤为重要了。在工业领域中，获得广泛应用的温度测量方法主要有热电偶的方法和光学的方法两种。对直流电弧等离子体CVD设备中涂层沉积温度的测量不能够采用普通的热电偶方法。这是因为，在金刚石涂层沉积的CVD环境中，沉积温度的高低并不是设备运行过程中的一个局部特征，而是由相应地点处氢原子在受热表面上的复合过程中所释放出来的化学热所决定的。受热表面的面积越大，受热体的热容量越小，则测量出来的温度就会越高。普通热电偶的尺寸和热容量都很小，而其外形的不一致性也很大。这样，尺寸很小的热电偶会因为其表面不断接受大量的氢原子而显现出很大的温度波动，而其外形的不一致性也会使得同时使用多个热电偶的时候，并不能准确地测量出整个CVD设备中的沉积温度分布。对直流电弧等离子体CVD设备中工具沉积温度的测量也不能够采用普通的光学方法。这是因为，直流电弧等离子体CVD设备中将产生很强的电弧弧光，它会严重干扰任何光学测温技术的实际应用。为此，本申请提出了一种针对使用直流电弧等离子体CVD设备进行金刚石涂层沉积温度的实用的测温方法。这种方法对普通的热电偶测温方法进行了较大的改进，这使它可以被方便地应用于直流电弧等离子体CVD设备中对于涂层沉积温度的测量和控制。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供了一种利用直流电弧等离子体化学气相沉积法进行金刚石涂层时的温度测量装置。它可有效地提高整个直流电弧等离子体化学气相沉积装置的可控制性。如图1、图2所示，本专利技术包括阴极部分1、真空室2、真空泵系统3、压力测控装置4、电源5、11、阴极杆6、阴极体7、阳极8、直流电弧弧柱9、制品架10、磁场线圈12、13。在拉长的直流电弧弧柱9的周围装置有一金属圆环14。在金属圆环的内孔部位的16、17、18、19处焊接有四个异类金属制成的导体15。金属圆环14和其上焊接的异类金属导体15都具有较大的热容量；在圆周方向上，金属圆环14和其上的异类导体15间隔90度设置，保证其对设备几何中心的高度对称性。在上述结构中，金属圆环14实际上起到了感知电弧9对于设备几何中心的对称性的作用，而金属圆环14和其上焊接的多个异类金属导体15实际上起到了多点分布的热电偶的作用。在电弧弧柱9存在的情况下，圆环14的内孔边缘将感应出相应的温度分布，它直接对应于电弧弧柱9在设备中的对中性。同时，在每个金属导体以及金属圆环之间，将感生出相应的热电势。金属圆环的较大的热容量以及圆环的高度对称性保证了测量出的温度分布正确地反映了电弧弧柱对于设备几何中心的对称性。在测量上述热电势的基础上，利用电弧聚焦磁场线圈(图1中的12、13)的平移运动，即可实现金刚石涂层沉积温度的控制与调整。例如，当图2中的直流电弧弧柱9偏离设备的几何中心时，在金属圆环的16、17、18、19点处将感生出不同的温度。在图2所示的情况下，电弧弧柱偏向了上方，因而17点处的温度将高于16、18、19点，特别是要高于19点的温度。测量出20、21、22、23点之间的热电势，即测量出了16、17、1 8、19点的温度，也即测量出了电弧弧柱的偏移方向。在此温度测量的基础上，利用机械的或是人工的方式，有目的地移动电弧聚焦线圈(图1中12、13)的位置，使电弧弧柱移向19点，即可实时地调整电弧弧柱的位置以及电弧周围的沉积温度分布。在直流电弧等离子体化学气相沉积装置中，可以安置两个或多个这样的温度测量装置，从而可实时地测量出CVD装置中沿电弧长度方向的整个温度分布。图2中的金属圆环14可采用任何耐高温的金属材本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种等离子体化学气相沉积法金刚石涂层的温度测量装置，包括：阴极部分、真空室、真空泵系统、压力测控装置、电源、阴极杆、阴极体、阳极、直流电弧弧柱、制品架、磁场线圈；其特征在于：在拉长的直流电弧弧柱（９）的周围装置有一金属圆环（１４），在金属圆环的内孔部位（１６、１７、１８、１９）处焊接有四个异类金属制成的导体（１５），在圆周方向上，金属圆环（１４）和其上的异类导体（１５）间隔９０度设置。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：唐伟忠，孟宪明，黑立富，李成明，陈广超，宋建华，吕反修，佟玉梅，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：实用新型
国别省市：11[中国|北京]