HFCVD衬底三维温度场有限元法模拟

热丝化学气相沉积(Hot filament chemical vapor deposition,HFCVD)方法制备金刚石薄膜设备简单,成本低廉,适合大面积金刚石膜的产业化生产,其中衬底温度是沉积高质量CVD金刚石膜的重要参数之一.基于此,首先分析大面积HFCVD系统的热交换过程,建立大面积HFCVD系统衬底温度场的三维有限元模型.与传统纯热辐射模型相比,本模型更加接近实际系统,并较好符合试验测定的结果.根据三维有限元模型开展对大面积HFCVD系统衬底温度场的有限元仿真研究,得到HFCVD系统衬底温度场的三维分布规律,并讨论热丝直径、热丝温度、热丝根数、热丝-衬底距离和水冷散热系数等对衬底温度大小及均匀性的影响.仿真结果表明,在适宜金刚石膜生长的参数范围内,热丝参数和衬底接触热阻对衬底温度大小有显著影响,由于衬底内部的三维热传导使得衬底温度场更加均匀,各参数对衬底温度场的均匀性影响不大.研究结果为高质量制备金刚石膜提供理论基础.     

Si3N4陶瓷轴承NCD涂层制备中的温度场模拟

纳米金刚石(NCD)薄膜涂层由于优异的力学和摩擦学性能,是一种理想的轴承涂层材料.在用HFCVD方法制备NCD涂层的过程中,衬底温度是重要参数之一.首先设计了一种适合轴承内外圈NCD涂层制备的热丝夹持装置,其次分析了HFCVD系统的热交换过程,并建立了相应的衬底温度场的三维有限元模型.在此模型基础上具体讨论了热丝数目、温度、热丝到衬底距离等因素对衬底温度大小及均匀性的影响.结果表明,由于衬底相对尺寸较小并且考虑了衬底内部的热传导,各参数的变化对衬底温度大小有明显影响,但对衬底温度均匀性影响不大.结果为轴承NCD涂层的制备提供了理论基础.     

EACVD一体化系统衬底温度控制研究

以电子辅助热丝化学气相沉积(Electron-assisted Chemical Vapor Deposition,EACVD)一体化系统为研究对象,根据金刚石沉积过程中对衬底温度的要求,设计了模糊PID衬底温度控制系统。使用结果表明:该系统对化学气相沉积(CVD)金刚石的衬底温度参数控制精确,能够长时间稳定运行,可以制备出高质量的CVD金刚石涂层。     

沉积压力对金刚石涂层组织结构及铣削性能的影响

研究不同沉积压力对化学气相沉积CVD金刚石涂层的组织结构及切削性能的影响.采用热丝化学气相沉积(HFCVD)方法,在不同的沉积压力下于WC-Co基硬质合金基体表面制备金刚石涂层.通过X射线衍射分析(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)分析涂层的微观组织结构,利用拉曼光谱(Raman Spectroscopy)分析金刚石涂...     

CVD金刚石涂层拉丝模的研制与应用

:以市售大孔径 (>2mm)硬质合金拉丝模为衬底 ,经酸腐蚀去钴、研磨和还原处理后 ,以氢气和丙酮为原料 ,用穿孔直拉热丝CVD法制备了金刚石涂层。利用扫描电镜和喇曼谱图对涂层均匀性进行了评估。初步应用试验表明 ,金刚石涂层的附着力能满足实际拉伸要求 ,涂层拉丝模的工作寿命可提高 3～ 5倍。     

CVD金刚石薄膜涂层轴承支撑器的制备和应用

轴承支撑器是轴承精密加工中的关键部件。本文采用热丝化学气相沉积(简称CVD)法,以丙酮和氢气为碳源,在WC-Co硬质合金轴承支撑器衬底上沉积金刚石薄膜,制备CVD金刚石薄膜涂层轴承支撑器,并应用于轴承的精密磨削加工。结果表明,合理控制衬底材料的预处理和CVD沉积工艺对金刚石薄膜质量、形貌、粗糙度和薄膜与衬底间的附着力有显著影响。与传统硬质合金轴承支撑器相比,CVD金刚石涂层轴承支撑器的耐用度和使用性能显著提高。     

微/纳米CVD金刚石涂层的制备

使用热丝化学气相沉积(HFCVD)装置,在以WC - CO硬质合金为衬底,采用调节涂层生长参数,制备出性能优良的微/纳米金刚石涂层.用SEM,AFM,Raman表征微观结构和表面品质.采用压痕法评估涂层的结合性能,并与微米金刚石涂层、纳米金刚石涂层进行比较.结果显示,当生长气压由3.3 kPa降为1.0 kPa时,底层的微米级晶粒逐渐被上层纳米级晶粒覆盖,并且涂层表面显露出纳米金刚石涂层特性.在结合性能实验中也指出,微/纳米金刚石涂层的结合性能比纳米金刚石涂层要优异.     

应用CVD金刚石涂层工具研磨单晶蓝宝石

通过热丝化学气相沉积(HFCVD)法制备了具有球状晶结构、棱锥形晶结构和棱柱形晶结构等3种不同表面特征的化学气相沉积(CVD)金刚石涂层工具,以提高其研磨效率。通过正交实验法研究了金刚石涂层晶粒形态、载荷、工作台转速、研磨时间等4个工艺参数对蓝宝石材料去除率和表面粗糙度的影响。结果表明:金刚石涂层的晶粒形态对材料去除率和表面粗糙度影响较大;球状晶结构金刚石涂层切向力较小,棱柱形晶结构金刚石涂层切向力较大;选择棱柱形晶CVD金刚石涂层工具研磨蓝宝石,在研磨加工参数为载荷0.15 MPa、转速100 r/min、研磨时间3 min时,其材料去除率为0.397μm/min,表面粗糙度为0.354μm。结果表明:提出的CVD金刚石涂层工具可用于进一步加工、研磨蓝宝石切片,去除其表面划痕,从而改善工件表面质量。     

CVD金刚石薄膜涂层铜线拉丝模的制备与应用

提高金刚石薄膜的表面质量和附着力是实现CVD金刚石涂层在耐磨器件领域中广泛应用的关键因素.本文通过优化沉积工艺参数,采用直拉丝化学气相沉积法在WC- Co硬质合金拉丝模内孔表面沉积金刚石薄膜.检测了该涂层的表面形貌、薄膜质量以及表面粗糙度,并把所制备的CVD金刚石薄膜涂层拉丝模具在拉拔铜线材生产线上进行了应用试验,结果...     

高性能CVD金刚石薄膜涂层刀具的制备和试验研究

采用电子增强热丝EACVD法,以WC-Co硬质合金刀具为衬底制备金刚石涂层刀具,研究了提高涂层附着力的衬底预处理新方法,探讨了抑制Co催石墨化作用的有效措施,提出了改善金刚石薄膜表面粗糙度CVD后处理新工艺。研究结果表明,采用了Ar-H2微波等离子体刻蚀脱碳预处理方法对于提高金刚石薄膜涂层的附着力有明显效果,添加适量粘结促进剂,可有效地抑制CVD沉积过程中钴向表层扩散引起的催石墨化作用。采用分步沉积新工艺是减小金刚石薄膜表面粗糙度的有效方法。所制备的高附着力和低粗糙度的金刚石薄膜涂层刀具切削性能明显改善,对实现高效高精度切削加工具有十分重要的意义。     

改善CVD金刚石薄膜涂层刀具性能的工艺研究

用热丝CVD法,以丙酮和氢气为碳源,在WC-Co硬质合金衬底上沉积金刚石薄膜,在分析了工艺条件(衬底温度、碳源浓度、反应压力)对金刚石薄膜性能的影响的基础上,提出了分步沉积法改善金刚石薄膜涂层刀具性能的新工艺.结果表明,合理控制工艺条件的新工艺对涂层薄膜质量、形貌和粗糙度、薄膜与衬底间的附着力、刀具的耐用度及切削性能有显著影响,对获取实用化的在硬质合金刀具基体上沉积高附着强度、低粗糙度金刚石薄膜的新技术具有重要的意义.     

金刚石表面的膜层沉积处理及其感应钎焊的研究

将热丝化学气相沉积(HFCVD)处理的金刚石作为磨料感应钎焊制作金刚石工具。HFCVD处理试验中,混合气为H2和CH4(体积流量比为100∶1.5),炉内压力为2.0kPa,700℃下处理45min后,在金刚石表面沉积了一层非晶碳膜。感应钎焊HFCVD处理的金刚石显示,出露部分的金刚石棱边能保持良好的锋利性;浸没在钎料层下面的金刚石表面形成了有均匀孔隙且形状不规则的铬碳化合物,液态钎料充填这些化合物孔隙之间,能够增强钎料对金刚石的把持强度。3种金刚石磨料感应钎焊制作的金刚石磨盘的高效重负荷石材磨削试验显示,HFCVD处理的金刚石的整体破碎率和脱落率最低。     

Fractal features and surface micromorphology of diamond nanocrystals

This paper analyses the three‐dimensional (3‐D) surface texture of growing diamond nanocrystals on Au thin films as catalyst on p‐type Si substrate using hot filament chemical vapour deposition (HFCVD). Rutherford backscattering spectrometry (RBS), atomic force microscopy (AFM), Raman, X‐ray diffraction (XRD) and scanning electron microscopy (SEM) analyses were applied also to characterize the 3‐D surface texture data in connection with the statistical, and fractal analyses. This type of 3‐D morphology allows a deeper understanding of structure/property relationships and surface defects in prepared samples. Our results indicate a promising way for preparing high‐quality diamond nanocrystals on Au thin films as catalyst on p‐type Si substrate via HFCVD method.     

石墨基金刚石涂层电极的制备及性能研究

采用固体三氧化二硼，用热丝辅助化学气相沉积法在石墨衬底上沉积了掺硼金刚石涂层。用喇曼谱、扫描电镜及电导一温度关系研究了掺硼金刚石涂层的生长气压和掺硼浓度等主要工艺参数对涂层的形貌、结构及电学性能的影响和涂层的循环伏安特性。结果表明，石墨基金刚石涂层电极具有优良的电化学性能。     

小型化热丝CVD金刚石膜沉积设备的研究与开发

对传统HFCVD金刚石膜沉积设备进行小型化改进,分析了传统沉积设备在真空系统和衬底机构结构上的不足之处;介绍了小型化CVD金刚石膜沉积设备的系统构成;详细描述了该小型化设备的真空系统和衬底摆动机构。该系统具有均匀的表面温度场和很高的运行稳定性,可以用于纳米金刚石薄膜和金刚石厚膜的沉积,制备的纳米金刚石薄膜晶粒大小基本上都在200 nm以下,纳米硬度为(450~700)GPa;沉积的金刚石厚膜直径达93 mm,晶粒完整均匀。     

Cr过渡层沉积粘附型CVD金刚石膜的机理研究

研究了电沉积层作为过渡层沉积CVD金刚石膜的工艺，在硬质合金的Cr电沉积层上用热丝法沉积出CVD金刚石膜。利用SEM分析了电沉积层的形貌，利用EPMA分析了H等离子处理后电沉积层的断面，利用SEM和Raman分析了金刚石膜的表面形貌、成分，利用XRD分析了过渡层和CVD金刚石膜的结合面．利用压痕法研究了金刚石薄膜与基体的结合力。结果表明，H等离子处理使得硬质合全与Cr镀层成为冶金结合，提高了电沉积层的结合强度；在Cr过渡层与金刚石膜之间形成的Cr3C2和Cr7C3等碳化物有利于金刚石的成核和膜基结合强度的提高。     

A multilayer approach for enhancing the erosive wear resistance of CVD diamond coatings

The erosive wear behavior of mono-, bi- and multilayered diamond composite coatings grown by hot filament chemical vapor deposition (HFCVD) is investigated. The effect of the surface pre-treatment on the silicon nitride substrates was firstly evaluated revealing that flat lapping mechanical treatment combined with chemical CF₄ plasma etching is the best surface preparation to achieve high adhesion levels. Multilayers were designed to combine the excellent adhesion of microcrystalline diamond (MCD) with a top nanocrystalline diamond (NCD) layer of reduced surface roughness. Indeed, the multilayered diamond coatings revealed the best erosive resistance, whose damage occurred by gradual loosening of material from the outer layer after longer testing time. The absence of areas with film spallation or substrate exposure is given by the action of the MCD/NCD interfaces in deflecting cracks, thus acting as “energy sinks” to further propagation. An analytical model of the stress field distribution within the coatings based on the von Mises criterion was developed to elucidate the erosive mechanical behavior of the different diamond composites.     

铝过渡层沉积CVD金刚石涂层的研究

使用Murakami溶液和王水预处理高钴硬质合金刀片,并用直流磁控溅射(DCS)技术在此硬质合金上溅射铝过渡层,在热丝化学气相沉积(HFCVD)设备里沉积金刚石薄膜;分析了金刚石形核机理,并利用SEM以及Raman等方法表征试样。结果表明:与未溅射过渡层的样品相比,在过渡层上的金刚石形核密度更高,金刚石颗粒尺寸更加细小。