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HFCVD金刚石涂层设备关键部位的设计与仿真研究

陶俭  
【摘要】:金刚石膜因在力学、热学、光学及电学等方面具有独特的性能,所以在各个领域都有十分广泛的应用,CVD金刚石涂层刀具以及PCD(聚晶金刚石)焊接刀具在加工精度和寿命上都比传统刀具有很大的提高。热丝化学气相沉积(Hot Filament Chemical Vapor Deposition,HFCVD)因为出现得最早,工艺研究最为成熟,且设备简单,所以是目前工业上沉积金刚石膜的首选方法。本文首先介绍金刚石膜的发展历史和应用领域,详细分析金刚石膜的沉积机理,提出了用HFCVD法生长金刚石膜设备的整体系统,并对HFCVD法生长金刚石膜设备进行了整体结构的设计,然后对HFCVD法生长金刚石膜设备关键的部位进行了详细的设计和计算,得到了关键部位的相关参数,并且在ANSYS Workbench中进行了电、热、结构等的仿真模拟,验证了设计的合理性和安全性。最后,基于FLUENT对HFCVD法生长金刚石膜设备反应腔体进行了温度场的计算分析,获得了反应腔体的温度场的分布,以此优化了反应腔体冷却系统的设计。通过有限元理论、传热学和流体力学等学科知识计算了反应腔体冷却水系统的相关参数,获得了冷却水流量与出口温度的关系,以此来指导实验过程。


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