專利名稱：一種光纖式薄膜沉積溫度的測(cè)量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于金剛石涂層技術(shù)領(lǐng)域，特別是提供了一種對(duì)直流電弧等離子體金剛石化學(xué)氣相沉積過(guò)程中沉積溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量的光纖式沉積溫度的測(cè)量裝置，利用它可在對(duì)硬質(zhì)合金工具表面涂敷金剛石涂層時(shí)對(duì)被涂層的硬質(zhì)合金工具的沉積溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)，并使得對(duì)于其沉積溫度的控制成為可能。
背景技術(shù)：
以化學(xué)氣相沉積法(CVD)制備的金剛石涂層具有許多獨(dú)特的特性，如極高的硬度和抗磨損能力、低的摩擦系數(shù)、高的熱導(dǎo)率和化學(xué)穩(wěn)定性等。將金剛石作為保護(hù)涂層制成的硬質(zhì)合金金剛石涂層工具兼?zhèn)淞私饎偸母哂捕群陀操|(zhì)合金的高韌性，是加工技術(shù)領(lǐng)域急需的工具品種。在對(duì)大量的硬質(zhì)合金工具進(jìn)行金剛石涂層時(shí)，可以采用各種各樣的CVD方法，其中一種高效率的方法是直流電弧等離子體CVD法(中國(guó)專利ZL 20041 0101845. 6，授權(quán)公告日2007年9月5日)。如圖1所示，在直流電弧等離子體CVD金剛石涂層設(shè)備中，陰極1、陽(yáng)極8之間將產(chǎn)生一拉長(zhǎng)的電弧弧柱9，它將激發(fā)由氫氣、甲烷以及氬氣等組成的工作氣體。被涂層的硬質(zhì)合金工具可順序被安放于圍繞直流電弧弧柱9的制品架10上。在電弧弧柱9的周圍安裝有兩只電弧磁場(chǎng)聚焦線圈12、13，由它們提供的軸向強(qiáng)磁場(chǎng)對(duì)電弧弧柱9形成了約束作用， 這使電弧弧柱被保持在金剛石涂層設(shè)備的軸線位置上，為工件金剛石涂層提供均勻的溫度場(chǎng)。由于上述直流電弧等離子體CVD金剛石涂層裝置可以在相距較遠(yuǎn)的陰陽(yáng)兩極之間產(chǎn)生一拉長(zhǎng)的電弧弧柱，而被涂層的大量硬質(zhì)合金工具可被安置在電弧弧柱的周圍。拉長(zhǎng)的電弧弧柱提供了一很大的等離子體面積，因而利用它可同時(shí)對(duì)大量的硬質(zhì)合金工具實(shí)現(xiàn)金剛石涂層，即使用上述的方法對(duì)大量硬質(zhì)合金工具進(jìn)行金剛石涂層的沉積有著很大的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。在對(duì)硬質(zhì)合金工具進(jìn)行金剛石涂層時(shí)，最佳的涂層沉積溫度應(yīng)保持在830-870°C 這樣一個(gè)很小的范圍內(nèi)。沉積溫度過(guò)低，金剛石涂層的質(zhì)量會(huì)較差，涂層中積聚的內(nèi)應(yīng)力也會(huì)較大。此時(shí)，金剛石涂層的耐磨性不好，它對(duì)硬質(zhì)合金工具的附著力也較低。沉積溫度過(guò)高，硬質(zhì)合金工具中含有的鈷元素會(huì)大量地?cái)U(kuò)散至工具的表面，這會(huì)使金剛石涂層與硬質(zhì)合金工具之間的界面上形成一層石墨結(jié)構(gòu)的碳。此時(shí)，金剛石涂層的附著力也將會(huì)大大降低。因?yàn)檫@一原因，直流電弧弧柱對(duì)于整個(gè)CVD裝置中心軸線的對(duì)稱性以及它所決定的溫度分布，將直接決定大量硬質(zhì)合金工具金剛石涂層質(zhì)量的高低。從這一意義上來(lái)講，金剛石涂層沉積過(guò)程中沉積溫度的測(cè)量與控制，尤其是對(duì)電弧弧柱周圍溫度分布的測(cè)量與調(diào)整， 在很大程度上決定著使用直流電弧等離子體CVD方法進(jìn)行硬質(zhì)合金工具金剛石涂層的可行性。原則上講，電弧弧柱9對(duì)整個(gè)設(shè)備軸線的對(duì)稱性一方面需要由設(shè)備的制造過(guò)程予以保證，另一方面也可以依靠調(diào)整磁場(chǎng)聚焦線圈12、13的位置來(lái)得到調(diào)整。但即使上述設(shè)備的對(duì)稱性很好，在實(shí)際進(jìn)行金剛石涂層時(shí)，涂層沉積溫度的測(cè)量、其電弧位置對(duì)稱性的控制與保持仍然是一個(gè)需要認(rèn)真對(duì)待的問(wèn)題。這是因?yàn)?，一方面，在硬質(zhì)合金工具的金剛石涂層過(guò)程中，工具所處的沉積溫度是一個(gè)極為重要的工藝參量。另一方面，設(shè)備中電弧的位置以及它造成的實(shí)際溫度分布總會(huì)出現(xiàn)一定的偏差。在硬質(zhì)合金工具金剛石涂層技術(shù)發(fā)展的早期，并沒有人過(guò)多地關(guān)注金剛石涂層沉積溫度的測(cè)量和控制問(wèn)題。這是因?yàn)?，在多?shù)情況下，所使用的金剛石涂層設(shè)備只允許對(duì)數(shù)量很少的工具同時(shí)進(jìn)行金剛石涂層。在這種時(shí)候，總可以摸索到一個(gè)合適的條件，使工具的金剛石涂層沉積溫度處在所需要的范圍內(nèi)。但在使用直流電弧等離子體CVD設(shè)備對(duì)數(shù)量極大的硬質(zhì)合金工具進(jìn)行金剛石涂層的情況下，極需要同時(shí)測(cè)量出直流電弧等離子體CVD設(shè)備中溫度的實(shí)際分布，并依據(jù)實(shí)時(shí)的沉積溫度分布的不均勻性做出及時(shí)的調(diào)整。否則，大量硬質(zhì)合金工具就可能因沉積溫度不能得到控制而報(bào)廢。因此，在直流電弧等離子體CVD金剛石涂層技術(shù)中，工具沉積溫度及其分布的準(zhǔn)確、及時(shí)的測(cè)量以及它的控制和調(diào)整就顯得極為重要了。在工業(yè)領(lǐng)域中，獲得廣泛應(yīng)用的溫度測(cè)量方法主要有熱電偶的方法和光學(xué)的方法兩種。專利文獻(xiàn)ZL200620023059. 3 (授權(quán)公告日2007年8月8日)提出了一種以很高的對(duì)稱性焊接在一起的由異類金屬導(dǎo)體組成的多點(diǎn)測(cè)溫裝置。這一裝置從原理上講屬于一種熱電偶式的裝置。借助于多個(gè)這樣的測(cè)量裝置，即可實(shí)時(shí)地測(cè)量出CVD裝置中的實(shí)際溫度分布。但是，在使用這一裝置進(jìn)行沉積溫度的測(cè)量時(shí)，常會(huì)遇到直流電弧引燃裝置的高頻信號(hào)會(huì)對(duì)溫度測(cè)量過(guò)程造成干擾、嚴(yán)重時(shí)甚至造成整個(gè)金剛石沉積系統(tǒng)的電氣控制系統(tǒng)燒毀的情況發(fā)生。
發(fā)明內(nèi)容為了解決上述問(wèn)題，本實(shí)用新型的目的在于提供一種可被用于直流電弧等離子體 CVD裝置中進(jìn)行金剛石涂層過(guò)程中沉積溫度測(cè)量，并可有效地提高整個(gè)直流電弧等離子體 CVD裝置的可控制性的光纖式沉積溫度的測(cè)量裝置。本實(shí)用新型的技術(shù)方案是一種光纖式薄膜沉積溫度的測(cè)量裝置，該裝置包括在拉長(zhǎng)的直流電弧弧柱的周圍設(shè)置有金屬圓環(huán)、模擬工件、光學(xué)透鏡裝置和光纖測(cè)溫儀；其中，所述金屬圓環(huán)的內(nèi)孔部位均勻分布安裝有多個(gè)所述模擬工件，在遠(yuǎn)離所述直流電弧弧柱的圓周位置處，安裝有與所述模擬工件相對(duì)應(yīng)的用于接收光信號(hào)的光學(xué)透鏡裝置，所述光學(xué)透鏡裝置通過(guò)光纖與設(shè)置在真空室外的所述光纖測(cè)溫儀連接。在上述結(jié)構(gòu)中，光學(xué)透鏡裝置的作用是在遠(yuǎn)離電弧弧柱、而溫度較低的位置處，將被直流電弧弧柱所加熱至較高溫度的模擬工件發(fā)出的光信號(hào)收集和成象在其后的光纖的端部上，將這些光信號(hào)經(jīng)過(guò)光纖傳遞給光纖測(cè)溫儀的光電信號(hào)接收器，即可測(cè)量出所須測(cè)量的工件金剛石涂層沉積溫度的分布，在測(cè)量了上述的模擬工件的溫度之后，即可獲知CVD 裝置中的溫度分布，因而也就可以按照需要移動(dòng)CVD裝置的磁場(chǎng)聚焦線圈，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)于模擬工件、也就是實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)的大量欲金剛石涂層的工件的沉積溫度分布的調(diào)整。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于利用多路光纖測(cè)溫的方法，可實(shí)現(xiàn)對(duì)于直流電弧等離子體CVD裝置中對(duì)稱安置的模擬工件在直流電弧弧柱影響下的金剛石涂層工件沉積溫度和其分布的測(cè)量。這種方法可以避免使用熱電偶類型的測(cè)溫裝置時(shí)會(huì)引起的直流電弧引燃裝置的高頻信號(hào)會(huì)對(duì)溫度測(cè)量過(guò)程造成干擾、嚴(yán)重時(shí)甚至造成整個(gè)金剛石沉積系統(tǒng)的電氣控制系統(tǒng)燒毀的情況發(fā)生的缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)于直流電弧等離子體CVD金剛石涂層時(shí)的沉積溫度的測(cè)量和調(diào)控。
圖1是原有的直流電弧等離子體CVD金剛石涂層裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本實(shí)用新型被安裝在直流電弧等離子體CVD金剛石涂層沉積裝置中時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1.陰極部分，2.真空室，3.排氣系統(tǒng)，4.壓力測(cè)控裝置，5.電源，6.陰極桿，7.陰極體，8.陽(yáng)極，9.直流電弧弧柱，10.制品架，11.電源，12.磁場(chǎng)線圈，13.磁場(chǎng)線圈，14 .金屬圓環(huán)，15.模擬工件，16.光學(xué)透鏡裝置，17.光纖，18.光纖測(cè)溫儀。
具體實(shí)施方式
下面，結(jié)合實(shí)施例對(duì)本申請(qǐng)的技術(shù)方案進(jìn)行簡(jiǎn)要的說(shuō)明。實(shí)施例1將欲涂敷金剛石涂層的制品安置于圖2裝置的制品架10上，采用表1列出的工藝條件對(duì)其進(jìn)行金剛石涂層表1金剛石涂層的工藝條件
權(quán)利要求1. 一種光纖式薄膜沉積溫度的測(cè)量裝置，該裝置包括在拉長(zhǎng)的直流電弧弧柱(9)的周圍設(shè)置有金屬圓環(huán)(9)、模擬工件(15)、光學(xué)透鏡裝置(16)和光纖測(cè)溫儀(18)；其特征在于，所述金屬圓環(huán)(9)的內(nèi)孔部位均勻分布安裝有多個(gè)所述模擬工件(15)，在遠(yuǎn)離所述直流電弧弧柱(9)的圓周位置處，安裝有與所述模擬工件(15)相對(duì)應(yīng)的用于接收光信號(hào)的光學(xué)透鏡裝置(16 )，所述光學(xué)透鏡裝置(16 )通過(guò)光纖(7 )與設(shè)置在真空室(2 )外的所述光纖測(cè)溫儀(18)連接。
專利摘要本實(shí)用新型為一種應(yīng)用于直流電弧等離子體化學(xué)氣相沉積法金剛石涂層過(guò)程的沉積溫度的光纖測(cè)量裝置。該裝置由金屬圓環(huán)、模擬工件、光學(xué)透鏡裝置、光纖、光纖測(cè)溫儀等部件所組成；均勻分布地安裝在電弧弧柱周圍的模擬工件將感應(yīng)出電弧造成的沉積溫度分布；在遠(yuǎn)離電弧弧柱、處于低溫區(qū)域的光學(xué)透鏡裝置將模擬工件溫度的光學(xué)信號(hào)傳遞至光纖端部，然后這些光纖送至CVD沉積室外，再經(jīng)過(guò)光纖測(cè)溫儀的接收器接收后轉(zhuǎn)換為沉積溫度的分布信息。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于它可以避免熱電偶式的測(cè)溫方法容易受到直流電弧高頻引燃裝置干擾和損壞的問(wèn)題，方便地在直流電弧等離子體化學(xué)氣相沉積裝置中收集溫度分布的信息。
文檔編號(hào)G01K11/32GK202126316SQ20112016981
公開日2012年1月25日 申請(qǐng)日期2011年5月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月24日
發(fā)明者于盛旺, 呂反修, 唐偉忠, 黑鴻君 申請(qǐng)人:北京科技大學(xué)