本發(fā)明涉及熱絲法化學(xué)氣相沉積，具體是用于制備高硬度金剛石切削刀具的hfcvd設(shè)備及其工藝方法。

背景技術(shù)：

1、目前，以硬質(zhì)合金材料為主的整體式旋轉(zhuǎn)刀具如麻花鉆、立銑刀等復(fù)雜形狀刀具使用量大面廣，而這些刀具在高速切削加工硬度較高的材料時刀具磨損嚴(yán)重，加工精度及表面質(zhì)量難以保證，因此，需在刀具表面鍍上一層金剛石薄膜，以提高刀具的切削性能。

2、熱絲法化學(xué)氣相沉積(簡稱hfcv)具有成本低、設(shè)備簡單、工藝穩(wěn)定、適用于復(fù)雜形狀及大面積沉積的優(yōu)點，是最適用于金剛石薄膜涂層刀具產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的方法，目前國內(nèi)外hfcvd金剛石薄膜涂層復(fù)雜形狀鉆頭和銑刀正在產(chǎn)業(yè)化過程中；在采用hfcvd方法對鉆頭或銑刀的刀刃部分進行金剛石薄膜沉積時，沉積區(qū)域(刀刃區(qū)域，基體)的表面溫度數(shù)值、溫度場及反應(yīng)基團密度場分布均勻性對薄膜質(zhì)量及均勻性有著很大的影響。

3、用于沉積hfcvd金剛石薄膜的適宜的基體溫度區(qū)間約為500-1000℃，最適宜區(qū)間約為700-900℃；超出適宜區(qū)間的基體溫度難以保證金剛石薄膜的連續(xù)高效生長，在該區(qū)間內(nèi)，基體溫度越高，金剛石薄膜沉積速率越快，但薄膜內(nèi)應(yīng)力會增加，膜基結(jié)合強度下降，反之，基體溫度越低，金剛石薄膜沉積速率越慢，薄膜內(nèi)應(yīng)力較小，膜基結(jié)合強度及薄膜質(zhì)量較高。

4、但目前市售的hfcvd設(shè)備在使用過程中，刀具和熱絲之間大多是相對靜止的，導(dǎo)致刀具靠近熱絲處的部位的溫度較高，刀具基體表面溫度場分布不夠均勻，導(dǎo)致金剛石薄膜涂層在刀具表面的厚度分布不均，有待改進。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供用于制備高硬度金剛石切削刀具的hfcvd設(shè)備及其工藝方法，以解決上述背景技術(shù)中提出的問題。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

3、一方面，本發(fā)明提供了一種用于制備高硬度金剛石切削刀具的hfcvd設(shè)備，包括反應(yīng)容器，所述反應(yīng)容器包括固定安裝在機架上的底座，所述底座的頂部可拆卸的密封連接有筒體，所述筒體的頂部可拆卸的密封連接有頂蓋，所述底座上貫穿安裝有抽氣管，所述筒體的外壁固定穿設(shè)有送氣管，所述筒體內(nèi)設(shè)置有可升降的水冷工作臺，所述水冷工作臺上設(shè)置有若干個轉(zhuǎn)軸，所述轉(zhuǎn)軸的頂端開設(shè)有用于安裝刀具的插孔，所述底座內(nèi)固定安裝有熱絲支架，所述熱絲支架上安裝有多個熱絲。

4、作為本發(fā)明進一步的方案：所述熱絲沿?zé)峤z支架的長度方向等距分布，且若干個熱絲相互平行，每兩個相鄰的熱絲之間均分布有多個轉(zhuǎn)軸。

5、作為本發(fā)明進一步的方案：所述底座的底部固定密封穿設(shè)有導(dǎo)管，所述導(dǎo)管內(nèi)可活動的密封穿設(shè)有內(nèi)桿，所述水冷工作臺固定安裝在內(nèi)桿的頂端，所述內(nèi)桿內(nèi)可轉(zhuǎn)動的密封穿設(shè)有芯軸，所述轉(zhuǎn)軸均與芯軸傳動連接，所述內(nèi)桿的底端連接有驅(qū)動機構(gòu)。

6、作為本發(fā)明進一步的方案：所述驅(qū)動機構(gòu)包括固定安裝在內(nèi)桿底部的連接座，所述連接座的底部固定安裝有減速電機,所述減速電機的輸出軸與芯軸的底端固定連接，所述機架內(nèi)固定安裝有多個電動缸，所述電動缸的推桿端均與連接座的底部固定連接。

7、作為本發(fā)明進一步的方案：所述水冷工作臺包括固定安裝在內(nèi)桿頂端的臺座，所述臺座的頂部固定密封安裝有頂蓋，所述轉(zhuǎn)軸均可轉(zhuǎn)動的密封安裝在頂蓋上，所述轉(zhuǎn)軸的底端均位于臺座內(nèi)，所述芯軸的頂端穿入臺座內(nèi)后與一個轉(zhuǎn)軸的底端固定連接，相鄰的所述轉(zhuǎn)軸相互傳動連接。

8、作為本發(fā)明進一步的方案：所述轉(zhuǎn)軸位于頂蓋上方的外壁均固定套接有第一齒輪，所述頂蓋的頂部轉(zhuǎn)動連接有若干個傳動齒輪，所述傳動齒輪與對應(yīng)的第一齒輪相互嚙合，所述頂蓋的頂部通過多個支桿固定連接有擋板，所述擋板的頂部與各個轉(zhuǎn)軸的對應(yīng)處均開設(shè)有穿孔，所述轉(zhuǎn)軸的頂端由對應(yīng)的穿孔內(nèi)穿過。

9、作為本發(fā)明進一步的方案：所述臺座的底部貫穿設(shè)置有進水口和出水口，所述內(nèi)桿內(nèi)設(shè)置有兩個冷卻水流道，所述冷卻水流道的兩端分別位于底座的上下兩側(cè)，所述進水口和出水口通過連接管與對應(yīng)的冷卻水流道連通，兩個所述冷卻水流道位于底座下方的一端分別安裝有進水接頭和出水接頭。

10、作為本發(fā)明進一步的方案：所述底座、筒體和頂蓋上均安裝有保溫層。

11、另一方面，本發(fā)明提供了上述hfcvd設(shè)備的工藝方法：包括以下步驟：

12、步驟一：將完成預(yù)處理的刀具的刀柄插入插孔內(nèi)；

13、步驟二：將反應(yīng)容器內(nèi)部抽至所需真空度后，啟動熱絲并通過送氣管向反應(yīng)容器內(nèi)通入反應(yīng)氣體，以開始在刀具表面沉積金剛石薄膜；

14、步驟三：在沉積金剛石薄膜的過程中，控制水冷工作臺在反應(yīng)容器內(nèi)升降，以帶動各個刀具上下移動，并啟動減速電機驅(qū)動各個轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，以帶動刀具在相鄰的熱絲之間轉(zhuǎn)動，直至金剛石薄膜沉積至所需厚度。

15、作為本發(fā)明再進一步的方案：所述熱絲采用鉭絲或鎢絲，所述熱絲的工作溫度為2000-2400℃，所述熱絲與刀具之間的間距為5-15mm。

16、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

17、本發(fā)明通過在可升降的水冷工作臺上安裝能夠轉(zhuǎn)動的用于定位放置刀具的轉(zhuǎn)軸，在沉積金剛石薄膜的過程中，操作水冷工作臺在反應(yīng)容器內(nèi)升降，以帶動各個刀具上下移動，并啟動減速電機驅(qū)動各個轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，以帶動刀具在相鄰的熱絲之間轉(zhuǎn)動，即可確保刀具表面的溫度場分布均勻，從而使刀具表面各處的金剛石薄膜沉積速率近乎保持一致，以保障金剛石薄膜的質(zhì)量，使用效果好。

技術(shù)特征：

1.用于制備高硬度金剛石切削刀具的hfcvd設(shè)備，其特征在于：包括反應(yīng)容器，所述反應(yīng)容器包括固定安裝在機架(1)上的底座(2)，所述底座(2)的頂部可拆卸的密封連接有筒體(3)，所述筒體(3)的頂部可拆卸的密封連接有頂蓋(4)，所述底座(2)上貫穿安裝有抽氣管(6)，所述筒體(3)的外壁固定穿設(shè)有送氣管(7)，所述筒體(3)內(nèi)設(shè)置有可升降的水冷工作臺(33)，所述水冷工作臺(33)上設(shè)置有若干個轉(zhuǎn)軸(13)，所述轉(zhuǎn)軸(13)的頂端開設(shè)有用于安裝刀具(34)的插孔(15)，所述底座(2)內(nèi)固定安裝有熱絲支架(24)，所述熱絲支架(24)上安裝有多個熱絲(25)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于制備高硬度金剛石切削刀具的hfcvd設(shè)備，其特征在于：所述熱絲(25)沿?zé)峤z支架(24)的長度方向等距分布，且若干個熱絲(25)相互平行，每兩個相鄰的熱絲(25)之間均分布有多個轉(zhuǎn)軸(13)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于制備高硬度金剛石切削刀具的hfcvd設(shè)備，其特征在于：所述底座(2)的底部固定密封穿設(shè)有導(dǎo)管(8)，所述導(dǎo)管(8)內(nèi)可活動的密封穿設(shè)有內(nèi)桿(9)，所述水冷工作臺(33)固定安裝在內(nèi)桿(9)的頂端，所述內(nèi)桿(9)內(nèi)可轉(zhuǎn)動的密封穿設(shè)有芯軸(20)，所述轉(zhuǎn)軸(13)均與芯軸(20)傳動連接，所述內(nèi)桿(9)的底端連接有驅(qū)動機構(gòu)。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于制備高硬度金剛石切削刀具的hfcvd設(shè)備，其特征在于：所述驅(qū)動機構(gòu)包括固定安裝在內(nèi)桿(9)底部的連接座(22)，所述連接座(22)的底部固定安裝有減速電機(21),所述減速電機(21)的輸出軸與芯軸(20)的底端固定連接，所述機架(1)內(nèi)固定安裝有多個電動缸(23)，所述電動缸(23)的推桿端均與連接座(22)的底部固定連接。

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于制備高硬度金剛石切削刀具的hfcvd設(shè)備，其特征在于：所述水冷工作臺包括固定安裝在內(nèi)桿(9)頂端的臺座(10)，所述臺座(10)的頂部固定密封安裝有頂蓋(11)，所述轉(zhuǎn)軸(13)均可轉(zhuǎn)動的密封安裝在頂蓋(11)上，所述轉(zhuǎn)軸(13)的底端均位于臺座(10)內(nèi)，所述芯軸(20)的頂端穿入臺座(10)內(nèi)后與一個轉(zhuǎn)軸(13)的底端固定連接，相鄰的所述轉(zhuǎn)軸(13)相互傳動連接。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于制備高硬度金剛石切削刀具的hfcvd設(shè)備，其特征在于：所述轉(zhuǎn)軸(13)位于頂蓋(11)上方的外壁均固定套接有第一齒輪(16)，所述頂蓋(11)的頂部轉(zhuǎn)動連接有若干個傳動齒輪(17)，所述傳動齒輪(17)與對應(yīng)的第一齒輪(16)相互嚙合，所述頂蓋(11)的頂部通過多個支桿(18)固定連接有擋板(19)，所述擋板(19)的頂部與各個轉(zhuǎn)軸(13)的對應(yīng)處均開設(shè)有穿孔，所述轉(zhuǎn)軸(13)的頂端由對應(yīng)的穿孔內(nèi)穿過。

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于制備高硬度金剛石切削刀具的hfcvd設(shè)備，其特征在于：所述臺座(10)的底部貫穿設(shè)置有進水口(28)和出水口(29)，所述內(nèi)桿(9)內(nèi)設(shè)置有兩個冷卻水流道(26)，所述冷卻水流道(26)的兩端分別位于底座(2)的上下兩側(cè)，所述進水口(28)和出水口(29)通過連接管(27)與對應(yīng)的冷卻水流道(26)連通，兩個所述冷卻水流道(26)位于底座(2)下方的一端分別安裝有進水接頭(30)和出水接頭(31)。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于制備高硬度金剛石切削刀具的hfcvd設(shè)備，其特征在于：所述底座(2)、筒體(3)和頂蓋(4)上均安裝有保溫層(5)。

9.根據(jù)權(quán)利要求1-8中任一所述的用于制備高硬度金剛石切削刀具的hfcvd設(shè)備的工藝方法，其特征在于：包括以下步驟：

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的用于制備高硬度金剛石切削刀具的hfcvd設(shè)備的工藝方法，其特征在于：所述熱絲(25)采用鉭絲或鎢絲，所述熱絲(25)的工作溫度為2000-2400℃，所述熱絲(25)與刀具(34)之間的間距為5-15mm。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了用于制備高硬度金剛石切削刀具的HFCVD設(shè)備及其工藝方法，包括反應(yīng)容器，所述反應(yīng)容器包括固定安裝在機架上的底座，所述底座的頂部可拆卸的密封連接有筒體，所述筒體的頂部可拆卸的密封連接有頂蓋，所述底座上貫穿安裝有抽氣管，所述筒體的外壁固定穿設(shè)有送氣管；本發(fā)明通過在可升降的水冷工作臺上安裝能夠轉(zhuǎn)動的用于定位放置刀具的轉(zhuǎn)軸，在沉積金剛石薄膜的過程中，操作水冷工作臺在反應(yīng)容器內(nèi)升降，以帶動各個刀具上下移動，并啟動減速電機驅(qū)動各個轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，以帶動刀具在相鄰的熱絲之間轉(zhuǎn)動，即可確保刀具表面的溫度場分布均勻，從而使刀具表面各處的金剛石薄膜沉積速率近乎保持一致，以保障金剛石薄膜的質(zhì)量，使用效果好。

技術(shù)研發(fā)人員：劉浩宇,梁根河
受保護的技術(shù)使用者：上海迪那科膜技術(shù)有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/10