专利摘要

热真空环境下应用的微刀具涂层三维精密位移工作台，属于金刚石薄膜的化学气相沉积技术领域。黄铜台、隔热板及升降台通过陶瓷螺钉连接，黄铜台的安装孔内套装有石墨套，微刀具安装在石墨套内，热电偶与黄铜台、隔热板及热电偶固定台紧固连接，黄铜台、隔热板与热电偶固定台三者连接；剪形升降机构的上端与升降台固接，下端与微调块固接；双旋向螺杆与剪形升降机构的连接柱的径向螺纹通孔连接，微调块设置在工作台底座上，工作台底座上位于微调块的四个侧面处对称设置有四个微调螺钉安装块，每个微调螺钉安装块的细牙螺纹孔内螺纹连接有细牙螺钉，四个细牙螺钉端部顶靠在微调块的侧面上。本发明用于热真空环境下制备微刀具化学气相沉积金刚石涂层。

权利要求

1.一种热真空环境下应用的微刀具涂层三维精密位移工作台，它包括升降位移机构及平面位移机构；其特征在于：所述的热真空环境下应用的微刀具涂层三维精密位移工作台还包括隔热固定机构；所述的隔热固定机构包括石墨套（2）、黄铜台（3）、隔热板（4）、热电偶固定台（5）及热电偶（6），所述的升降位移机构包括升降台（7）、双旋向螺杆（11）、手柄（12）及剪形升降机构（18），所述的平面位移机构包括微调块（13）、工作台底座（17）、四个微调螺钉安装块（14）及四个细牙螺钉（15）；

所述的隔热板（4）水平设置在升降台（7）及热电偶固定台（5）上，所述的黄铜台（3）水平设置在隔热板（4）上，黄铜台（3）、隔热板（4）及升降台（7）上同轴设置有多个螺纹孔一，黄铜台（3）、隔热板（4）及热电偶固定台（5）上同轴设置有螺纹孔二，黄铜台（3）、隔热板（4）及升降台（7）通过旋入多个螺纹孔一内的陶瓷螺钉紧固连接，黄铜台（3）上设有一安装孔，黄铜台（3）所述的安装孔内套装有石墨套（2），微刀具（1）的下端安装在所述的石墨套（2）内，所述的热电偶（6）自带有外螺纹，热电偶（6）与黄铜台（3）、隔热板（4）及热电偶固定台（5）的螺纹孔二紧固连接，黄铜台（3）、隔热板（4）与热电偶固定台（5）三者通过多个紧固螺钉连接；

升降台（7）下端面设有左侧壁和右侧壁，升降台（7）的左侧壁和右侧壁的后端分别沿各自的长度方向设有一个上长孔（7-1），两个所述的上长孔（7-1）正对设置，剪形升降机构（18）的左后上端和右后上端通过一根上长螺栓与两个上长孔滑动连接，剪形升降机构（18）的左前上端和右前上端分别通过一根上短螺栓与升降台（7）的左侧壁前端和右侧壁前端固接；所述的微调块（13）水平设置，微调块（13）上端面设有左支撑板和右支撑板，微调块（13）的左支撑板和右支撑板的后端分别沿各自长度方向设有一个下长孔（13-1），两个所述的下长孔（13-1）正对设置，剪形升降机构（18）的左后下端和右后下端通过一根下长螺栓与两个下长孔（13-1）滑动连接，剪形升降机构（18）的左前下端和右前下端分别通过一根下短螺栓与微调块（13）的左支撑板前端和右支撑板前端固接；剪形升降机构（18）的两个前后平行设置的连接柱（9）中部均设有径向螺纹通孔，所述的双旋向螺杆（11）与两个所述的连接柱（9）的径向螺纹通孔螺纹连接，双旋向螺杆（11）的前端安装有手柄（12）；

所述的微调块（13）设置在工作台底座（17）上，所述的工作台底座（17）上位于微调块（13）的四个侧面处对称设置有四个微调螺钉安装块（14），每个微调螺钉安装块（14）的外侧面中部均设有垂直于微调块（13）的细牙螺纹孔，每个微调螺钉安装块（14）的细牙螺纹孔内均螺纹连接有细牙螺钉（15），四个所述的细牙螺钉（15）的端部均顶靠在微调块（13）相对的侧面上。

2.根据权利要求1所述的热真空环境下应用的微刀具涂层三维精密位移工作台，其特征在于：所述的石墨套（2）的内孔直径为3mm、4mm、5mm或者1/8英寸。

3.根据权利要求1或2所述的热真空环境下应用的微刀具涂层三维精密位移工作台，其特征在于：所述的石墨套（2）与黄铜台（3）侧面钻有同轴的螺纹孔四，石墨套（2）与黄铜台（3）的螺纹孔四内螺纹连接有顶丝，用以固定微刀具（1）。

4.根据权利要求1所述的热真空环境下应用的微刀具涂层三维精密位移工作台，其特征在于：所述的剪形升降机构（18）包括八个钣金件（8）、两个连接柱（9）及四个锁紧螺母（19），每两个所述的钣金件（8）组成一个剪形件（20），四个所述的剪形件（20）两两组成一组，两组剪形件上下对应设置，每组剪形件左右并列设置，位于上部的一组剪形件的两个前下端和两个后下端以及位于下部的一组剪形件的两个前上端和两个后上端分别设有圆孔，所述的两个连接柱（9）的两端均设有外螺纹，位于上部的一组剪形件的两个前下端的圆孔内以及位于下部的一组剪形件的两个前上端的圆孔内滑动穿入一根所述的连接柱（9），位于上部的一组剪形件的两个后下端的圆孔内以及位于下部的一组剪形件的两个后上端的圆孔内滑动穿入另一根连接柱（9），每个连接柱（9）的两端均紧固旋合有一锁紧螺母（19）。

5.根据权利要求1或4所述的热真空环境下应用的微刀具涂层三维精密位移工作台，其特征在于：每个所述的连接柱（9）的径向螺纹通孔靠近手柄（12）一端的螺纹为左旋螺纹，每个连接柱（9）的径向螺纹通孔另一端的螺纹为右旋螺纹。

6.根据权利要求1所述的热真空环境下应用的微刀具涂层三维精密位移工作台，其特征在于：所述的双旋向螺杆（11）位于手柄（12）前侧设有与双旋向螺杆（11）螺纹连接的防松螺母一（10）。

7.根据权利要求1所述的热真空环境下应用的微刀具涂层三维精密位移工作台，其特征在于：每个所述的细牙螺钉（15）上旋合有防松螺母二（16）。

说明书

技术领域

本发明涉及一种在热真空环境下制备微刀具化学气相沉积金刚石涂层的三维位移工作台，属于金刚石薄膜的化学气相沉积技术领域。

背景技术

随着微细加工技术的不断发展，人们对微刀具的切削性能与加工质量提出了更高的要求。传统的硬质合金微铣刀普遍存在切削性能差、寿命短、易产生磨损及裂纹、加工工件表面质量较差等缺陷，而通过改变刀具材料来提高微刀具切削性能是解决该问题的有效途径之一。

化学气相沉积（Chemical Vapor Deposition，CVD）金刚石刀具因具备超高硬度、良好的耐磨性、涂层杂质少等优势而在微制造领域得到了重点关注，已经成为微细加工高端装备的关键部件。热丝法是制备CVD金刚石薄膜最有效的方法之一，其利用高温钨丝或钽丝作为热丝材料将含碳的混合气体解离激发，经历一系列复杂化学反应在基体表面生成金刚石。通过热丝法沉积的金刚石薄膜为金刚石的多晶结构，性能接近天然金刚石，厚度一般小于20 μm。其摩擦系数低，机械性能优异，表面化学性质稳定，在加工有色金属及其合金、复合材料、高分子材料和无机非金属材料等难加工材料时，具有明显优势。而且热丝法CVD金刚石制备成本低，适用于复杂形状的基体，易实现大规模工业化生产，因此是制造微刀具的理想材料。

目前，我国专为微刀具进行化学气相沉积金刚石的设备还没有具备自主知识产权的商业化产品，其中用于固定并调节刀具位置的三维微位移工作台的设计更是有待突破的难点问题。传统热丝法CVD系统中缺乏可用的微位移调节机构，这是因为金刚石的化学气相沉积反应需要高温真空的环境，一般工作台所采用的滚珠导轨结构，其润滑油脂在50℃便会失效并对真空环境造成污染。而且普通工作台的结构还存在尺寸庞大、调节精度差、不适用于微刀具的装夹等缺陷。所以研制一种用于金刚石涂层微刀具化学气相沉积系统的三维位移工作台具有必要性和紧迫性，这对微制造技术的发展提供了极大的帮助。

发明内容

本发明的目的是为了解决热真空环境下金刚石涂层微刀具化学气相沉积时，微刀具的支撑固定与位置调节问题，进而提供一种热真空环境下应用的微刀具涂层三维精密位移工作台。

本发明旨在阐述一种在金刚石化学气相沉积时对微刀具支撑和位置调节的机构，并具有高精度、耐高温（最高1000℃）、适用于真空环境、结构紧凑的特性。该三维精密位移工作台采用螺旋传动原理，包括平面位移机构、升降位移机构及隔热固定机构，其工作台平面位移的调整范围为±5 mm，剪形升降机构的调整范围为±10 mm。

实现上述目的，本发明的技术方案是：

热真空环境下应用的微刀具涂层三维精密位移工作台，它包括隔热固定机构、升降位移机构及平面位移机构；所述的隔热固定机构包括石墨套、黄铜台、隔热板、热电偶固定台及热电偶，所述的升降位移机构包括升降台、双旋向螺杆、手柄及剪形升降机构，所述的平面位移机构包括微调块、工作台底座、四个微调螺钉安装块及四个细牙螺钉；

所述的隔热板水平设置在升降台及热电偶固定台上，所述的黄铜台水平设置在隔热板上，黄铜台、隔热板及升降台上同轴设置有多个螺纹孔一，黄铜台、隔热板及热电偶固定台上同轴设置有螺纹孔二，黄铜台、隔热板及升降台通过旋入多个螺纹孔一内的陶瓷螺钉紧固连接，黄铜台上设有一安装孔，黄铜台所述的安装孔内套装有石墨套，微刀具的下端安装在所述的石墨套内，所述的热电偶自带有外螺纹，热电偶与黄铜台、隔热板及热电偶固定台的螺纹孔二紧固连接，黄铜台、隔热板与热电偶固定台三者通过多个紧固螺钉连接；

升降台下端面设有左侧壁和右侧壁，升降台的左侧壁和右侧壁的后端分别沿各自的长度方向设有一个上长孔，两个所述的上长孔正对设置，剪形升降机构的左后上端和右后上端通过一根上长螺栓与两个上长孔滑动连接，剪形升降机构的左前上端和右前上端分别通过一根上短螺栓与升降台的左侧壁前端和右侧壁前端固接；所述的微调块水平设置，微调块上端面设有左支撑板和右支撑板，微调块的左支撑板和右支撑板的后端分别沿各自长度方向设有一个下长孔，两个所述的下长孔正对设置，剪形升降机构的左后下端和右后下端通过一根下长螺栓与两个下长孔滑动连接，剪形升降机构的左前下端和右前下端分别通过一根下短螺栓与微调块的左支撑板前端和右支撑板前端固接；剪形升降机构的两个前后平行设置的连接柱中部均设有径向螺纹通孔，所述的双旋向螺杆与两个所述的连接柱的径向螺纹通孔螺纹连接，双旋向螺杆的前端安装有手柄；

所述的微调块设置在工作台底座上，所述的工作台底座上位于微调块的四个侧面处对称设置有四个微调螺钉安装块，每个微调螺钉安装块的外侧面中部均设有垂直于微调块的细牙螺纹孔，每个微调螺钉安装块的细牙螺纹孔内均螺纹连接有细牙螺钉，四个所述的细牙螺钉的端部均顶靠在微调块相对的侧面上。

本发明相对于现有技术的有益效果是：本发明采用精密螺旋传动机构（升降位移机构及平面位移机构原理上均是螺旋传动），具有结构紧凑、输出精度高、耐高温、适用于真空环境、可安装不同型号微刀具等优点，能够有效调整微刀具位置，便于微刀具在工作台上的安装和拆卸。

本发明的提出为热真空环境下微刀具的多自由度精密位移调节提供一种有效的解决方案，将为化学气相沉积金刚石微刀具的发展和应用提供保障条件。

附图说明

图1是本发明的热真空环境下应用的微刀具涂层三维精密位移工作台整体结构的轴测图；图2是隔热固定机构的主视图；图3是图2的A-A剖视图；图4是升降位移机构的主视图；图5是图4的左视图；图6是平面位移机构的俯视图；图7是图6的主视图；图8是图6的B-B剖视图。

图中：微刀具1、石墨套2、黄铜台3、隔热板4、热电偶固定台5、热电偶6、升降台7、上长孔7-1、钣金件8、连接柱9、防松螺母一10、双旋向螺杆11、手柄12、微调块13、下长孔13-1、微调螺钉安装块14、细牙螺钉15、防松螺母二16、工作台底座17、剪形升降机构18、锁紧螺母19、剪形件20。

具体实施方式

具体实施方式一：如图1-图8所示，本实施方式记载了一种热真空环境下应用的微刀具涂层三维精密位移工作台，它包括隔热固定机构、升降位移机构及平面位移机构；所述的隔热固定机构包括石墨套2、黄铜台3、隔热板4（采用隔热陶瓷材料）、热电偶固定台5及热电偶6，所述的升降位移机构包括升降台7、双旋向螺杆11、手柄12及剪形升降机构18，所述的平面位移机构包括微调块13、工作台底座17、四个微调螺钉安装块14及四个细牙螺钉15；

所述的隔热板4水平设置在升降台7及热电偶固定台5上，所述的黄铜台3水平设置在隔热板4上，黄铜台3、隔热板4及升降台7上同轴设置有多个螺纹孔一，黄铜台3、隔热板4及热电偶固定台5上同轴设置有螺纹孔二，黄铜台3、隔热板4及升降台7通过旋入多个螺纹孔一内的陶瓷螺钉紧固连接，黄铜台3上设有一安装孔，黄铜台3所述的安装孔内套装有石墨套2，微刀具1的下端安装在所述的石墨套2内，所述的热电偶6自带有外螺纹，热电偶6与黄铜台3、隔热板4及热电偶固定台5的螺纹孔二紧固连接，黄铜台3、隔热板4与热电偶固定台5三者通过多个紧固螺钉连接（黄铜台3、隔热板4及热电偶固定台5上设有多个同轴的螺纹孔三，黄铜台3、隔热板4与热电偶固定台5通过旋入多个螺纹孔三内的紧固螺钉连接）；

升降台7下端面设有左侧壁和右侧壁，升降台7的左侧壁和右侧壁的后端分别沿各自的长度方向设有一个上长孔7-1，两个所述的上长孔7-1正对设置，剪形升降机构18的左后上端和右后上端通过一根上长螺栓与两个上长孔滑动连接（剪形升降机构18的左后上端和右后上端分别设有后上通孔，剪形升降机构18的左后上端和右后上端通过穿入两个所述的后上通孔内的上长螺栓与两个上长孔滑动连接），剪形升降机构18的左前上端和右前上端分别通过一根上短螺栓与升降台7的左侧壁前端和右侧壁前端固接（升降台7的左侧壁和右侧壁的前端分别设有一上连接孔，两个所述的上连接孔正对设置，剪形升降机构18的左前上端和右前上端分别设有前上通孔，剪形升降机构18的左前上端和右前上端分别通过穿入前上通孔以及上连接孔内的上短螺栓与升降台7的左侧壁前端和右侧壁前端固接）；所述的微调块13水平设置，微调块13上端面设有左支撑板和右支撑板，微调块13的左支撑板和右支撑板的后端分别沿各自长度方向设有一个下长孔13-1，两个所述的下长孔13-1正对设置，剪形升降机构18的左后下端和右后下端通过一根下长螺栓与两个下长孔13-1滑动连接（剪形升降机构18的左后下端和右后下端分别设有后下通孔，剪形升降机构18的左后下端和右后下端通过穿入两个所述的后下通孔内的下长螺栓与两个下长孔13-1滑动连接），剪形升降机构18的左前下端和右前下端分别通过一根下短螺栓与微调块13的左支撑板前端和右支撑板前端固接（微调块13的左支撑板和右支撑板的前端分别设有一下连接孔，两个所述的下连接孔正对设置，所述的剪形升降机构18的左前下端和右前下端分别设有前下通孔，剪形升降机构18的左前下端和右前下端分别通过穿入前下通孔以及下连接孔内的下短螺栓与微调块13的左支撑板前端和右支撑板前端固接）；剪形升降机构18的两个前后平行设置的连接柱9中部均设有径向螺纹通孔，所述的双旋向螺杆11与两个所述的连接柱9的径向螺纹通孔螺纹连接，双旋向螺杆11的前端安装有手柄12；

所述的微调块13设置在工作台底座17上，所述的工作台底座17上位于微调块13的四个侧面处对称设置有四个微调螺钉安装块14，每个微调螺钉安装块14的外侧面中部均设有垂直于微调块13的细牙螺纹孔，每个微调螺钉安装块14的细牙螺纹孔内均螺纹连接有细牙螺钉15（采用6级精度、螺距为0.5 mm的细牙螺钉），四个所述的细牙螺钉15的端部均顶靠在微调块13相对的侧面上（以固定微调块13的位置）。

本实施方式中，陶瓷螺钉和隔热板4可以阻止热量从黄铜台3上传导到升降台7及下面的结构，起到隔热的作用。

本实施方式在石墨套2的装配过程中，要保证孔与轴之间相应的配合公差，黄铜台3的安装孔直径和石墨套2的外圆周面直径之间采用H7/g6间隙配合，石墨套2的内孔直径和微刀具1刀柄外侧直径之间采用F8/h7间隙配合，从而方便反复拆装刀具衬底。

黄铜台3和石墨套2的热导率较高，能将微铣刀中的热量传导出来并传递到外部。

为了方便测温元件热电偶6的安装，隔热固定机构中设有热电偶固定台5对其进行固定，热电偶6上设有外螺纹，通过螺纹连接与热电偶固定台5紧固，实现了热电偶6与涂层三维精密位移工作台的系统集成。

为适应热真空环境并保证材料在高温条件下热变形的一致性，升降位移机构采用304不锈钢材料制成。升降位移机构的调整范围为±10 mm，双旋向螺杆11采用5级精度、螺距为0.5 mm的细牙螺纹，从而实现精密微位移调整。

工作台的平面位移采用5级精度、螺距为0.5 mm的细牙螺钉15进行调节，从而保证X向与Y向位移的精度。

在工作台底座17的四个方向上通过螺纹连接对称安装四个微调螺钉安装块14，每个微调螺钉安装块14内均加工有螺纹孔与细牙螺钉15配合，螺钉端部顶着微调块13侧面以固定微调块的位置。为了避免工作过程中螺钉发生松脱，螺钉用防松螺母16进行防松。

本热真空环境下应用的微刀具涂层三维精密位移工作台应用于金刚石涂层微刀具化学气相沉积系统中，可以有效地调节微刀具位置即可，满足金刚石化学气相沉积反应时的环境、调整范围和精度等要求。

具体实施方式二：如图1所示，本实施方式是对具体实施方式一作出的进一步说明，所述的石墨套2的内孔直径为3mm、4mm、5mm或者1/8英寸（以满足微刀具的应用需求）。

石墨套2可以加工成不同尺寸内孔以适应不同微刀具刀柄的外径，从而形成石墨套零件系列，拓展本工作台的适用性。

具体实施方式三：如图1所示，本实施方式是对具体实施方式一或二作出的进一步说明，所述的石墨套2与黄铜台3侧面钻有同轴的螺纹孔四，石墨套2与黄铜台3的螺纹孔四内螺纹连接有顶丝，用以固定微刀具1。

本实施方式中，为了使微刀具在沉积前的工作高度可以调节，并避免衬底松脱，在石墨套2与黄铜台3侧面钻有同轴的螺纹孔四，用顶丝固定微刀具1的轴向位置。

具体实施方式四：如图1、图4及图5所示，本实施方式是对具体实施方式一作出的进一步说明，所述的剪形升降机构18包括八个钣金件8、两个连接柱9及四个锁紧螺母19，每两个所述的钣金件8组成一个剪形件20（每个钣金件8中部均设有铰接孔，每个剪形件20中部交叉设置，每个剪形件20通过穿入所述的铰接孔内的连接螺栓铰接），四个所述的剪形件20两两组成一组，两组剪形件上下对应设置，每组剪形件左右并列设置，位于上部的一组剪形件的两个前下端和两个后下端以及位于下部的一组剪形件的两个前上端和两个后上端分别设有圆孔，所述的两个连接柱9的两端均设有外螺纹，位于上部的一组剪形件的两个前下端的圆孔内以及位于下部的一组剪形件的两个前上端的圆孔内滑动穿入一根所述的连接柱9，位于上部的一组剪形件的两个后下端的圆孔内以及位于下部的一组剪形件的两个后上端的圆孔内滑动穿入另一根连接柱9（为使两侧的移动量一致），每个连接柱9的两端均紧固旋合有一锁紧螺母19。

具体实施方式五：如图1所示，本实施方式是对具体实施方式一或四作出的进一步说明，每个所述的连接柱9的径向螺纹通孔靠近手柄12一端的螺纹为左旋螺纹，每个连接柱9的径向螺纹通孔另一端的螺纹为右旋螺纹。

具体实施六：如图1及图4所示，本实施方式是对具体实施方式一作出的进一步说明，所述的双旋向螺杆11位于手柄12前侧设有与双旋向螺杆11螺纹连接的防松螺母一10。

具体实施方式七：如图所示，本实施方式是对具体实施方式一作出的进一步说明，每个所述的细牙螺钉15上旋合有防松螺母二16。

工作过程：由图1完成整体结构装配之后，转动手柄12带动升降位移机构沿Z向运动，顺时针旋转使升降台7上升，反之下降，直至调整微刀具位于合适高度。再通过旋转细牙螺钉15调整平面位移机构在XOY平面内的位置，X轴方向上的两个细牙螺钉用于其在X向的位移调节，Y轴方向上的两个细牙螺钉则负责其在Y向的位移调节，最后使微刀具处于三维空间中的合理位置，从而让金刚石在微刀具表面的化学气相沉积过程顺利高效地进行。

热真空环境下应用的微刀具涂层三维精密位移工作台专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。