專利名稱：一種光纖式薄膜沉積溫度的測量裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于金剛石涂層技術領域，特別是提供了一種對直流電弧等離子體金剛石化學氣相沉積過程中沉積溫度進行實時測量的光纖式沉積溫度的測量裝置，利用它可在對硬質(zhì)合金工具表面涂敷金剛石涂層時對被涂層的硬質(zhì)合金工具的沉積溫度進行實時的監(jiān)測，并使得對于其沉積溫度的控制成為可能。
背景技術：
以化學氣相沉積法(CVD)制備的金剛石涂層具有許多獨特的特性，如極高的硬度和抗磨損能力、低的摩擦系數(shù)、高的熱導率和化學穩(wěn)定性等。將金剛石作為保護涂層制成的硬質(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，是加工技術領域急需的工具品種。在對大量的硬質(zhì)合金工具進行金剛石涂層時，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(中國專利ZL 20041 0101845. 6，授權公告日2007年9月5日)。如圖1所示，在直流電弧等離子體CVD金剛石涂層設備中，陰極1、陽極8之間將產(chǎn)生一拉長的電弧弧柱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聚焦線圈12、13，由它們提供的軸向強磁場對電弧弧柱9形成了約束作用， 這使電弧弧柱被保持在金剛石涂層設備的軸線位置上，為工件金剛石涂層提供均勻的溫度場。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的陰陽兩極之間產(chǎn)生一拉長的電弧弧柱，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，因而利用它可同時對大量的硬質(zhì)合金工具實現(xiàn)金剛石涂層，即使用上述的方法對大量硬質(zhì)合金工具進行金剛石涂層的沉積有著很大的技術優(yōu)勢。在對硬質(zhì)合金工具進行金剛石涂層時，最佳的涂層沉積溫度應保持在830-870°C 這樣一個很小的范圍內(nèi)。沉積溫度過低，金剛石涂層的質(zhì)量會較差，涂層中積聚的內(nèi)應力也會較大。此時，金剛石涂層的耐磨性不好，它對硬質(zhì)合金工具的附著力也較低。沉積溫度過高，硬質(zhì)合金工具中含有的鈷元素會大量地擴散至工具的表面，這會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)構的碳。此時，金剛石涂層的附著力也將會大大降低。因為這一原因，直流電弧弧柱對于整個CVD裝置中心軸線的對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。從這一意義上來講，金剛石涂層沉積過程中沉積溫度的測量與控制，尤其是對電弧弧柱周圍溫度分布的測量與調(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對整個設備軸線的對稱性一方面需要由設備的制造過程予以保證，另一方面也可以依靠調(diào)整磁場聚焦線圈12、13的位置來得到調(diào)整。但即使上述設備的對稱性很好，在實際進行金剛石涂層時，涂層沉積溫度的測量、其電弧位置對稱性的控制與保持仍然是一個需要認真對待的問題。這是因為，一方面，在硬質(zhì)合金工具的金剛石涂層過程中，工具所處的沉積溫度是一個極為重要的工藝參量。另一方面，設備中電弧的位置以及它造成的實際溫度分布總會出現(xiàn)一定的偏差。在硬質(zhì)合金工具金剛石涂層技術發(fā)展的早期，并沒有人過多地關注金剛石涂層沉積溫度的測量和控制問題。這是因為，在多數(shù)情況下，所使用的金剛石涂層設備只允許對數(shù)量很少的工具同時進行金剛石涂層。在這種時候，總可以摸索到一個合適的條件，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設備對數(shù)量極大的硬質(zhì)合金工具進行金剛石涂層的情況下，極需要同時測量出直流電弧等離子體CVD設備中溫度的實際分布，并依據(jù)實時的沉積溫度分布的不均勻性做出及時的調(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廢。因此，在直流電弧等離子體CVD金剛石涂層技術中，工具沉積溫度及其分布的準確、及時的測量以及它的控制和調(diào)整就顯得極為重要了。在工業(yè)領域中，獲得廣泛應用的溫度測量方法主要有熱電偶的方法和光學的方法兩種。專利文獻ZL200620023059. 3 (授權公告日2007年8月8日)提出了一種以很高的對稱性焊接在一起的由異類金屬導體組成的多點測溫裝置。這一裝置從原理上講屬于一種熱電偶式的裝置。借助于多個這樣的測量裝置，即可實時地測量出CVD裝置中的實際溫度分布。但是，在使用這一裝置進行沉積溫度的測量時，常會遇到直流電弧引燃裝置的高頻信號會對溫度測量過程造成干擾、嚴重時甚至造成整個金剛石沉積系統(tǒng)的電氣控制系統(tǒng)燒毀的情況發(fā)生。
發(fā)明內(nèi)容為了解決上述問題，本實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裝置中進行金剛石涂層過程中沉積溫度測量，并可有效地提高整個直流電弧等離子體 CVD裝置的可控制性的光纖式沉積溫度的測量裝置。本實用新型的技術方案是一種光纖式薄膜沉積溫度的測量裝置，該裝置包括在拉長的直流電弧弧柱的周圍設置有金屬圓環(huán)、模擬工件、光學透鏡裝置和光纖測溫儀；其中，所述金屬圓環(huán)的內(nèi)孔部位均勻分布安裝有多個所述模擬工件，在遠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應的用于接收光信號的光學透鏡裝置，所述光學透鏡裝置通過光纖與設置在真空室外的所述光纖測溫儀連接。在上述結(jié)構中，光學透鏡裝置的作用是在遠離電弧弧柱、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)出的光信號收集和成象在其后的光纖的端部上，將這些光信號經(jīng)過光纖傳遞給光纖測溫儀的光電信號接收器，即可測量出所須測量的工件金剛石涂層沉積溫度的分布，在測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CVD裝置的磁場聚焦線圈，從而實現(xiàn)對于模擬工件、也就是實現(xiàn)對應的大量欲金剛石涂層的工件的沉積溫度分布的調(diào)整。本實用新型的優(yōu)點在于利用多路光纖測溫的方法，可實現(xiàn)對于直流電弧等離子體CVD裝置中對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量。這種方法可以避免使用熱電偶類型的測溫裝置時會引起的直流電弧引燃裝置的高頻信號會對溫度測量過程造成干擾、嚴重時甚至造成整個金剛石沉積系統(tǒng)的電氣控制系統(tǒng)燒毀的情況發(fā)生的缺點，實現(xiàn)對于直流電弧等離子體CVD金剛石涂層時的沉積溫度的測量和調(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)構示意圖。圖2是本實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的結(jié)構示意圖。圖中1.陰極部分，2.真空室，3.排氣系統(tǒng)，4.壓力測控裝置，5.電源，6.陰極桿，7.陰極體，8.陽極，9.直流電弧弧柱，10.制品架，11.電源，12.磁場線圈，13.磁場線圈，14 .金屬圓環(huán)，15.模擬工件，16.光學透鏡裝置，17.光纖，18.光纖測溫儀。
具體實施方式
下面，結(jié)合實施例對本申請的技術方案進行簡要的說明。實施例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列出的工藝條件對其進行金剛石涂層表1金剛石涂層的工藝條件
權利要求1. 一種光纖式薄膜沉積溫度的測量裝置，該裝置包括在拉長的直流電弧弧柱(9)的周圍設置有金屬圓環(huán)(9)、模擬工件(15)、光學透鏡裝置(16)和光纖測溫儀(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所述模擬工件(15)，在遠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)相對應的用于接收光信號的光學透鏡裝置(16 )，所述光學透鏡裝置(16 )通過光纖(7 )與設置在真空室(2 )外的所述光纖測溫儀(18)連接。
專利摘要本實用新型為一種應用于直流電弧等離子體化學氣相沉積法金剛石涂層過程的沉積溫度的光纖測量裝置。該裝置由金屬圓環(huán)、模擬工件、光學透鏡裝置、光纖、光纖測溫儀等部件所組成；均勻分布地安裝在電弧弧柱周圍的模擬工件將感應出電弧造成的沉積溫度分布；在遠離電弧弧柱、處于低溫區(qū)域的光學透鏡裝置將模擬工件溫度的光學信號傳遞至光纖端部，然后這些光纖送至CVD沉積室外，再經(jīng)過光纖測溫儀的接收器接收后轉(zhuǎn)換為沉積溫度的分布信息。本實用新型的優(yōu)點在于它可以避免熱電偶式的測溫方法容易受到直流電弧高頻引燃裝置干擾和損壞的問題，方便地在直流電弧等離子體化學氣相沉積裝置中收集溫度分布的信息。
文檔編號G01K11/32GK202126316SQ20112016981
公開日2012年1月25日 申請日期2011年5月24日 優(yōu)先權日2011年5月24日
發(fā)明者于盛旺, 呂反修, 唐偉忠, 黑鴻君 申請人:北京科技大學