本實用新型涉及化學氣相沉積金剛石涂層領域，具體涉及一種拉絲模模具內(nèi)孔制備金剛石涂層的裝置。

背景技術：

金剛石具有高強的硬度、耐磨性，高導熱率及化學穩(wěn)定性，被視為是切削工具和機械元件的理想涂覆材料，其中，拉絲工藝中，在拉絲模具內(nèi)沉積金剛石涂層可以提高拉絲模具的使用壽命是提高生產(chǎn)效率和降低生產(chǎn)成本。

生長金剛石涂層的方法很多，主要有熱絲化學氣相沉積法(HFCVD)、等離子化學氣相沉積法等。其中，HFCVD法以其設備較廉價、長膜易控制，生長速度較快而被廣泛運用。但目前HFCVD法在拉絲模具內(nèi)孔沉積金剛石薄膜時，為了增加薄膜的均勻性，多是將熱絲穿過拉絲模具的微細內(nèi)孔。但這樣對試樣的裝卡器提出較高要求，裝樣較費時，而且沉積完成后進行取樣時，必須折斷熱絲，造成了熱絲材料的浪費和成本提高。

技術實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本實用新型提供了一種拉絲模具內(nèi)孔制備金剛石涂層的裝置，采用該裝置可以避免熱絲穿過拉絲模的繁瑣步驟，可實現(xiàn)在拉絲模具內(nèi)孔沉積生長均勻的金剛石涂層。

本實用新型提供了一種拉絲模具內(nèi)孔制備金剛石涂層的裝置，所述裝置包括真空腔室，以及設置于真空腔室內(nèi)的樣品臺、熱絲和多個具有?？椎睦z模具，其中，所述樣品臺包括相對設置的第一端和第二端，所述拉絲模具間隔卡設在所述樣品臺的第一端上，所述樣品臺的第二端設有通孔，所述拉絲模具的?？着c所述通孔相連通；所述樣品臺的上方水平設置有熱絲，所述熱絲的兩端分別連接電極柱；

所述裝置還設有導流器，以及插入所述真空腔室內(nèi)的進氣管和排氣管，所述排氣管的出口與一泵相連；所述導流器包括腔體，所述導流器具有相對設置的第一端和第二端，所述第二端大于所述第一端的徑向尺寸；所述第一端連接有與所述腔體相連通的進氣管，所述第二端上設有多個與所述腔體連通的分流管；所述分流管的出口位于所述模孔的正上方。

其中，所述分流管的出口與所述拉絲模具的?？坠草S線。

其中，所述裝置還包括勻氣罩，所述勻氣罩位于所述樣品臺的通孔的下方；所述勻氣罩包括罩體，所述勻氣罩具有相對設置的第一端和第二端，所述勻氣罩的第一端連接有與所述罩體相連通的所述排氣管。

其中，所述勻氣罩的第一端的徑向尺寸小于或等于所述第二端的徑向尺寸。

其中，所述勻氣罩的第二端上設有多個勻氣支管，所述勻氣支管部分伸入所述樣品臺的通孔內(nèi)。

其中，所述樣品臺的第一端上設有與拉絲模具的外形匹配的凹槽，所述凹槽與所述通孔同軸。

其中，所述熱絲的一端固定在一電極柱上，所述熱絲的另一端繞接到另一電極柱后與一砝碼連接，所述砝碼通過一支撐板進行支撐，所述支撐板通過鉬螺釘固定在所述另一電極柱上。

其中，所述樣品臺由相對設置的兩根支撐柱進行支撐，所述支撐柱還用于對樣品臺的高度進行調(diào)節(jié)。

其中，所述熱絲距所述分流管的高度為45-65mm。

其中，所述熱絲距所述拉絲模具的高度為8-15mm。

本實用新型中的所述拉絲模具內(nèi)孔制備金剛石涂層的裝置，將熱絲放置在拉絲模具的上方加熱而非穿過拉絲模具的?？祝ㄟ^泵經(jīng)由進氣管、分流器、導流管來將沉積金剛石涂層的反應氣體經(jīng)熱絲離化產(chǎn)生的等離子團更多地引導進入拉絲模具的?？變?nèi)，并將反應后的氣體排出真空腔室內(nèi)，實現(xiàn)在拉絲模具的?？變?nèi)均勻沉積金剛石涂層，同時進入模孔內(nèi)的反應氣體氣流較快，實現(xiàn)快速、均勻地沉積涂層。該裝置可避免熱絲穿過拉絲模具的?？祝喕搜b樣難度，在涂層沉積完成后取模具時也無需折斷熱絲，可以實現(xiàn)熱絲的多次利用，提高了生產(chǎn)效率、降低了生產(chǎn)成本。

本實用新型實施例的優(yōu)點將會在下面的說明書中部分闡明，一部分根據(jù)說明書是顯而易見的，或者可以通過本實用新型實施例的實施而獲知。

附圖說明

圖1為本實用新型實施例中拉絲模具內(nèi)孔制備金剛石涂層的裝置的結構示意圖；

圖2為本實用新型實施例中模具的結構示意圖；

圖3為本實用新型實施例中樣品臺的結構示意圖；

圖4為本實用新型實施例中勻氣罩的結構示意圖。

本申請中主要部件的標號如下：真空腔室100，樣品臺1，拉絲模具2，熱絲3，電極柱4，支撐柱5，進氣管6，導流器7，分流管8，勻氣罩9，排氣管10，樣品臺的凹槽11、通孔12，?？?1，砝碼41，支撐板42。

具體實施方式

下面將結合本實用新型實施方式中的附圖，對本實用新型實施方式中的技術方案進行清楚、完整地描述。

請一并參閱圖1-圖4，為本實用新型優(yōu)選實施例提供的一種拉絲模具內(nèi)孔制備金剛石涂層的裝置的結構示意圖。所述裝置包括真空腔室100，以及設置于真空腔室100內(nèi)的樣品臺1、拉絲模具2、熱絲3。

所述樣品臺1的上方水平設置有熱絲3，所述熱絲3的兩端分別連接電極柱4。所述熱絲的兩端分別連接電極柱，實現(xiàn)熱絲的支撐，并為熱絲提供電壓電流以使熱絲發(fā)熱，完成對進入真空腔室內(nèi)的氣體的熱離化。

所述熱絲模具2包括貫通的?？?1和模具基底，所述模孔21為拉絲領域內(nèi)的常規(guī)形狀，例如由上至下可以包括入口區(qū)、工作區(qū)、定徑區(qū)、出口區(qū)等。

一個樣品臺1上可以裝載多個熱絲模具2，多個拉絲模具可以間隔卡設在樣品臺上。具體地，請參見圖2-3，所述樣品臺1包括相對設置的第一端101和第二端102，所述拉絲模具2卡設在所述樣品臺1的第一端101上，所述樣品臺的第一端101上設有與拉絲模具的外形相匹配的多個凹槽11，所述凹槽11間隔設置，以供多個拉絲模具2卡設在樣品臺上，使拉絲模具露出于樣品臺表面。凹槽11未貫通樣品臺的第二端102。

所述樣品臺的第二端102設有通孔12，所述通孔12將樣品臺的第二端102貫通，并與所述凹槽11實現(xiàn)連通，通孔12也與所述拉絲模具的模孔21相連通。凹槽11與所述通孔12同軸。進一步地，通孔12與所述模孔21的出口區(qū)的徑向尺寸相等。通過這樣獨特結構的樣品臺1，多個拉絲模具可以直接安放在樣品臺1上，而不需采用其他夾具，實現(xiàn)多個拉絲模具同時沉積金剛石涂層，提高了生長效率，降低了生產(chǎn)成本。

進一步地，所述樣品臺1由相對設置的兩根支撐柱5進行支撐，所述支撐柱5可以在豎直方向上對樣品臺1進行上下調(diào)節(jié)，從而其與熱絲之間距離的調(diào)整。樣品臺1的材質(zhì)可以為石墨或銅。

所述裝置還包括插入至真空腔室100內(nèi)的進氣管6，所述進氣管6的出口與一導流器7相連接。進氣管6的入口與沉積金剛石涂層所需要的氣源(如氫氣、甲烷)進行連接。所述導流器7包括一允許氣體通過的腔體，所述導流器7具有相對設置的第一端701和第二端702，所述第二端702的徑向尺寸大于所述第一端701的徑向尺寸；所述第一端701與所述進氣管6連接，以實現(xiàn)所述腔體與進氣管6的連通，所述第二端702上設有多個與所述腔體連通的分流管8；所述分流管8的出口位于所述拉絲模具的?？?1的正上方。

導流器7可以為喇叭口狀，蓮蓬狀(花灑狀)，只要呈“上小下大”型即可。導流器7的材質(zhì)可以為不銹鋼。進氣管6與導流器7可以是螺紋連接，并封死間隙，保證進氣的定向引導。導流器7與分流管8一體成型，可以在導流器7上采用沖壓技術形成。

在正對每個拉絲模具2的上方(?？?1的上方)，均對應有一個分流管8，即，每個拉絲模具的?？?1均與一個分流管8的出口對應。分流管8的數(shù)目等于樣品臺1上放置的拉絲模具2的數(shù)目。其中，所述分流管8的出口與所述拉絲模具的?？?1共軸線。所述分流管8可以呈柱狀(圓筒、棱柱)、錐狀、圓臺狀。所述分流管8的出口優(yōu)選為等于所述?？?1的入口區(qū)的徑向尺寸。

樣品臺的凹槽11、通孔12以及拉絲模具的模孔21、分流管8均共軸，這樣可以保證反應氣體平穩(wěn)有序地進入拉絲模具的模孔21內(nèi)，避免浪費。

其中，所述熱絲3距所述拉絲模具2的高度為8-15mm。

其中，所述熱絲3距所述分流管8的高度為45-65mm。

所述熱絲3水平放置在拉絲模具2的上方，其中熱絲3的一端固定在電極柱4上(可以通過鉬螺釘43直接固定)，另一端繞接到另一電極柱4后與一砝碼41(也可以將其替換為高溫彈簧)連接，所述砝碼通過一支撐板41進行支撐，所述支撐板42通過鉬螺釘固定在所述另一電極柱4上。熱絲一端上連接有砝碼，可以通過砝碼的重力來抵消熱絲受熱膨脹引起的長度變化，保證熱絲的平整性，保持沉積涂層時整個熱場的穩(wěn)定性。當需要實現(xiàn)多絲-多模具同時沉積金剛石涂層時，只需在相對設置的兩電極柱上加裝一熱絲固定桿，以實現(xiàn)多條熱絲在拉絲模具2上面的設置。

所述裝置還包括勻氣罩9和排氣管10，兩者可以是螺紋連接。所述真空腔室100的頂部開設有進氣口，底部開設有抽氣口(圖未示)。所述進氣管6通過所述進氣口插入所述真空腔室100內(nèi)；所述排氣管10通過所述抽氣口插入所述真空腔室100內(nèi)。所述排氣管10的出口與一泵(圖未示)相連。可以將真空腔室內(nèi)100的氣體抽出，保證真空腔室內(nèi)氣體的實時更新。

所述勻氣罩9包括罩體，所述勻氣罩具有相對設置的第一端901和第二端902，所述勻氣罩的第一端901與所述排氣管10連接，以實現(xiàn)罩體與排氣管10的連通；所述勻氣罩9位于所述樣品臺1的下方，與樣品臺的通孔12相對應。勻氣罩9可以將所述樣品臺的通孔12(拉絲模具的模孔的出口)容置于所述勻氣罩9的罩體內(nèi)。所述勻氣罩的第二端902優(yōu)選為緊靠所述樣品臺的通孔12。

勻氣罩9的設置可以使經(jīng)熱絲加熱后形成的等離子團引導至模孔21下部的工作區(qū)、定徑區(qū)，保證整個?？?1內(nèi)均可均勻沉積金剛石。在泵的作用下，勻氣罩9還可將流過拉絲模具的模孔21后的氣體迅速高效地被抽至真空腔室100外，保證整個真空腔室內(nèi)氣體的實時更新。

所述勻氣罩9可以為喇叭口狀、碗狀、柱狀等。所述勻氣罩9的第一端901的徑向尺寸小于或等于所述第二端902的徑向尺寸。其中，當所述勻氣罩9為喇叭口狀、碗狀時，其第一端901的徑向尺寸小于所述第二端902的徑向尺寸(如圖4所示)。勻氣罩9的第一端901為完全開口結構，其徑向尺寸與排氣管10的尺寸相等。

在本實用新型的其他實施方式中，所述勻氣罩9的第二端902上設有多個與所述罩體相連通的勻氣支管，所述勻氣支管位于所述樣品臺通孔12的正下方(此時勻氣罩9與上述導流器7的結構類似，勻氣支管類似分流管8，這里就不再示出)，或者是所述勻氣支管部分伸入所述樣品臺通孔12內(nèi)。其中，所述勻氣支管與所述拉絲模具2的?？坠草S。勻氣支管的設置可以減少與排氣管10連接的泵做無用功，針對性地抽出流過?？?1后的氣體。

本實用新型中，將熱絲3放置在拉絲模具2的上方加熱，并將沉積金剛石涂層時所需的反應氣體經(jīng)熱絲離化產(chǎn)生的等離子團通過進氣管6、分流器7、導流管8更多地定向引導至拉絲模具2的模孔21內(nèi)，并將反應后的氣體通過排氣管10排出真空腔室，實現(xiàn)在拉絲模具的?？變?nèi)均勻沉積金剛石涂層；同時進入模孔內(nèi)的氣流較快，實現(xiàn)快速、均勻地沉積涂層。采用該裝置可以避免將熱絲3穿過拉絲模具2的?？?1，簡化了裝樣難度，有效防止熱絲下垂、抖動而損壞模塊表面，提高模孔內(nèi)沉積的成功率；在涂層沉積完成后取模具時也無需折斷熱絲，可以實現(xiàn)熱絲的多次利用，提高了生產(chǎn)效率、降低了生產(chǎn)成本。

當采用本實用新型的拉絲模具內(nèi)孔制備金剛石涂層的裝置來進行生長金剛石涂層時，首先，對真空腔室進行抽真空并降低樣品臺(碳化處理時也可以不在樣品臺中放入拉絲模具)，當真空度達到0.1Pa左右，首先向真空腔室通入一定比例的甲烷與氫氣，對熱絲進行碳化處理，以在熱絲上包裹一層碳化物，防止在鍍膜過程中熱絲揮發(fā)影響到涂層質(zhì)量。其中，碳化工藝如下：甲烷體積含量為2％，加載在熱絲兩端的電流為165A(由外部電源器通過熱絲兩端的電極柱)，使腔室內(nèi)氣壓保持為4KPa，碳化時間為1小時。熱絲在電壓電流下發(fā)熱離化甲烷與氫氣，產(chǎn)生活性等離子團。

待碳化完成后，在樣品臺上裝上拉絲模具，調(diào)整熱絲與拉絲模具、分流管的距離至合適距離，變更甲烷的體積含量為4％，以及保證腔室內(nèi)氣壓為2KPa。甲烷與氫氣的混合氣流由進氣管1進入到導流器7中，再由導流器7中的分流管8引導至熱絲周圍，熱絲周圍形成的等離子團在與排氣管10相連接的泵的作用下，引導至拉絲模具的?？變?nèi)，完成對拉絲模具的?？變?nèi)金剛石涂層的沉積生長。

以上所述是本實用新型的優(yōu)選實施方式，但并不能因此而理解為對本實用新型專利范圍的限制。應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也視為本實用新型的保護范圍。