激光切割CVD金刚石膜的工艺研究

利用Nd:YAG型金刚石精密激光切割机对表面经机械抛光的CVD金刚石膜进行切割,研究了激光焦点位置、重复频率、充电电压以及切割速率对切割面质量的影响,并利用扫描电子显微镜(SEM)、TR200型粗糙度仪和XJP-3C型金相显微镜对切割结果进行了表征。研究表明:将激光焦点置于金刚石膜表面进行切割时,切割面锥度最小;切割面的粗糙度随着激光切割速率、重复频率的增加而减小;充电电压越高,切缝越宽;激光重复频率在80～100 Hz范围内,其变化对切缝宽度影响较小;切割2.7 mm厚的金刚石厚膜时,选取充电电压850 V,重复频率90 Hz,切割速率10 mm/min,能够达到高效率高质量的理想切割效果。     

CVD金刚石厚膜的机械抛光研究

化学气相沉积(CVD)制备的金刚石膜表面粗糙且厚薄不均匀,在许多情况下不能直接使用,必须对其进行抛光.本文研究了不同型号的金刚石微粉对CVD金刚石厚膜研磨的影响,通过对研磨结果的比较分析,优化出一种高质量高效率的抛光方法,即先采用W40和W28金刚石微粉,分别研磨2 h,然后用W0.5金刚石微粉研磨4 h.经扫描电子显微镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)测试分析表明:金刚石膜的平均去除率为12.2 μm/h,粗糙度Ra由4.60 μm降至3.06 nm,说明该抛光方法能实现金刚石膜高质量、高效率的抛光.     

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...     

Ce-Mn合金低温抛光CVD金刚石厚膜

研究开发了一种低温、快速抛光化学气相沉积（CVD）金刚石厚膜的新技术，该技术是利用金刚石（C）和溶碳活性很高的稀土金属铈（Ce）和过渡金属锰（Mn）所熔炼出的Ce-Mn合金之间的热化学反应，在一定的工艺条件下对金刚石厚膜进行有效的抛光。详细讨论了合金组成对抛光速率和表面粗糙度（Ra）的影响，并且用扫描电镜和拉曼光谱对抛光后的膜表面进行了表征。结果表明：Mn含量较低的合金从抛光率上和抛光效果上考虑都更有利于获得良好抛光的金刚石厚膜，Ce-3％Mn原子比组成的合金，在660℃、抛光2h的实验条件下，使膜的粗糙度由10．8490μm降低到3．6826μm，抛光速率达到37．5lμm/h。适量Mn的加入在降低抛光温度的同时仍然可以保证良好的抛光效果，优化了热化学抛光的工艺，而且该抛光技术不会破坏金刚石厚膜质量。     

Ce-Mn合金低温抛光CVD金刚石厚膜

研究开发了一种低温、快速抛光化学气相沉积(CVD)金刚石厚膜的新技术,该技术是利用金刚石(C)和溶碳活性很高的稀土金属铈(Ce)和过渡金属锰(Mn)所熔炼出的Ce-Mn合金之间的热化学反应,在一定的工艺条件下对金刚石厚膜进行有效的抛光.详细讨论了合金组成对抛光速率和表面粗糙度(Ra)的影响,并且用扫描电镜和拉曼光谱对抛光后的膜表面进行了表征.结果表明:Mn含量较低的合金从抛光率上和抛光效果上考虑都更有利于获得良好抛光的金刚石厚膜,Ce-3%Mn原子比组成的合金,在660℃、抛光2 h的实验条件下,使膜的粗糙度由10.8490 μm降低到3.6826 μm,抛光速率达到37.5 μm/h.适量Mn的加入在降低抛光温度的同时仍然可以保证良好的抛光效果,优化了热化学抛光的工艺,而且该抛光技术不会破坏金刚石厚膜质量.     

CVD金刚石厚膜刀具切削参数对切削力及粗糙度影响的研究

为了探究CVD金刚石厚膜刀具切削参数(包括刀具后角、刀尖圆弧半径、切削速度、进给量和切削深度)对切削力和被加工表面粗糙度影响的初步规律,采用单因素方法进行了一系列CVD金刚石厚膜刀具车削仿真和试验研究。结果表明:AdvantEdge有限元仿真软件模拟切削力过程有一定的准确性;在试验参数范围内,随着刀具后角的增大,切削力和表面粗糙度都是先减小后增大,当后角为11°时,切削力和表面粗糙度值最小;随着刀尖圆弧半径的增大,切削力逐渐增大,而表面粗糙度则逐渐减小;随着切削速度的增大,切削力和表面粗糙度都是先增大后减小,当切削速度为90m/min时,切削力和表面粗糙度值最大;随着进给量的增大,切削力和表面粗糙度都显著增大;随着切削深度的增大,切削力和表面粗糙度都逐渐增大,但切削深度对表面粗糙度的影响较小。     

甲烷浓度对CVD金刚石膜表面粗糙度的影响

研究了化学气相沉积金刚石膜时甲烷浓度与金刚石膜表面粗糙度的关系。结果表明，随甲烷浓度的增加金刚石膜表面粗糙度下降。表面粗糙度主要由金刚石膜的晶粒大小和二次形核决定，晶粒越细，表面粗糙度越低，在金刚石晶界二次形核及长大，也促使金刚石膜表面粗糙度降低。     

CVD金刚石厚膜电加工表面粗糙度分析

由于化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition,简称CVD)金刚石厚膜的加工极其困难,本文提出了一种金刚石厚膜精加工的新工艺,即通过掺杂使金刚石膜导电,利用电火花对掺杂金刚石膜进行加工。掺杂后金刚石厚膜电阻率范围达到0.00243-0.0634W×cm,研究了电参数对金刚石厚膜电火花加工表面粗糙度和材料去除速率的影响,结果表明二者都随着峰值电流和脉冲宽度的增大而增大。通过回归计算得出了电火花加工表面粗糙度的经验公式,二元回归分析的相关系数达0.96,证实了经验公式的有效性。     

CVD金刚石膜的抛光研究进展

化学气相沉积的金刚石膜表面一般比较粗糙,需要经过抛光才能实现其具体的工业应用。本文介绍了各种抛光CVD金刚石膜的方法及近来研究进展,分析了各种技术的优缺点,并结合工业应用对CVD金刚石膜的抛光前景作了展望。     

化学气相沉积金刚石膜的研究与应用进展

化学气相沉积(CVD)金刚石膜具有极其优异的电学(电子学)、光学、热学、力学、声学和电化学性能的组合,因此在一系列高新技术领域有非常好的应用前景,并曾在20世纪80年代中期形成席卷全球的"金刚石热"。30余年来,CVD金刚石膜研究取得了极其巨大的进展,但在产业化应用方面仍不尽人意。本文对此进行了比较详尽地综述和评论,希望更多的人了解,并推进其研究和产业化进展。     

微波CVD金刚石薄膜用作LED散热片的制备

由于金刚石具有室温下最高的热导率,因此用化学气相沉积(CVD)制备的金刚石膜是大功率发光二极管(LED)理想的散热材料.本文利用微波等离子体CVD研究了不同沉积工艺下金刚石薄膜的生长.用扫描电子显微镜(SEM)和拉曼光谱对得到的金刚石薄膜进行了表征,并将金刚石薄膜用作LED散热片的散热效果进行了检测.结果表明:在硅衬底上沉积20-30μm的CVD金刚石薄膜可以有效地降低LED的工作温度;在相同的制备成本下,提高薄膜的厚度(甲烷浓度4%)比提高薄膜的质量(甲烷浓度2%)更有利于提高LED的散热效果.本研究表明微波等离子体CVD制备的金刚石薄膜是大功率LED的理想散热衬底材料.     

CVD金刚石膜的钎焊界面反应层及微结构

借助扫描电镜和电子探针,分析了金刚石与Ag-Cu-Ti活性钎料界面反应层的微观组织结构、界面新生化合物的形成机理以及焊接工艺条件对界面结构的影响,建立了钎焊接头界面结构物理模型.结果表明,在一定的钎焊工艺条件下,金刚石/钎料界面存在灰色的新生化合物TiC,与TiC相邻的是蜂窝状的TiCu相;接头断裂不仅仅发生在TiC相中,有时断裂也发生在TiCu层.钎焊加热温度、保温时间、钎料层的含Ti量对CVD金刚石厚膜与硬质合金的接头结构模型有重要影响.     

CVD金刚石膜散热性能的实验及仿真分析

本文基于化学气相沉积(CVD)金刚石膜的超高热导率,设计并搭建了一套实验系统,分析其对于小空间高热流密度电子元件的散热效果。通过测量加热器及材料表面的温度值可知,相同工况下,金刚石膜温度梯度小,温度分布均匀性好,表面最大温差仅为铜的一半且加热面温度相比于铜更低。实验结果说明CVD金刚石膜的散热性能明显优于传统散热材料铜。实验验证了经过Ti-Ni-Au金属化处理的CVD金刚石薄膜具有可焊性。在实验基础上,利用Flotherm软件对系统进行仿真建模,进一步探讨了材料厚度、热导率及接触热阻对加热面温度和最大热流密度的影响。     

干法刻蚀图形化CVD金刚石膜研究进展

CVD金刚石膜因其极高的强度和耐磨特性在微机电系统(MEMS)领域具有极好的应用前景,然而其极高的硬度和化学惰性又使其很难被加工成型,这极大地限制了CVD金刚石膜在MEMS领域的应用。本文主要介绍了近年来干法刻蚀图形化CVD金刚石膜的研究进展,系统地分析了激光刻蚀,等离子体刻蚀,等离子体辅助固体刻蚀的原理及其各自优缺点,着重论述了国内外采用等离子体刻蚀CVD金刚石膜的研究现状。     

硬质合金上沉积金刚石膜的基体预处理方法进展

本文重点对近年硬质合金基体表面预处理方法及其对CVD金刚石膜沉积的影响进行了综述。按其原理来分,预处理方法可分为物理预处理法、化学预处理法以及中间层法。大量实验结果表明通过适当的预处理能有效消除或抑制基体中钴黏结相的负面影响,提高金刚石的形核密度以及膜基结合力,从而获得理想的薄膜质量。     

CVD金刚石厚膜工具制作工艺和切削实验研究探讨

采用特殊的活性焊料对CVD膜与硬质合金基体进行真空焊接，获得了大于500MPa的剪切强度，此强度已经接近金刚石膜的剪切强度。针对不同工艺的CVD刀具与PCD刀具对切削力和被加工材料表面粗糙度进行了切削试验对比，在铜材和硅铝合金的切割实验中CVD刀具达到的表面粗糙度达到表面粗糙度1．3μm和0.9μm，远高于使用PCD刀具获得的表面粗糙度2．9μm和1．4μm；结果表明CVD刀具较PCD刀具有明显的优势。     

约束式热丝CVD法制备金刚石的研究

为提高热丝CVD法沉积金刚石薄膜的生长速率,以丙酮和氢气作为反应气源,利用自制的半封闭式空间约束装置,将热丝、衬底、反应气体聚集在狭小空间内,研究不同气体流速条件下的金刚石薄膜沉积情况;使用SEM和Raman光谱表征所合成的薄膜。结果表明:采用约束式沉积法可以显著提高沉积速率,本实验在230 cm3/min（标况）气体流速下获得最大沉积速率6.31 μm/h,比未约束时增大了近一倍。随着气体流速增大,沉积速率先增大后减小;气体流速86~115 cm3/min（标况）时,晶粒尺寸为微米级;气体流速115~575 cm3/min（标况）时,晶粒尺寸减小至纳米级。Raman光谱检测显示:约束式沉积所得薄膜总体质量较好,但随气体流速增大而逐渐降低。      

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.     

CVD单晶金刚石的研究进展

化学气相沉积(CVD)单晶金刚石是近年来金刚石领域研究焦点之一,在众多合成方法中,微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)是诸多学者公认的稳定生长均匀高质量单晶金刚石最有前途的技术。近年来,MPCVD合成单晶金刚石在质量、速率、尺寸以及应用上取得了重大的进展,但是目前仍然有一个问题需要解决,即如何在保证质量的前提下大幅度提高单晶金刚石的生长速率。本文对CVD单晶金刚石过程中衬底的选择、表面加工与处理、基座的结构和沉积参数的选择进行了详细评述,并简要介绍了CVD单晶金刚石国内外研发成果。