施加偏压对采用等离子体辅助热丝化学气相沉积法在硬质合金上沉积金刚石/ 碳化硅/ 硅化钴复合薄膜的影响

金刚石涂层硬质合金是一种出众的刀具材料，将碳化硅掺入金刚石涂层中不仅可以提高涂层的断裂韧性，还能够提高薄膜与基体之间的粘附性。文章采用氢气、甲烷和四甲基硅烷混合气体作为反应气体，用直流等离子体辅助热丝化学气相沉积法在硬质合金基体上沉积金刚石-碳化硅-硅化钴复合薄膜。通过扫描电子显微镜、电子探针显微分析、X 射线衍射和拉曼光谱对薄膜的表面形貌、成分以及结构进行了分析，结果显示此复合薄膜中含有金刚石、碳化硅(β-SiC)和硅化钴(Co2Si、CoSi)。复合薄膜的结构和成分可通过调节偏流和气相中四甲基硅烷的浓度来控制，随着偏流的增加，复合薄膜中金刚石晶粒尺寸变大且含量增加，β-SiC 的含量减少，因为复合薄膜沉积过程中正偏压促进金刚石的生长，并且增强金刚石的二次形核。虽然电子轰击同时增强了氢气、甲烷和四甲基硅烷的分解，但随着偏流的增加，气相中产生的碳源浓度高于硅源浓度，使金刚石比β-SiC 在空间生长上更具有优势。当偏流过高时则形成纯金刚石，不能够同时沉积金刚石、β-SiC 和硅化钴三种物质。通过调节偏压和气体成分，金刚石和碳化硅在复合薄膜中的分布得以控制。该工作有助于理解和控制复合材料和超硬薄膜的生长，所产生的复合薄膜可用于提高金刚石涂层刀具切削性能。