化学气相沉积金刚石涂层硬质合金工具及其应用

化学气相沉积金刚石涂层硬质合金工具综合了金刚石和硬质合金的优异性能。并且性能价格比非常好，是有发展前途的、理想的工具材料之一。它的应用前景广阔，可广泛应用于难加工材料的切削加工、电子工业和生物医学等诸多领域。[编按]     

正偏压对微波等离子体CVD法制备金刚石薄膜的影响

线形同轴耦合式微波等离子体CVD法是在硬质合金微型钻头(微钻)表面沉积金刚石涂层的最佳方法之一.本文首先研究了酸碱两步预处理后微钻表面的形貌和成分,然后研究了微钻工作表面金刚石的沉积情况,最后重点研究了正偏压对微钻不同位置金刚石生长的影响.结果表明,在微钻上施加50 V正偏压时,金刚石薄膜具有最佳的形貌和较好的均匀性.     

微/纳米复合多层金刚石自支撑膜的制备及应力研究

利用大功率DC Arc Plasma Jet CVD装置,采用Ar-H2-CH4混合气体为气源,通过优化工艺参数,在多晶钼衬底上制备出了多层复合金刚石自支撑膜.利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、激光拉曼谱(Raman)对膜体进行表征,结果显示,多层膜体的组织结构体现了微米金刚石与纳米金刚石的典型特征;复合金刚石自支撑膜具有光滑的表面,微米层与纳米层间呈相互嵌套式的界面;此外,利用激光拉曼谱分析了多层膜中的内应力状态,研究发现,多层膜中各层膜体具有不同的内应力状态,内应力沿膜体生长方向有明显变化,呈现出从压应力到拉应力的变化过程.     

含金刚石的复相过渡层及Al2O3衬底上金刚石薄膜的附着力

采用微波等离子体化学气相沉积的方法,以H2和八甲基环四硅氧烷(D4)为原料,在H2(Ⅱ)：H2(Ⅰ,为带动D4的载气)的流量比23：l,P=5332．88Pa,Ts=850℃左右的工艺条件下,制备了含有金刚石及一定量SiO2和SiC的复相薄膜。初步的实验结果表明,金刚石相可在该复相薄膜上继续生长,进而形成高质量的金刚石薄膜。同时,与在Al2O3衬底上直接沉积的金刚石涂层相比,采用上述复相薄膜作为过渡层可明显地提高金刚石涂层对于Al2O3陶瓷衬底的附着力。     

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。     

直流电弧等离子体喷射金刚石厚膜生长不稳定性问题

采用高功率直流电弧等离子体CVD工艺制备了不同厚度的金刚石自支撑膜。观察到在金刚石厚膜生长过程中出现形貌不稳定性,并往往导致膜层组织疏松,强度降低。本文从理论和实验观察两个方面进行了讨论。生长不稳定性在任何高速沉积CVD过程中都可能发生,而直流电弧等离子体的高温造成碳源高饱和度以及高温等离子体射流对衬底表面的冲击,使之比其它CVD金刚石膜沉积工艺具有更大的不稳定生长倾向。基于实验研究结果,建议在较低的气体压力下沉积,以减小金刚石厚膜生长的不稳定性。     

金刚石膜涂层硬质合金工具研究进展（下）

金刚石膜涂层硬质合金工具切削性能。图7所示为我们采用渗硼预处理平HCEDCA技术沉积的金刚石膜涂层YG6硬质合金铣刀在切削A1-12％Si合金时与未涂层硬质台金刀片切削寿命(fw=0.25mm)的对比，可见金刚石膜涂层工具的切削寿命提高在20倍以上。在实际切削叫金刚石膜涂层刀具采用于切削，而未涂层刀具由于切削瘤浦刀太严重，因此在切削时采用了润滑剂。     

大面积高光学质量金刚石自支撑膜的制备

介绍了一种新型的磁控/流体动力学控制的大口径长通道直流电弧等离子体炬,并据此设计建造了100千瓦级高功率DC Arc Plasma Jet CVD金刚石膜沉积系统.讨论了该系统采用的半封闭式气体循环系统的工作原理,以及在气体循环条件下制备大面积高光学质量金刚石自支撑膜的研究结果.     

分体圆柱谐振腔法用于金刚石膜微波介电性能测试的研究

针对金刚石膜微波介电损耗低、厚度薄带来的微波介电性能测试难点, 研制了一台分体圆柱谐振腔式微波介电性能测试装置。利用不同直径的蓝宝石单晶样品, 用上述装置对低损耗薄膜类样品微波介电性能的测试能力及样品直径对测试结果的影响进行了实验研究。在此基础上, 使用分体圆柱谐振腔式微波介电性能测试装置对微波等离子体化学气相沉积法和直流电弧等离子体喷射法制备的高品质金刚石膜在Ka波段的微波介电性能进行了测试比较。测试结果表明, 由Raman光谱、紫外-可见光谱等分析证明品质较优的微波等离子体化学气相沉积法制备的金刚石膜具有更高的微波介电性能, 其相对介电常数和微波介电损耗值均低于直流电弧等离子体喷射法制备的金刚石膜。     

高品质金刚石膜微波等离子体CVD技术的发展现状

金刚石膜拥有许多优异的性能。在制备金刚石膜的各种方法之中,高功率微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)法因其产生的等离子体密度高,同时金刚石膜沉积过程的可控性和洁净性好,因而一直是制备高品质金刚石膜的首选方法。在世界范围内,美、英、德、日、法等先进国家均已掌握了以高功率MPCVD法沉积高品质金刚石膜的技术。但在我国国内,高功率MPCVD装备落后一直是困扰我国高品质金刚石膜制备技术发展的主要障碍。首先综述国际上高功率MPCVD装备和高品质金刚石膜制备技术的发展现状,包括各种高功率MPCVD装置的特点。其后,回顾了我国金刚石膜MPCVD技术的发展历史,并介绍北京科技大学近年来在发展高功率MPCVD装备和高品质金刚石膜制备技术方面取得的新进展。