自支撑金刚石膜的生长特征对断裂强度的影响

研究了自支撑今刚石膜的生长取向特征、表面形貌和质量对断裂强度的影响。X射线衍射和断裂强度的结果表明,随着衍射强度比值I(111)/I(220)的增大,断裂强度呈下降趋势。堆积在晶粒间界处的二次形核生长的小晶粒,覆盖晶粒间界的缝隙,在柱状晶粒间形成类似的搭桥效应,增强柱状晶之间的相互作用能,提高柱状晶结构的抗破断能力,金刚石膜中出现的非金刚石相将降低金刚石厚膜的断裂强度。     

加氮对直流电弧等离子体喷射金刚石膜显微组织和断裂强度的影响

利用DcArcP1asmaJetcVD法制备搀杂氮的金刚石厚膜。研究了在反应气体cH。／Ar／H：中加入N!对金刚石膜显微组织和力学性能的影响。在固定H2、Ar、CH4流量的情况下改变N2的流量，即反应气体中氮原子和碳原子的变化比例(N／C比，范围从0．06～0．68)，同时在固定的腔体压力(4kPa)和衬底温度(800℃)下进行金刚石膜生长。用扫描电镜(SEM)观察金刚石膜形貌、用X射线衍射表征晶体取向，用三点弯曲的方法来测量金刚石膜的断裂强度。结果表明，氮气在反应气体中的大量加入，对直流等离子体喷射制备金刚石膜的显微组织和力学性能有显著的影响。     

金刚石薄膜纯度、取向性与辐射剂量计性能的关系

金刚石膜的纯度和取向性对其做成剂量计后的性能有很大的影响.为了制备性能优良的金刚石膜辐射剂量,采用微波等离子体化学气相法在单晶硅[100]衬底上沉积了具有[100]和[111]晶面取向的金刚石膜,通过优化合成工艺制备出高纯、高度取向的织构膜(准单晶膜).分析金刚石膜的形貌、取向性和纯度以及器件的X光电响应特性.结果表明,金刚石膜的电阻率与纯度有直接关系,与膜取向性之间的关系不大.膜电阻率的提高是石墨相和C-H键等非金刚石相减少的结果,膜电阻率的大小直接影响到器件的信噪比高低.对X光响应的灵敏度,取向性影响较纯度大.高纯、高[100]取向膜做成的器件有高的X光响应灵敏度.     

甲烷浓度对金刚石薄膜织构的影响

采用热丝化学气相沉积法,以甲烷和氢气为反应气体,在硬质合金YG6基体上沉积了金刚石薄膜。研究了不同的甲烷浓度对金刚石织构变化趋势的影响。分别采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)对金刚石膜的表面形貌、织构形成进行了分析。结果表明:当基体温度为760℃,沉积气压为4×103Pa,甲烷浓度从1%到5%,都形成了(110)织构。但是,当甲烷浓度为3.3%时,有(100)织构。     

DC Arc Plasma Jet CVD自支撑金刚石膜表面形貌的研究

本文采用30kW级直流电弧等离子体喷射法沉积自支撑金刚石膜,研究了大进气量条件下不同的甲烷浓度对金刚石膜的表面形貌及晶面取向的影响,当甲烷浓度达到一定程度时,出现纳米二次晶的形核,晶粒细化,微米金刚石转变成为纳米金刚石.同时不同的氩氢配比对金刚石膜的表面形貌也产生一定的影响.在高甲烷浓度的情况下,可以得到一种具有(111)取向的微米级金刚石膜.结果表明,随着甲烷浓度和氩氢比(Ar/H2)的增加,金刚石膜表面晶粒尺寸是呈逐渐减小趋势的,此外,通过控制甲烷浓度可以得到(111)晶面的高取向金刚石膜,当甲烷浓度为20%时,金刚石膜表面晶粒的(111)晶面可以达到高取向.     

硬质合金激光改性协同仿生微织构对硼掺杂金刚石涂层性能的影响

目的 研制应用于超精密加工领域的高性能金刚石涂层,探究硬质合金基体表面激光微织构对硼掺杂金刚石(BDD)涂层沉积质量的影响,分析不同类型的仿生微织构对基–膜结合强度、工具切削性能的改善效果及原因。方法 在硬质合金表面使用激光脉冲制备不同类型的仿生微织构,并通过热丝化学气相沉积(HFCVD)法在刀具表面沉积BDD涂层。采用数显洛氏硬度计(HRS-150)、超景深三维显微镜、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、白光干涉表面轮廓仪、拉曼光谱(Raman)对样品进行表征。通过压痕试验及铣削试验研究涂层的附着强度和刀具的切削性能。结果 激光微织构边缘发生表面硬化。激光微织构区域沉积BDD涂层后,基体表面缺陷显著降低,织构内部金刚石晶粒更密集,沉积质量提升,三角织构(TT)边缘的金刚石颗粒堆积坡度最缓,不同类型的织构化BDD涂层的粗糙度、金刚石纯度、切削性能及附着强度均不同,涂层附着力与表面硬度呈正相关。硼掺杂三角织构(BDTTD)涂层刀具具有最佳的切削性能。结论 织构边缘和内部具有更高的金刚石二次成核率和沉积质量。织构的存在可以提升BDD涂层的附着强度和刀具性能,并且织构边缘的涂层附着力最强,这些得益于激光烧蚀及仿生微织构对硬质合金表面的硬化及对BDD涂层内在缺陷的修复。     

钇钡铜氧(YBa_2Cu_3O_7)涂层超导用Ni基片上立方织构NiO缓冲层的制备

本研究完成了在具有立方织构的Ni基带上用外延生长法制备NiO缓冲层的工作。用此方法制成的NiO膜具有很强的立方织构 ,其 ( 111)的Φ扫描峰的最大半高宽 (FWHM )值达到 11°。这种NiO膜的形成为进一步溅射沉积具有双轴取向的YBa2 Cu3O7膜奠定了良好的基础     

低浓度氮气对MPCVD法制备金刚石膜的影响

利用微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)法,在CH4/H2的混合反应气源中加入N2进行了金刚石膜的沉积实验,详细研究了N2浓度对金刚石膜生长的影响规律。使用扫描电子显微镜、激光拉曼光谱仪和X射线衍射仪等设备,表征了金刚石薄膜的表面形貌、相组成及晶面取向。实验结果表明:随着N2体积分数的增加(由0%增加到6%),薄膜中的非金刚石相含量逐渐增大,金刚石晶粒尺寸逐渐减小,晶面取向也由较大的晶面(111)转变成较小的晶面(100);当N2体积分数为4%时,沉积的金刚石膜表面为"菜花"状结构;低体积分数(2%)的N2有利于获得高度取向(100)的金刚石膜。     

织构对硼掺杂金刚石涂层刀具摩擦学性能的影响

利用激光技术在硬质合金刀具上分别制备椭圆织构和沟槽织构。同时,利用热丝化学气相沉积法(HFCVD)在刀具上分别制备硼掺杂无织构金刚石(Boron doped un-texture diamond film,BDUTD film)薄膜、硼掺杂椭圆织构金刚石(Boron doped elliptical textured diamond film,BDETD film)薄膜以及硼掺杂沟槽织构金刚石(Boron doped groove textured diamond film,BDGTD film)薄膜,通过摩擦磨损试验机,对不同织构形状的薄膜进行摩擦试验研究。另外,采用扫描电镜(SEM)、拉曼光谱(Raman)和能谱分析(EDX)对表面形貌、成分及残余物质进行分析。试验结果表明,BDUTD薄膜表现出最大平均摩擦因数,其值为0.13。BDETD以及BDGTD薄膜的平均摩擦因数分别为0.124和0.123。从磨损形貌来看,BDUTD薄膜及BDGTD薄膜对偶件的磨损直径分别为1.506 mm和1.254 mm。BDUTD薄膜的磨损表面黏附有少量团簇状的磨屑,且有破裂的金刚石晶粒出现。BDGTD薄膜的表面织构沟槽中有少量磨屑,金刚石晶粒几乎没有出现磨损。     

微波功率对(100)晶面取向金刚石薄膜制备的影响

以H2和CH4的混合气体为气源,使用实验室自制10 kW新型装置,采用微波等离子体化学气相沉积法(MPCVD)在Si(100)基体上沉积金刚石薄膜,然后采用扫描电镜(SEM)、Raman光谱以及XRD光谱,以得到表面形貌、样品质量和晶面取向等信息,由此获得微波功率对金刚石薄膜取向的影响。结果表明,微波功率对金刚石膜的质量、表面形貌和晶面取向都有明显地影响,随着微波功率升高,金刚石薄膜的形貌变得规则,薄膜中Isp3/Isp2由1.52提高到6.58,其沉积晶面的I(100)/I(111)由0.38提高到3.93。当微波功率为4 900 W时,所得沉积样品晶面以(100)为主,形貌规则,纯度很高。     

硬质合金基体上金刚石膜的XRD研究

采用直流等离子体射流CVD法在硬质合金 (WC + 8wt.%Co)基体上生长金刚石膜 ,主要借助XRD分析方法对CVD金刚石膜的微观结构和残余应力进行了研究 ,探讨了CVD金刚石膜中残余应力的形成及其对金刚石膜粘附性能的影响。研究结果表明 :CVD金刚石膜中通常存在GPa数量级的残余压应力 ,膜中存在适中的残余压应力 ,有利于CVD金刚石膜获得最佳的粘附性能     

CVD金刚石自支撑膜的研究进展

金刚石膜以其最高的硬度、热导率、热震性能以及极高的强度等优点得到了越来越多的关注。自20世纪低压化学气相沉积技术成功制备出金刚石以来,在世界范围内,金刚石的制备技术及应用研究得到了快速发展。分别对国内外自支撑金刚石膜材料的制备技术及相关应用进行简要介绍,并讨论近几年我国在高质量金刚石膜材料制备技术方面取得的进展。目前主要的制备技术有热丝、直流辅助等离子体、直流电弧等离子体喷射、微波等离子体化学气相沉积(CVD)等方法。在小尺寸、高质量金刚石膜的制备技术基础上,21世纪初,国外几大技术强国先后宣布实现了大面积、高质量CVD金刚石膜的制备,并将其用于诸如红外光学窗口等高技术领域。我国也在CVD金刚石膜研发方面不断进步,先后掌握了热丝、直流电弧等离子体喷射、直流辅助等离子体CVD等合成大面积金刚石自支撑膜技术,近几年也掌握了915 MHz微波等离子体CVD技术,这些成果也标志着我国在高质量金刚石膜制备技术领域跟上了世界先进水平。     

CVD金刚石表面增透膜的研究进展

CVD金刚石膜因特有的物理化学性质,具有发展成为新一代光学材料的前景。但由于CVD金刚石膜自身局限性导致其理论透过率不到71%,在金刚石膜表面镀制增透膜,通过改变增透膜组成成分、显微组织和晶体结构,可有效地改善CVD金刚石膜自身理论透过率的问题。首先,介绍了CVD金刚石表面镀制单层增透膜增透原理,并总结了物理和化学气相沉积技术制备增透膜的优缺点。然后,重点综述了近年来CVD金刚石表面氮化物、金属氧化物和稀土金属氧化物等增透膜材料的研究进展,详细分析了增透膜制备参数、热处理工艺、衬底表面改性和掺杂工艺对增透膜整体组织和性能影响的规律。其中优化增透膜沉积温度、氧分压和热处理等工艺参数,是通过改变增透膜微观组织形貌以及晶体结构来提高其光学透过性能,而改变衬底表面结构能够通过改变增透膜与基体之间的成键方式来提升界面结合能力,而稀土元素掺杂方式是通过改变增透膜化学组成成分来改善增透膜的光学透过性能,并指出掺杂元素成型机理和影响机制。最后,展望了未来CVD金刚石表面增透膜的发展方向。     

Influence of textured diamond film on tribological properties of cemented carbide substrate

The texture of different shapes and spacing were machined on the carbide tool surface by laser technology, and the microcrystalline diamond film (MCD film) and nanocrystalline diamond film (NCD film) were deposited on the textured tools by hot filament chemical vapor deposition (HFCVD). The influence of different shape parameters and film types on tribological properties of the textured diamond coated tool was investigated using UMT-2 ball-on-disc friction tester. The surface morphology and wear scar morphology of the textured tool coated were characterized by scanning electron microscopy (SEM). The results showed that the friction coefficient of the narrow groove texture is less and more stable than those of the elliptical texture and the wide groove texture. The friction coefficient of the textured NCD film is generally less than that of the textured MCD film. Besides, for the same film, the more complex shape and the smaller spacing of the texture are, the stronger adhesion strength between the film and the substrate, and debris collection ability of the texture are, the less the friction and wear of the textured diamond film would be.     

Fracture in CVD diamond

The fracture behaviour of thick, textured films of chemical-vapour-deposited diamond is discussed with particular emphasis on the influences asserted by the polycrystalline microstructure. Cracking is investigated on two different scales, firstly where it is large in that it traverses many grains and pertains to the fracture of the bulk. The second is where the fractures are localised, resulting from repeated small particle impacts and the mechanisms of material removal at the grain-size-scale are elucidated. The behaviour at this smaller level can be rationalised in terms intermediate to bulk fracture and that observed in single crystal diamond. The effects of grain size, grain boundaries, crystallographic orientation, twinning, internal stresses and pre-existing flaws are discussed. A new value for the fracture toughness is calculated and the gravimetric erosion rate for different surface orientations measured.     

微裂纹缺陷对CVD金刚石涂层微刀具损伤失效的影响研究

目的 研究微裂纹缺陷在CVD金刚石涂层中的扩展规律,揭示CVD金刚石涂层微刀具的涂层脱落机理.方法 基于ABAQUS开展预置涂层内部竖直微裂纹和涂层基底界面水平微裂纹的CVD金刚石涂层单向拉伸有限元仿真,分析单裂纹和多裂纹扩展过程中裂纹尖端的应力分布和应力强度因子变化规律.开展CVD金刚石涂层刀具微铣削Ti6Al4V实...     

CVD金刚石膜高速机械研磨温度场的有限元模拟

CVD金刚石膜的高速机械研磨是一种高效的研磨方法,研磨区域的温度场分布直接影响金刚石膜的研磨质量.本文采用三维热-力耦合有限元法对三种不同运动条件下的温度场进行分析.结果表明:在不同的运动条件下,金刚石膜表面的温度场呈不均匀分布.当金刚石膜与砂轮作同向运动时,整个金刚石膜的温度差最小.文中得出的结论可以为提高工件表面平...     

Cutting performance of multilayer diamond coated silicon nitride inserts in machining aluminum–silicon alloy

Aluminum–silicon (Al–Si) alloy is very difficult to machine and diamond tools are considered by far the best choice for the machining of these materials. Experimental results in the machining of the Al–Si alloy with diamond coated inserts are presented. Considering the fact that high adhesive strength and fine surface morphology play an importance role in the applications of chemical vapor deposition (CVD) diamond films, multilayer technique combining the hot filament CVD (HFCVD) method is proposed, by which multilayer diamond-coating on silicon nitride inserts is obtained, microcrystalline diamond (MCD)/ nanocrystalline diamond (NCD) film. Also, the conventional monolayer NCD and MCD coated inserts are produced for comparison. The as-deposited diamond films are characterized by field emission scanning electron microscopy (FE-SEM) and Raman spectrum. All the CVD diamond coated inserts and uncoated insert endure the aluminum-silicon alloy turning to estimate their cutting performances. Among all the tested inserts, the MCD/NCD coated insert exhibits the perfect behavior as tool wear due to its very low flank wear and no diamond peeling.     

并联导热结构的金刚石/铜基复合材料的制备

为提高金刚石/铜基复合材料的导热性能,在芯材表面预先化学气相沉积(CVD)高质量金刚石膜,获得柱状金刚石棒,再将其垂直排列,填充铜粉后真空热压烧结,制备并联结构的金刚石/铜基复合材料。分别采用激光拉曼光谱(Raman)与扫描电子显微镜(SEM)对CVD金刚石膜的生长进行分析,并通过数值分析讨论复合材料的热性能。结果表明:金刚石/铜基复合材料结构致密,密度为9.51g/cm3;CVD金刚石膜构成连续的导热通道,产生并联式导热,复合材料的热导率为392.78 W/(m·K)。