大容量热丝金刚石涂层设备温度场和流场的仿真及试验研究

发布时间：2023-05-27 00:40

　　金刚石涂层因其硬度极高、导热系数高、摩擦系数低、热膨胀系数低以及化学惰性,使其十分适合应用在高寿命、耐磨损、强酸强碱等极其恶劣的工作环境中。并且金刚石涂层已经广泛应用于切削刀具、拉拔模具、机械密封环、轴承、电极等表面,显著降低了摩擦系数和磨损率,使其寿命得到了成倍的增加。但是,由于现有的金刚石涂层设备容量较小,无法批量制备金刚石涂层制品,严重的制约了金刚石涂层产品的进一步推广和应用。此外,小容量沉积设备也无法满足工程实际中对大面积金刚石涂层产品的需求。在众多的金刚石涂层技术中,热丝化学气相沉积金刚石涂层技术(Hot Filament Chemical Vapor Deposition,HFCVD)由于其具有结构简单、操作方便、成本低、适用于大面积沉积金刚石涂层等优点,十分适合应用在大容量金刚石涂层设备中。但是,随着设备容积的增大,基体的温度场的均匀一致性必然会加速下降,进而会影响金刚石涂层的形核速率、生长速度以及成膜质量,最终将导致各处金刚石涂层质量参差不齐。因此,关于基体温度和气体流场的研究及优化,对于大容量HFCVD设备制备金刚石涂层制品的理论分析和实际制备都有着重要的意义。本课题...

【文章页数】：92 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 课题来源
    1.2 引言
    1.3 金刚石薄膜的材料特性和制备方法
        1.3.1 金刚石与金刚石薄膜的特性
        1.3.2 金刚石薄膜的生长机理
        1.3.3 金刚石薄膜的制备方法
    1.4 金刚石涂层产品的研究现状
        1.4.1 金刚石涂层机械密封
        1.4.2 金刚石涂层刀具
    1.5 基于HFCVD法温度场仿真的研究现状
    1.6 课题研究背景及意义
    1.7 本文研究内容
第二章 HFCVD沉积系统模型的建立
    2.1 引言
    2.2 计算流体动力学理论基础及仿真软件
    2.3 仿真模型的建立与网格划分
    2.4 仿真计算及结果
    2.5 本章小结
第三章 HFCVD法在碳化硅机械密封环端面沉积金刚石涂层的温度场仿真及试验研究
    3.1 引言
    3.2 小容量制备机械密封环的温度场仿真优化及沉积试验
        3.2.1 小容量制备机械密封环的温度场仿真及优化
        3.2.2 小容量制备机械密封环的流场仿真
        3.2.3 小容量制备机械密封环的薄膜沉积实验
    3.3 大容量制备机械密封环的温度场仿真优化及沉积试验
        3.3.1 大容量制备机械密封环的温度场仿真及优化
        3.3.2 大容量制备机械密封环的流场仿真
        3.3.3 大容量HFCVD设备制备机械密封环的沉积实验
    3.4 本章小结
第四章 大容量HFCVD设备制备金刚石涂层PCB铣刀的温度场仿真与切削试验研究
    4.1 引言
    4.2 大容量HFCVD设备制备金刚石涂层PCB铣刀的温度场仿真
    4.3 大容量HFCVD设备制备金刚石涂层PCB铣刀的流场仿真
    4.4 大容量HFCVD设备制备PCB铣刀的沉积试验
    4.5 金刚石涂层PCB铣刀的切削试验研究
    4.6 本章小结
第五章 结论与展望
    5.1 本文完成的主要研究工作和结论
    5.2 主要创新点
    5.3 下一步研究工作
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间公开发表的论文



本文编号：3823572