两步浸蚀法预处理对火焰法沉积金刚石膜形貌、结构和性能的影响

两步浸蚀法是有效改善硬质合金基体表面沉积金刚石膜质量的一种预处理方法。本文采用两种不同酸剂的两步浸蚀法分别对YG6硬质合金基体进行了表面预处理,然后在其上火焰法沉积金刚石膜,初步探讨了预处理工艺不同酸剂对金刚石膜形貌、组成和结构的影响。实验结果表明,两步浸蚀法预处理能有效抑制合金基体中粘结相Co促进石墨生长的催化效应,两种火焰沉积产物已连续成膜,主要为超细金刚石、少量石墨。     

硬质合金表面化学脱钴对金刚石涂层的影响

以CH3COCH3和H2为反应气源,采用热丝CVD法在经过一步法和碱酸两步法预处理的YG6硬质合金(WC-6％Co)基体上沉积了金刚石涂层.采用扫描电镜、能谱仪、硬度计等对样品进行了分析检测,着重考察了一步法和两步法化学腐蚀脱钴预处理工艺对硬质合金基体表面形貌、钴含量以及其对所得金刚石涂层的形核密度、晶粒尺寸、膜基附着性能等的影响.实验结果表明:无论是一步法还是两步法脱钴预处理工艺,都能去除YG6硬质合金基体表面的钴元素,一步法最佳腐蚀时间为15 min,两步法最佳腐蚀时间为5min,两步法效果强于一步法.在经两步法5min酸蚀脱钴预处理的YG6基体上,获得了膜基粘着性能良好、结晶性能好的微米金刚石涂层.     

酸浸+等离子体刻蚀YG6微米-纳米金刚石复合涂层工具研究

金刚石涂层工具一直是金刚石膜工具应用研究的主流.制约其产业化的主要因素是涂层的附着力低和微晶金刚石涂层工具的加工精度差.通过对衬底的有效预处理和CVD沉积过程控制的研究,开发在硬质合金基体上沉积高结合强度、低粗糙度的金刚石涂层新技术,对于实现CVD金刚石涂层刀具高效、高精度切削加工具有重要意义.对旨在提高金刚石涂层附着力的预处理技术,本文探索了将酸蚀脱钴+等离子体刻蚀处理衬底法.利用优化的沉积工艺,在酸浸+等离子刻蚀处理的YG6刀片上沉积的两层金刚石复合膜表面粗糙度为0.13μm,附着力压痕测试临界载荷大于1500N.金刚石涂层工具的切削加工性能明显高于无涂层硬质合金工具.在加工ZAlSi12合金时,单层和两层金刚石涂层车刀片的切削寿命分别是无涂层车刀片切削寿命的21倍和28倍.     

酸浸＋等离子体刻蚀YC6微米-纳米金刚石复合涂层工具研究

金刚石涂层工具一直是金刚石膜工具应用研究的主流。制约其产业化的主要因素是涂层的附着力低和微晶金刚石涂层工具的加工精度差。通过对衬底的有效预处理和CVD沉积过程控制的研究，开发在硬质合金基体上沉积高结合强度、低粗糙度的金刚石涂层新技术，对于实现CVD金刚石涂层刀具高效、高精度切削加工具有重要意义。对旨在提高金刚石涂层附着力的预处理技术，本文探索了将酸蚀脱钴＋等离子体刻蚀处理衬底法。利用优化的沉积工艺，在酸浸＋等离子刻蚀处理的YG6刀片上沉积的两层金刚石复合膜表面粗糙度为0．13μm，附着力压痕测试临界载荷大于1500N。金刚百涂层工具的切削加工性能明显高予无涂层硬质合金工具。在加工ZAlSi12合金时，单层和两层金刚石涂层车刀片的切削寿命分别是无涂层车刀片切削寿命的21倍和28倍。     

火焰结构对YT14硬质合金表面沉积碳产物的影响

采用氧-乙炔火焰法在YT14硬质合金表面沉积碳纳米材料,借助扫描电子显微镜和激光拉曼光谱仪对火焰沉积碳产物的形貌和结构进行了表征,并分析研究了火焰结构对沉积产物的影响.结果表明,氧-乙炔火焰的内焰长度、基体在火焰中所处位置和火焰沉积温度不同,火焰中的碳氢基团和活性质点等气相成分种类、浓度及分布梯度相应发生了变化,所获得的火焰沉积产物和分布状况也不一样.当内焰长度调至50 mm、基体-喷嘴距离为30 mm、沉积温度为850℃时,沉积产物主要为“菜花状”的类金刚石碳;当内焰长度调至70 mm、基体-喷嘴距离为40mm、沉积温度为750℃时,沉积产物主要为“颗粒状”的纳米针状碳聚集体.     

金刚石膜与硬质合金基体间的界面状态

采用ＳＥＭ,ＴＥＭ对金刚石膜－硬质合金基体横截面的形态进行了研究,探讨了甲烷含量对ＣＶＤ金刚石膜－基横截面各组织层次的影响。结果表明,经化学侵蚀脱钴和等离子体刻蚀脱碳预处理的ＹＧ８硬质合金基体上所沉积的金刚石膜－基横截面组织的典型层次依次为：金刚石／薄的石墨碳中间层／细小的ＷＣ层／残留的脱碳层／残留的疏松层／ＹＧ８原始基体,甲烷含量对ＣＶＤ金刚石膜－基横截面各组织层次的形成有显著的影响。     

爆轰合成超细金刚石的性质及应用

利用以ＴＮＴ为主要成分的混合炸药爆轰产生的瞬间高温，高压使爆轰产物中未氧化的碳转化成纳米超细金刚石，对超细金刚石的结构和性质进行了分析，由于超细金刚石兼有金刚石和纳米微粒的性质，使得它在材料科学领域具有广阔的应用前景。     

脱钴处理对YG8硬质合金刀片上金刚石形核的影响

对比分析了经金刚石磨盘研磨、脱铅、未脱钻YG8硬质合金上蒸镀非晶碳膜对金刚石形核的影响．结果表明未脱钴YG8硬质含金上沉积金刚石膜时,即使蒸镀非晶碳膜,金刚石的形核密度仍相当低．金刚石结晶质量差．颗粒呈“菜花状”。在长时间沉积金刚石过程中,基体内的Co会扩散或蒸发到刀片表面,产生明显的钴颗粒聚集、长大。而脱钴、蒸镀非晶碳膜YG8硬质含金上沉积金刚石膜时．成核密度可达108cm-2．金刚石结晶质量好,刻面轮廓分明．表面已基本成膜。     

利用中间阻碍层在硬质合金上沉积高粘结强度的金刚石 …

能完全阻止钴由基体渗入表面而且大可与ＷＣ－Ｃｏ硬质合金相比的阻碍底层在本研究中取得了进展，这些底层连续无缺陷，沉积时硬质合金基体没有损坏和脱碳现象，底层上沉积 钛基中间层。对以此方法涂覆后的硬质合金基体采用特殊的激光照射工艺进行纳米晶金刚石引晶处理和用等离子体ＣＶＤ法进行金刚石涂层。引晶过程采用超声波处理，可以将石墨碳从基体表面除去。用此方法获得的金刚石涂层与基体表面粘结牢固，这是在中间层，金刚石     

化学脱钻对硬质合金沉积金刚石薄膜的影响

采用HFCVD系统,以Cu4和H2为反应气体,分别在YG3、YG6、YG10、YG13硬质合金上沉积了金刚石薄膜,研究了化学脱钴处理对不同钴含量硬质合金沉积金刚石薄膜的影响。通过对105个样品的实验结果进行统计分析发现,YG3所得金刚石薄膜样品具有足够结合强度的比例为89％;而YG6、YG10和YG13所得样品的相应值分别为24％、7％和0％。相反,YG3、YG6、YG10和YG13所得金刚石薄膜严重破坏的比例分别为0％、64％、72％和79％。研究表明,化学腐蚀脱钴处理能够解决金刚石涂层形核率低的问题,但难以解决高钴硬质合金的附着性差的问题。     

硅掺杂CVD金刚石薄膜

研究硅掺杂对CVD金刚石薄膜形貌、结构特性和成分的影响。通过向丙酮中加入正硅酸乙酯作为反应气体,在硅基底上沉积硅掺杂CVD金刚石薄膜。金刚石薄膜的表面形貌和显微组织由场发射电镜表征。金刚石薄膜的成分通过拉曼光谱和X射线衍射（XRD）进行研究。薄膜的表面粗糙度由表面轮廓仪评估。结果表明,硅掺杂会降低晶粒尺寸,促进晶粒细化并抑制三角锥形形貌。XRD研究表明,（111）朝向的晶面显著减少。拉曼光谱研究表明,硅掺杂会促进薄膜中硅碳键的形成以及非金刚石相的增多。在硅碳浓度比为1％时,沉积得到光滑的细晶粒金刚石薄膜。     

一种提高MPCVD法制备金刚石膜均匀性的方法

采用自制的1 kW石英钟罩式微波等离子体化学气相沉积装置,以氢气和甲烷作为气源在镜面抛光的(100)面单晶硅片上沉积了金刚石薄膜。实验共制得两个样品,其中一个样品在制备的过程中加装了难熔的金属钽环,利用等离子体易吸附于金属钽环表面的特性,缩小了硅片中间与边缘等离子体密度差异,另外一个样品没有加装难熔的金属钽环。利用激光拉曼光谱仪和扫描电子显微镜(SEM)对制备的样品进行了表征,发现没有加装金属钽环的样品中间位置沉积的金刚石膜质量明显高于边缘位置沉积的金刚石膜,中间位置、离中间5 mm位置、边缘位置沉积膜层的厚度差别很大;加装了金属钽环的样品中间位置与边缘位置沉积的金刚石膜质量差不多,中间位置、离中间5 mm位置、边缘位置沉积膜层的厚度差别不大,上述结果证明金属钽环的加入是一种提高MPCVD法制备金刚石膜均匀性的方法。     

衬底位置对制备（100）面金刚石薄膜的影响

本文利用5kW微波等离子体装置,在直径22mm的石英上沉积金刚石薄膜。实验研究了衬底在不同位置对沉积金刚石薄膜的质量产生的影响。实验中将2块石英衬底编号为A和B,样品A被放在偏离钼基片台中心5mm的位置,使石英的中间区域偏离等离子体球,而边缘区域处于等离子体球的下方。通过SEM和拉曼光谱表征所沉积的金刚石膜,对比样品A的中间和边缘区域发现中间的区域金刚石膜的质量差且不均匀,边缘区域则长出取向一致的（100）面金刚石。通过分析认为,较高的温度、大的等离子体密、合适的碳源浓度度等条件有利于（100）面金刚石薄膜的沉积。随后改进工艺,将样品B放在基片台中心使其处于等离子体的正下方,并调整生长温度和甲烷浓度,成功的获得了高质量均匀的（100）面金刚石薄膜。     

PCB钻头上金刚石涂层的制备

本文在直径为0.8mm硬质合金钻头上进行沉积金刚石涂层的研究。在沉积之前,先用硝酸和铁氰化钾进行腐蚀处理,以去除表面的Co。用微波等离子体CVD设备进行金刚石的沉积。在金刚石涂层沉积过程中,钻头尖端在微波电磁场中产生辉光放电现象,导致钻头尖端刃部很难获得金刚石涂层。通过使用金属丝屏蔽的方法改变钻头周围的微波电磁场分布,成功的采用微波等离子体CVD法在钻头上沉积出了金刚石涂层。用扫描电子显微镜(SEM),能量色散谱仪(EDS)和激光拉曼光谱(Raman)对钻头的表面形貌和金刚石薄膜的质量进行了表征,同时在铝基复合材料上进行了钻孔测试。结果表明金刚石薄膜表面比较光滑,晶粒尺寸较小,涂层质量良好,薄膜的附着力也较高。     

沉积参数对硬质合金基体微/纳米金刚石薄膜生长的影响

基体温度、反应压力和碳源浓度等沉积参数决定热丝化学气相沉积金刚石薄膜的性能。运用正交试验方法,研究参数对硬质合金基体金刚石薄膜生长的综合作用。采用场发射扫描电镜（FE-SEM）、原子力显微镜（AFM）和拉曼（Raman）光谱检测薄膜的形貌结构、生长速率和成分。结果表明：随着基体温度的降低,金刚石形貌从锥形结构向团簇状结构转变;低反应压力有利于纳米金刚石薄膜的生成;生长速率受反应压力和碳源浓度综合作用的影响。     

MPCVD制备大颗粒金刚石形貌的研究

利用自制5 kW微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)装置,沉积得到了晶粒尺寸达到500μm的大颗粒金刚石。采用抛光后的硅作为基底,CH4和H2为气源,分别研究了基片边缘与中心区域沉积的大颗粒金刚石的表面形貌。通过SEM表征了金刚石的表面形貌,发现基片边缘由于产生放电现象加速了金刚石的沉积,而晶粒之间相互挤压导致了孪晶的产生,影响其生长质量。相反由于中心区域形核密度低,使得晶粒在优先生长的模型下抑制了小晶粒的生长,从而提供更多的能量促进大晶粒的生长,在本实验条件下(100)晶面得到了长大,并获得了表面平整、晶体形貌良好的大颗粒金刚石。最后介绍了国内外合成大颗粒金刚石的研究进展,并对其研究方向做出了展望。     

氮气流量对反应磁控溅射TiN薄膜微结构与力学性能的影响

利用磁控溅射镀膜技术分别在硬质合金YG6X和单晶Si片表面制备TiN薄膜,分析N2流量对薄膜相组成、表面形貌、显微硬度和膜基结合力的影响。结果表明,N2流量对薄膜的微结构以及力学性能具有重要影响。随着N2流量的降低,TiN薄膜表面孔洞和台阶明显减少,表面平整度得到明显改善;薄膜的物相组成在N2流量为0.2sccm时为TiN和TiN0.61两相;N2流量的变化改变了薄膜表面的能量状态,因此,降低N2流量导致TiN薄膜的生长取向由(200)面向(111)面转变。同时,N2流量为2.4 sccm时TiN薄膜的膜基结合力最高,此时TiN薄膜也具有最高的显微硬度。     

热丝化学气相沉积法制备优质微米亚微米级单晶金刚石的研究

利用热丝化学气相沉积法（HFCVD）,在硅片衬底上进行微米级（〉1μm）及亚微米级（〈1μm）单晶金刚石的沉积研究。微米级金刚石是以高温高压法（HPHT）制备的1μm金刚石颗粒为籽晶,通过甩胶布晶的方法,在衬底上均匀分布晶种,并通过合理控制沉积工艺参数,在衬底上形成晶形完好的单晶金刚石。在沉积2 h后,可消除原HPHT籽晶缺陷,沉积6 h后,生长出晶形良好的立方八面体金刚石颗粒（约4μm）;对于亚微米级单晶金刚石,是直接在衬底上进行合成,通过调控沉积参数（如衬底预处理方法,偏流大小,沉积时间）对单晶金刚石的分布密度和颗粒度进行控制,经过2 h的沉积,最终获得了0.7μm的二十面体单晶金刚石。     

用于金刚石涂层的梯度硬质合金的结构与性能

阐述了金刚石涂层及梯度硬质合金的发展概况,论述了金刚石涂层采用表层贫钴的梯度硬质合金作基体的构思。初步研制出表层贫钴梯度硬质合金YG6T并在其样品上制出了附着好的金刚石涂层。YG6T的结构为表面贫钴层-中间富钴层-芯部刚性层,表面层钴含量为3wt%左右,比内部低一倍以上,梯度硬质合金性能指标达到甚至超过常规硬质合金的要求。该材料的应用前景广阔,值得进一步试验推广。