CVD金刚石刀具的研究进展与应用现状

金刚石膜是采用化学气相沉积的方法制备出来的一种全晶质多晶纯金刚石材料,是制造刀具的理想材料。本文对CVD金刚石涂层刀具与厚膜焊接刀具的研究进展与应用现状进行了简要的综述。     

CVD金刚石厚膜焊接刀具的制造及切削性能

用于制造金属切削刀具的金刚石主要有四种类型：（1）天然单晶金刚石；（2）人工合成单晶金刚石；（3）聚晶金刚石复合片（PCD）；（4）化学气相沉积（CVD）金刚石膜。近年来，随着CVD金刚石工艺的发展，CVD金刚石对具的应用越来越广泛。CVD金刚石对具有两类：CVD金刚石薄膜涂层刀具和CVD金刚石厚膜焊接刀具。由于金刚石厚膜焊接刀具兼有单晶金刚石和金刚石薄膜涂层刀具的优点，从而具有广阔的应用前景。本文主要介绍金刚石厚膜的制备、厚膜刀具的制造及厚膜刀具的切削性能。     

CVD金刚石厚膜刀具的制造及应用

随着汽车、宇航、电子工业的发展,大量有色金属和新型材料的广泛应用,使金刚石切削刀具的需求量迅速增长。化学气相沉积(CVD)金刚石作为一种新型超硬刀具的材料,为金刚石刀具的应用开辟了新的途径。CVD金刚石刀具主要有两种类型:CVD金刚石薄膜涂层刀具和CVD金刚石厚膜焊接刀具。金刚石薄膜涂层与刀具衬底材料之间的     

CVD金刚石薄膜涂层刀具的技术进展

简要介绍了化学气相沉积金刚石刀具的涂层材料及制备技术的研究开发现状,总结了当前可以有效提高金刚石涂层刀具膜/基结合强度的措施和方法,分析了化学气相沉积金刚石涂层刀具各种表面抛光工艺的优缺点,最后展望了化学气相沉积金刚石薄膜涂层刀具技术的发展趋势.     

气相沉积(CVD)金刚石厚膜与聚晶金刚石显微组织及其使用特性分析

经对PCD和CVD金刚石厚膜显微组织的研究，发现气相沉积法生产的金刚石厚膜与PCD有着完全不同的组织形式。研制刀具并进行切削性能试验，验证了CVD金刚石厚膜刀具与PCD刀具的切削适用范围，分析了它们在机械切削加工领域中的不同使用特性。     

CVD金刚石刀具制备情况及应用

为扩大金刚石大刀具应用领域,1982年日、美两国相继开发出金刚石膜涂层刀具。它是利用CVD法,使金刚石晶体沉积在钨、钴类(常用K10)硬质合金或氮化硅陶瓷等基体上,如图1所示。可合成厚度小于30~50μm薄膜涂层,或做成大于0.5mm的厚膜,直接作为刀片坯料焊接到刀具上。它是一种化学气相沉积法制成的全晶质多晶纯金刚石材料,其晶粒之间的间隙为基团间隙。它一般呈膜状附着于基底表面,故又常称金刚石膜。CVD金刚石的制备成本远低于大颗粒的优质天然单晶金刚石,可以大面积化和曲面化,具有与天然金刚石完全相同的结构。表1为天然金刚石、PCD和CVD金刚石有关机械性能对比数据。图1CVD金刚石膜的SEM图片由表1可以看出,CVD金刚石刀具与PCD刀具相比,PCD刀具中因有钴等金属结合剂,使其更耐断裂,但钴会降低PCD的硬度,对腐蚀敏感(特别是加工塑料时),钴在高温时会加速金刚石向石墨的转变,故PCD刀具适合于粗加工和要求刀具有较高断裂韧性的场合。CVD金刚石刀具不用金属结合剂,纯度接近100%,故硬度、耐磨性和热导率更高,磨表1机械性能对比性能天然金刚石PCD CVD金刚石HV硬度(GPa)90~1005083杨氏模量(GP...     

PCD与CVD金刚石显微组织及使用特性分析

经对PCD与CVD金刚石厚膜显微组织的研究，发现气相沉积法生产的金刚石厚膜与PCD有着完全不同的组织形式。研制刀具并进行切削性能试验，验证了CVD金刚石厚膜刀具的切削适用范围，分析了它们在机械切削加工领域中的不同使用特性。     

复合化学气相沉积法制备厚膜α-Al_2O_3涂层硬质合金刀具

研究了厚膜α-Al2O3涂层硬质合金刀具的涂层设计方法,探索了采用中、高温连续复合化学气相沉积技术(MHT-CVD)生产厚膜α-Al2O3涂层硬质合金刀具的工艺,表征了复合涂层的微观结构,并对厚膜α-Al2O3涂层硬质合金刀具的性能进行了测试。研究表明,通过MHT-CVD工艺生产的厚膜α-Al2O3涂层硬质合金刀具具有比普通TiN涂层硬质合金刀具更佳的切削性能。     

复杂曲面金刚石涂层刀具的制备与试验研究

以氢气和丙酮为原料,采用电子增强化学气相沉积(EACVD)法,利用改进了的化学气相沉积(CVD)装置在复杂曲面硬质合金(WCCo)钻头表面涂覆一层金刚石涂层.研究了适用于复杂曲面金刚石涂层刀具衬底预处理新方法和CVD涂层新工艺,并对碳化硅颗粒增强铝基复合材料进行了试验研究,研究结果表明,所制备的复杂曲面金刚石涂层刀具的耐用度和切削性能得到了显著提高.     

CVD金刚石厚膜的制备及厚膜刀具制造技术

分析了沉积参数对合成金刚石厚膜质量的影响,提出了采用燃焰法沉积高质量金刚石厚膜的合理参数,介绍了金刚石厚膜的激光切割、焊接及刃磨加工特性。     

CVD金刚石厚膜刀具切削性能的试验研究

分析了CVD金刚石厚膜刀具材料的性能特点 ,对CVD金刚石厚膜车刀进行了精密切削和难加工复合材料切削试验 ,结果表明 :CVD金刚石厚膜刀具加工铝合金的表面粗糙度可达Ra0 0 5 μm ;切削难加工复合材料时刀具耐磨性和使用寿命明显优于硬质合金刀具、PCBN刀具和PCD刀具     

激光切割CVD金刚石厚膜的工艺研究

本文利用Nd:YAG激光器对0.4mm厚的CVD金刚石膜进行切割,用扫描电子显微镜(SEM)研究了激光脉冲能量、脉冲宽度和脉冲频率等工艺参数对金刚石厚膜切割的影响。研究结果表明,在脉冲电流高于200A和减小脉冲电流至150A、脉冲宽度为2ms时能一次性切透金刚石厚膜但切割断面存在许多微裂纹和缺陷。增大脉冲频率有利于提高切割断面的平整度;采用二次切割比一次切割可得到更为平整的切割断面,断面粗糙度Ra可达到1μm。     

CVD金属石膜刀具的制造技术及其应用

主要论述了CVD金刚石厚膜刀具制造过程中的几个关键工艺,包括切割、焊接、抛光和刃磨等,介绍了CVD金刚石膜刀具加工复合材料的实验研究。     

Numerical analysis of Nd:YAG pulsed laser polishing CVD self-standing diamond film

Chemical vapor deposited(CVD) diamond film has broad application foreground in high-tech fields.But polycrystalline CVD self-standing diamond thick film has rough surface and non-uniform thickness that adversely affect its extensive applications.Laser polishing is a useful method to smooth self-standing diamond film.At present,attentions have been focused on experimental research on laser polishing,but the revealing of theoretical model and the forecast of polishing process are vacant.The paper presents a finite element model to simulate and analyze the mechanism of laser polishing diamond based on laser thermal conduction theory.The experimental investigation is also carried out on Nd:YAG pulsed laser smoothing diamond thick film.The simulation results have good accordance with the results of experimental results.The temperature and thermal stress fields are investigated at different incidence angles and parameters of Nd:YAG pulsed laser.The pyramidal-like roughness of diamond thick film leads to the non-homogeneous temperature fields.The temperature at the peak of diamond film is much higher than that in the valley,which leads to the smoothing of diamond thick film.The effect of laser parameters on the surface roughness and thickness of graphite transition layer is also carried out.The results show that high power density laser makes the diamond surface rapid heating,evaporation and sublimation after its graphitization.It is also found that the good polish quality of diamond thick film can be obtained by a combination of large incident angle,moderate laser pulsed energy,large repetition rate and moderate laser pulse width.The results obtained here provide the theoretical basis for laser polishing diamond film with high efficiency and high quality.     

CVD金刚石厚膜刀具的耐磨性试验

介绍了ＣＶＤ 金刚石刀具的特点,进行了ＣＶＤ 金刚石厚膜刀具与ＰＣＤ 刀具的耐磨性对比试验,结果表明ＣＶＤ 金刚石厚膜刀具的耐磨性明显优于ＰＣＤ 刀具,但韧性略低。     

抛光金刚石膜残余应力对红外透射性能的影响

以抛光的CVD金刚石厚膜为基体,用X射线衍射测出其光谱,再运用布拉格公式计算出表面的残余应力,测出一定应力状态下对应红外透射率的大小,探讨CVD金刚石厚膜的内应力和红外透射率之间的作用规律。研究结果表明:抛光的CVD金刚石厚膜由于竞争生长模式下的粗大柱状晶和非金刚石成分的掺杂,使得内应力变化较大,随着膜中残余应力的增大CVD金刚石膜红外透射率将减小。     

掺硼金刚石膜的电火花加工研究

由于金刚石膜的加工极其困难，提出了一种通过在制备过程中掺杂使金刚石膜导电的金刚石膜精加工新工艺，利用电火花对掺杂金刚石膜进行电加工。研究了电参数对金刚石膜加工性能的影响，用SEM和Raman分析了金刚石膜电火花加工表面的形貌和成分。研究了掺硼金刚石膜电火花加工的加工机理，建立了电火花加工模型。试验结果表明，电参数对金刚石膜的加工速度、表面粗糙度有较大影响，掺杂金刚石膜的电火花加工是汽化、熔化、氧化、石墨化等多种效应的综合作用结果，通过掺杂可以显著改善金刚石膜的可加工性。