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CVD金刚石厚膜制备及刀具制造技术
2005年11月29日 9:1  
   1 引言

   化学气相沉积(CVD)金刚石工艺的发展为金刚石刀具的开发应用提供了新的途径。CVD金刚石刀具主要分为两大类,即金刚石薄膜涂层刀具和金刚石厚膜焊接刀具。由于金刚石薄膜与刀具衬底材料间的附着力较小,从而限制了金刚石薄膜涂层刀具的应用。金刚石厚膜焊接刀具由于较好解决了膜与刀体间的粘接力问题,且厚膜刀具刃磨方便,可获得良好的表面粗糙度和极小的刃口半径,因而具有广阔的应用前景。

    金刚石厚膜的质量直接影响刀具的切削性能,因此制备高质量的金刚石厚膜是厚膜刀具应用的关键。为此,本文对沉积参数对金刚石厚膜质量的影响进行了试验。 

   试验方法及条件 

    采用乙炔—氧气燃烧火焰(燃焰法)沉积金刚石厚膜,试验装置见图1。乙炔、氧气的流量由转子流量计控制。测温热电偶置于基片表面下1mm处。基片材料采用钨片。为增加金刚石的成核密度,用粒度5µm的金刚石微粉与煤油的混合物研磨基片表面。沉积前用丙酮及酒精清洗基片表面。试验条件:氧气流量Q=2~3l/min;氧气—乙炔流量配比Rf=0.9~1.0;火焰锥顶到基片距离D=1~1.5mm;测量温度T=600~950℃。 

    沉积温度对厚膜质量的影响 

    沉积温度对金刚石晶粒生长行为的影响见图2。当温度为600~750℃时,金刚石厚膜的生长表面主要由呈(1 1 1)面的晶粒组成,晶粒大小均匀,沿厚膜生长方向呈柱状生长,晶粒之间结合紧密,厚膜组织致密。当温度为800~950℃时,金刚石膜在生长初期形成厚度约20~30µm的致密连续膜。随后个别晶粒生长速度加快,抑制周围晶粒的生长,过快生长的晶粒表面呈(1 0 0)面,且平行于基片表面,晶粒之间缝隙较大,不能形成致密的连续膜。

Rf=1.0;t=600~750℃ Rf=1.0;t=800~950℃

Rf=0.90;t=600~700℃

Rf=0.95;t=600~750℃ Rf=1.0;t=600~750℃

    氧气—乙炔流量配比Rf对厚膜质量的影响 

    在不同Rf条件下金刚石厚膜生长表面的SEM照片。当Rf=1.0时,反应气体中H、O、OH的浓度较大,增强了对非金刚石碳的刻蚀,提高了金刚石膜的纯度,晶粒表面主要呈(1 1 1)面,晶粒间结合紧密;当Rf=0.95时,金刚石沿各晶向生长速度相差较大,晶粒呈不规则形状,二次成核密度增加;当Rf=0.90时,金刚石厚膜由菜花状聚晶金刚石粒组成,金刚石膜中非金刚石碳成份增加,膜的纯度下降。

   3 金刚石厚膜焊接刀具制造技术

   金刚石厚膜焊接刀具的制造一般包括厚膜的切割(形成制造刀具需要的形状和尺寸),厚膜与刀体的焊接及刀具切削刃的刃磨和抛光。 

    金刚石厚膜的激光切割 

    由于金刚石厚膜硬度高、耐磨性好、不导电,所以常规的机械加工、线切割、超声波加工等方法不适合金刚石厚膜的切割加工。通常采用激光切割方法进行切割加工。 

    本文采用LJ-200型连续激光机对厚度为0.35mm的金刚石厚膜进行切割加工。

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