CVD金刚石厚膜刀具的研究进展与应用现状

金刚石厚膜片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,其物理性能和天然金刚石非常接近．而化学性质则完全相同。本文对CVD金刚石厚膜刀具的研究进展、制备方法、性能特点、切削试验结果及应用前景进行了简要的综述。     

CVD金刚石厚膜刀具及应用研究

热丝CVD法沉积金刚石厚膜为全晶质纯多晶金刚石材料,是制造切削刀具的理想材料。本文针对国内外CVD金刚石厚膜焊接刀具研究与应用中存在的关键技术问题,结合我所近期相关技术研究进展,重点介绍了其制造工艺及关键技术。     

CVD金刚石厚膜刀具耐磨性的试验

本文简要介绍了ＣＶＤ金刚石刀具的特点，重点进行了ＣＶＤ金刚石厚膜刀具与国内外ＰＣＲ刀具的耐磨性对比试验。结果表明，ＣＶＤ金刚石刀具有优异的耐磨性，但韧性略低。     

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。     

用直流等离子体辅助CVD法大面积沉积金刚石厚膜

采用两种改进的直流（DC）等离子体辅助化学气相沉积片，沉积了直径达100mm的金刚石厚膜，一种方法是采用多阴极的几何构造，另一种是采用单个大阴极几何构造，在采用第一种方法的情况下，我们采用了7个阴极的阵列，其温度维持在高于2100℃，以阻止碳沉积在阴极上，每个阴极与一个独立的直流电源相连，电源提供的电压和电流对每个阴极而言分别是在500－700伏和3－5安的范围，沉积时腔室压力为100乇，用这种方法形成的散射辉光非常稳定，足以用于生长厚度大于1mm的金刚石膜，在采用第二种方法时，我们使用单个大阴极，其温度大约为1100℃，在此温度下，也可避免碳沉积，我们采用的是脉冲电源，没有它，就不能防止电弧的产生，阴极直径是120mm，这使得散射辉光足够大，以至于可在直径100mm的基体上沉积金刚石，同时，也使散射辉光保持在非常稳定的状态，根据甲烷浓度的不同，金刚石厚膜的质量也不一样，颜色在白色到深灰色之间变化，沉积速度变化范围在2μm/h到10μm/h之间。     

CVD金刚石厚膜刀具刃口半径研磨的实验研究

CVD金刚石膜具有与单晶金刚石相近的力学性能,是一种理想的高精度刀具材料.研磨是制作CVD金刚石厚膜高精度刀具的关键环节之一.本文针对与刀具刃口半径紧密相关的研磨工艺进行了一些研究工作.实验结果表明:研磨盘端面跳动控制在10 μm以内,动态不平衡度控制在0.3 g.mm/kg以内,选择1 μm以下的研磨粉粒度,研磨速度控制在20～30 m/s范围,金刚石厚膜刀具刃口半径可达80 nm,圆弧轮廓精度可以控制在0.5 μm左右;车削加工LY12外圆和端面,表面粗糙度可达Ra 0.02 μm,达到镜面效果,可以替代同等精度的单晶金刚石刀具.     

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。     

热丝CVD金刚石薄膜涂层工具的制备技术及应用研究

本文通过电子增强热丝CVD方法在硬质合金基体上沉积金刚石薄膜 ,对硬质合金基体进行酸洗、表面研磨处理后用气相沉积方法沉积约 1μm厚的金属W膜层 ,在形核初期采用逐渐升高的偏流以去除表面形成的非晶C膜 ,并增加金刚石的形核密度和增强W的扩散作用 ,形成多种W -C化合物以增强金刚石薄膜与硬质合金基体的结合力 ,通过这种工艺制备了与基体结合力良好的金刚石薄膜。采用两种途径制备金刚石薄膜涂层工具 ,其一为在YG6硬质合金圆片上沉积约 80 μm的金刚石薄膜 ,经激光切割成 6mm× 6mm的合金片 ,用砂轮抛光 ,焊接在钢制刀柄上 ,经刃磨后制作成木工工具刀头 ;另一是直接在YG6硬质合金钻头这种复杂形状工具上沉积约 10 μm厚的金刚石薄膜制成金刚石工具。对两种工具分别进行使用性能测试 ,木工工具用于加工Al2 O3 复合木地板 ,测试结果表明金刚石薄膜涂层木工工具与硬质合金工具相比 ,使用性能有明显提高 ,寿命提高一倍以上 ,但由于刀刃后角处无金刚石层保护 ,使用中出现明显的后角磨损 ,未能达到理想效果 ;金刚石涂层钻头用于加工硬质合金时在使用初期有明显效果 ,但由于磨损很快 ,使用寿命低 ,经观察分析 ,主要是由于金刚石膜晶粒粗大造成表面光洁度不高 ,使用中刀刃处的金刚石薄膜涂层易于出现应力集中     

CVD金刚石薄膜涂层刀具切削性能研究

本文采用不同涂层工艺的ＣＶＤ金刚石薄膜刀具切削高硅铝合金,观测比较刀具的磨损过程、磨损与破损形貌及工件表面粗糙度,分析ＣＶＤ金刚石薄膜刀具切削主崖裂口合金的磨损机理和失效原因。研究结果可为涂层工艺的提供了理论依据。     

CVD金刚石涂层硬质合金刀具的研究进展

概述了CVD金刚石涂层硬质合金刀具的研究现状及存在的问题,重点对近五年CVD金刚石涂层硬质合金刀具基体预处理方法、涂层内应力的表征方法等方面的研究现状进行了综述。     

真空渗硼预处理在CVD金刚石-硬质合金涂层工具中的应用

采用固体粉末真空渗硼工艺，研究了硬质合金工具表面真空渗硼预处理对金刚石涂层附着力的影响，研究结果表明，硬质合金工具通过固定粉末真空渗硼处理，表面生成具有较高稳定性的以CoWB、CoB为主的渗层，经过长时间的金刚石涂层后，硬质合金工具表面出现Co3B和W2Co21B6相，没有单质Co相出现，克服了金刚石沉积中硬质合金表面钴的不利影响，使标志金刚石涂层附着力的压痕测试的临界载荷达到了1500N，并且有着较好的重现性。     

热丝CVD金刚石涂层研究

用热丝法在硬质合金基体上沉积出金刚石涂层,对涂层的成分、结构、形貌、切削性能等进行了分析,结果证明用热丝法可获得较理想的金刚石薄膜。由于金刚石薄膜优良的使用性能和低成本,使其在工具应用方面有较广泛的市场,因此,加快其产业化的研究、扩大其产业规模,加快进入商品化阶段是CVD金刚石涂层的发展方向。     

直流等离子体CVD金刚石薄膜微观结构分析

采用直流等离子体CVD法制备了金刚石膜，利用X射线衍射、光学显微镜、扫描电镜、激光拉曼光谱等技术研究了金刚石膜的微观组织，晶粒择优取向生长过程。结果表明：开始形核时，晶粒随机无择优生长；对基体表面氢刻蚀预处理，有利于晶胚形核长大。甲烷浓度对金刚石膜晶粒择优取向生长有重要影响：甲烷浓度较低时，金刚石膜（100）面择优生长，形成以（111）为主的八面体晶体，并且可以制取中心和边缘均匀、高质量光学级自支撑金刚石膜，但生长速率慢，效率低。同时也发现金刚石膜存在空位、孔洞等缺陷。     

碳源浓度对金刚石薄膜涂层刀具性能的影响

用热丝ＣＶＤ法,以丙酮为碳源,在ＷＣ－Ｃｏ硬质合金衬底上沉积金刚石薄膜,研究了碳源浓度对金刚石薄膜涂层刀具性能的影响,结果表明,碳源浓度对金刚石涂层薄膜质量、形貌和粗糙度、薄膜与衬底间的附着力、刀具的耐用度用度发削性能有显著影响,合理控制碳源浓度对获得实用化的在硬质合金刀具基础上沉积高附着强度、低粗糙度金刚石薄膜的新技术具有重要的意义。     

CVD金刚石自支撑膜的力学性能

CVD金刚石自支撑膜已经作为一种崭新的工程材料出现,其应用日益广泛,急切需要对其力学行为进行深入了解。为此对有关金刚石膜的断裂强度和断裂韧度的研究,以及金刚石膜的断裂机制进行了详尽的论述。简略介绍了金刚石膜的断裂强度和断裂韧度的测试方法,给出了典型的测试数据。最后就如何提高金刚石膜的力学性能和更好地应用这种新型工程材料提出了建议。