[实用新型]一种光纤式薄膜沉积温度的测量装置

说明书

技术领域

本实用新型属于金刚石涂层技术领域，特别是提供了一种对直流电弧等离子体金刚石化学气相沉积过程中沉积温度进行实时测量的光纤式沉积温度的测量装置，利用它可在对硬质合金工具表面涂敷金刚石涂层时对被涂层的硬质合金工具的沉积温度进行实时的监测，并使得对于其沉积温度的控制成为可能。

背景技术

以化学气相沉积法(CVD)制备的金刚石涂层具有许多独特的特性，如极高的硬度和抗磨损能力、低的摩擦系数、高的热导率和化学稳定性等。将金刚石作为保护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和硬质合金的高韧性，是加工技术领域急需的工具品种。

在对大量的硬质合金工具进行金刚石涂层时，可以采用各种各样的CVD方法，其中一种高效率的方法是直流电弧等离子体CVD法（中国专利：ZL 20041 0101845.6，授权公告日：2007 年9 月5 日）。

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被安放于围绕直流电弧弧柱9的制品架10上。在电弧弧柱9的周围安装有两只电弧磁场聚焦线圈12、13，由它们提供的轴向强磁场对电弧弧柱9形成了约束作用，这使电弧弧柱被保持在金刚石涂层设备的轴线位置上，为工件金刚石涂层提供均匀的温度场。

由于上述直流电弧等离子体CVD金刚石涂层装置可以在相距较远的阴阳两极之间产生一拉长的电弧弧柱，而被涂层的大量硬质合金工具可被安置在电弧弧柱的周围。拉长的电弧弧柱提供了一很大的等离子体面积，因而利用它可同时对大量的硬质合金工具实现金刚石涂层，即使用上述的方法对大量硬质合金工具进行金刚石涂层的沉积有着很大的技术优势。

在对硬质合金工具进行金刚石涂层时，最佳的涂层沉积温度应保持在830-870℃这样一个很小的范围内。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石墨结构的碳。此时，金刚石涂层的附着力也将会大大降低。因为这一原因，直流电弧弧柱对于整个CVD装置中心轴线的对称性以及它所决定的温度分布，将直接决定大量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可行性。

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予以保证，另一方面也可以依靠调整磁场聚焦线圈12、13的位置来得到调整。但即使上述设备的对称性很好，在实际进行金刚石涂层时，涂层沉积温度的测量、其电弧位置对称性的控制与保持仍然是一个需要认真对待的问题。这是因为，一方面，在硬质合金工具的金刚石涂层过程中，工具所处的沉积温度是一个极为重要的工艺参量。另一方面，设备中电弧的位置以及它造成的实际温度分布总会出现一定的偏差。

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设备对数量极大的硬质合金工具进行金刚石涂层的情况下，极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。否则，大量硬质合金工具就可能因沉积温度不能得到控制而报废。因此，在直流电弧等离子体CVD金刚石涂层技术中，工具沉积温度及其分布的准确、及时的测量以及它的控制和调整就显得极为重要了。

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。专利文献ZL200620023059.3（授权公告日：2007 年8 月8 日）提出了一种以很高的对称性焊接在一起的由异类金属导体组成的多点测温装置。这一装置从原理上讲属于一种热电偶式的装置。借助于多个这样的测量装置，即可实时地测量出CVD装置中的实际温度分布。但是，在使用这一装置进行沉积温度的测量时，常会遇到直流电弧引燃装置的高频信号会对温度测量过程造成干扰、严重时甚至造成整个金刚石沉积系统的电气控制系统烧毁的情况发生。

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