CN102953049B - 化学气相沉积法涂层装置 - Google Patents

Abstract

本发明创造涉及化学气相沉积法涂层装置。采用的技术方案是：包括反应炉，反应炉内设有支撑筒，支撑筒上端设有排气帽，反应炉和支撑筒之间为尾气通道，支撑筒内从上到下依次为沉积区、气体分配区和预热区；沉积区内：设有若干托盘），托盘上设有若干通气孔Ⅰ；气体分配区内：支架Ⅰ固定挡板，挡板上端安装至少三层隔板，支架Ⅱ固定隔板，隔板上设有若干通气孔Ⅱ；预热区内：安装若干层预热板，进气管的出口端与气体分配区相通，支撑筒在预热区部位的下端设有尾气入口，预热区的下端设有尾气出口。还设有加热炉，反应炉置于加热炉内。采用本发明创造的涂层装置，涂层均匀度高，具有较高的附着力，提高了产品的耐磨损性和耐缺损性。

Description

化学气相沉积法涂层装置

技术领域

本发明创造涉及一种给模具或刀片涂层的装置，具体地涉及一种采用化学气相沉积法对模具或刀片或金属零件的表面均匀涂层的装置。

背景技术

在机加工企业，大量使用钢质模具，硬质合金模具，硬质合金刀片及金属零部件，现有产品，大都是直接采用钢材或合金加工后，即使用，由于表面无涂层，其耐磨损性能差，使用寿命短，给企业造成生产成本提高，也有对钢质模具，硬质合金模具，硬质合金刀片及金属零部件等表面进行涂层的，但大都采用物理法，涂层不均匀，附着力低，因此同样影响使用寿命。

发明内容

为了解决以上问题，本发明创造提供一种采用化学气相沉积原理的涂层装置，采用本发明创造的涂层装置，基体涂层均匀度高，涂层具有较高的附着力，提高了产品的耐磨损性和耐缺损性。

本发明创造采用的技术方案是：化学气相沉积法涂层装置，包括反应炉，反应炉内设有支撑筒，支撑筒上端设有排气帽，支撑筒内从上到下依次为沉积区、气体分配区和预热区；沉积区内：设有若干托盘，托盘上设有若干通气孔Ⅰ；气体分配区内：支架Ⅰ固定挡板，挡板上端安装至少三层隔板，支架Ⅱ固定隔板，隔板上设有若干通气孔Ⅱ；预热区内：安装若干层预热板，进气管的出口端与气体分配区相通，支撑筒在预热区部位的下端设有尾气入口，预热区的下端设有尾气出口。

上述的化学气相沉积法涂层装置：在气体分配区内：不同层隔板上的通气孔Ⅱ的孔径相同或不同。

上述的化学气相沉积法涂层装置：在气体分配区内：从最下层隔板向最上层隔板，不同层隔板上的通气孔Ⅱ的孔径依次增加。

上述的化学气相沉积法涂层装置：设有加热炉，反应炉置于加热炉内。

上述的化学气相沉积法涂层装置：加热炉分成若干段加热区，每段加热区由接线柱、加热装置和热电偶组成。

上述的化学气相沉积法涂层装置：加热炉内从内到外依次设有绝缘隔离层、保温层Ⅰ和保温层Ⅱ。

本发明创造的有益效果是：化学气相沉积法（CVD）是将各种混合气体充入高温的反应管内，以化学方式，使基体表面生成超硬颗粒物质的技术工程。是从气体状态，不经过液体，直接过渡为固体状态的生长方式，形成几微米到十几微米厚度的膜。本发明的优点是：①由于在气体分配区采用独特的结构，使混合气体在上升过程中，经挡板和隔板的两次分散，不仅降低了流速，而且使气体以更加均匀分布的状态进入沉积区，进而对托盘内的基体进行均匀的涂层。②本发明创造采用化学气相沉积法的原理，采用常压热CVD法，对基体表面进行TiC，TiCN，TiN的CVD涂层。由气态直接在基体表面涂层，涂层均匀度高，以基体为硬质合金为例，附着力可达100N以上，提高了产品的耐磨性和耐腐蚀性，降低了高温时化学粘着磨损，从而延长了产品的使用寿命，为企业节约了生产成本。③本发明创造适用于对硬质合金刀片、拉丝模、喷嘴、模具、金属成型模具和挤压模具表面的涂层。即可以对基体表面涂单层，也可以根据需要涂多层。④反应主要在沉积区进行，反应温度经常达到900～2000℃，由于本发明创造对加热炉采用分段式加热，可以根据不同区域的温度，控制不同分段的温度，使沉积区的温度高，而对于气体分配区和预热区的温度可以降低加热炉相对应分段的温度，节约了能源。⑤充分利用尾气的余热，反应后的尾气经反应炉和支撑筒之间的尾气通道和尾气入口导入预热区，进一步预热混合气体，充分利用了能源，进一步节约了能源。

附图说明

图1是本发明创造实施例1的结构示意图。

图2是托盘的结构示意图。

图3是隔板的结构示意图。

图4是本发明创造实施例2的结构示意图。

具体实施方式

实施例1

如图1～图3所示，化学气相沉积法涂层装置：包括反应炉（1），反应炉（1）内设有支撑筒（3），支撑筒（3）上端设有排气帽（2），反应炉（1）和支撑筒（3）之间的空隙为尾气通道，支撑筒（3）内从上到下依次为沉积区（4）、气体分配区（5）和预热区（6）；沉积区（4）内：设有若干托盘（41），托盘（41）上设有若干通气孔Ⅰ（42）；气体分配区（5）内：支架Ⅰ（54）固定挡板（53），挡板（53）上端安装至少三层隔板（51）（本实施例安装四层隔板），支架Ⅱ（52）固定隔板（51），隔板（51）上设有若干通气孔Ⅱ（55）；预热区（6）内：安装若干层预热板（63），进气管（61）的出口端与气体分配区（5）相通，支撑筒（3）在预热区部位的下端设有尾气入口（62），预热区（6）的下端设有尾气出口（64）。

在气体分配区（5）内：从最下层隔板向最上层隔板，不同层隔板（51）上的通气孔Ⅱ（55）的孔径依次增加。即最下层隔板上的通气孔的孔径最小，向上依次增加，最上层隔板上的通气孔的孔径最大。

实施例2

如图4所示，一种化学气相沉积法涂层装置：在实施例1的基础上，还设有加热炉（7），反应炉（1）置于加热炉（7）内。

加热炉（7）分成若干段加热区（本实施例设置5段加热区），每段加热区由接线柱（71）、加热装置（73）和热电偶（72）组成。

加热炉（7）内从内壁到外壁依次设有绝缘隔离层（74）、保温层Ⅰ（75）和保温层Ⅱ（76）。保温层Ⅰ（75）采用耐火材料制成，保温层Ⅱ（76）采用石棉材料。

本发明创造的工作原理是：以在基体上涂TiC层为例，将加热炉罩在反应炉外，利用加热炉对反应炉加热。将气态的TiCl₄和CH₄混合后，通入进气管，在预热区预热后，进入气体分配区，首先经挡板分散，混合气体经挡板四周向上流动，经隔板，穿插通过通气孔Ⅱ，由于通气孔Ⅱ的孔径从下向上，依次增加，混合气体在上升过程中，降低了流速，以均匀的分布进入沉积区。沉积区的温度可达900～2000℃，混合气体（即反应气体）向基体表面扩散，吸附于基体的表面，在基体表面发生化学反应，在基体表面留下不挥发的固体反应产物——即TiC薄膜，而在基体表面产生的气相副产物，即HCl气体脱离基体表面，经排气帽流入支撑筒和反应炉之间的尾气通道，向下运动，经尾气入口进入预热区，利用HCl气体的余热对进入的混合气体进一步预热，然后经尾气出口排出。

Claims (7)

1.化学气相沉积法涂层装置，包括反应炉（1），其特征在于：反应炉（1）内设有支撑筒（3），支撑筒（3）上端设有排气帽（2），支撑筒（3）内从上到下依次为沉积区（4）、气体分配区（5）和预热区（6）；沉积区（4）内：设有若干托盘（41），托盘（41）上设有若干通气孔Ⅰ（42）；气体分配区（5）内：支架Ⅰ（54）固定挡板（53），挡板（53）上端安装至少三层隔板（51），支架Ⅱ（52）固定隔板（51），隔板（51）上设有若干通气孔Ⅱ（55）；预热区（6）内：安装若干层预热板（63），进气管（61）的出口端与气体分配区（5）相通，支撑筒（3）在预热区部位的下端设有尾气入口（62），预热区（6）的下端设有尾气出口（64）。

2.如权利要求1所述的化学气相沉积法涂层装置，其特征在于：在气体分配区（5）内：不同层隔板（51）上的通气孔Ⅱ（55）的孔径相同或不同。

3.如权利要求2所述的化学气相沉积法涂层装置，其特征在于：在气体分配区（5）内：从最下层隔板向最上层隔板，不同层隔板（51）上的通气孔Ⅱ（55）的孔径依次增加。

4.如权利要求1、2或3所述的化学气相沉积法涂层装置，其特征在于：设有加热炉（7），反应炉（1）置于加热炉（7）内。

5.如权利要求4所述的化学气相沉积法涂层装置，其特征在于：加热炉（7）分成若干段加热区，每段加热区由接线柱（71）、加热装置（73）和热电偶（72）组成。

6.如权利要求4所述的化学气相沉积法涂层装置，其特征在于：加热炉（7）内从内到外依次设有绝缘隔离层（74）、保温层Ⅰ（75）和保温层Ⅱ（76）。

7.如权利要求6所述的化学气相沉积法涂层装置，其特征在于：加热炉（7）分成若干段加热区，每段加热区由接线柱（71）、加热装置（73）和热电偶（72）组成。