高钴硬质合金基体上生长金刚石薄膜组织结构及成分的研究

合集下载

CVD金刚石薄膜涂层轴承支撑器的制备和应用

CVD金刚石薄膜涂层轴承支撑器的制备和应用

2007年第26卷4月第4期机械科学与技术Mechanical Science and Technol ogyAp rilVol.262007No.4收稿日期:2006202228基金项目:国家自然科学基金项目(50575135)资助作者简介:曹阳珍(1969-),女(汉),江苏,工程师,硕士研究生,sunfanghong@曹阳珍C VD金刚石薄膜涂层轴承支撑器的制备和应用曹阳珍,孙方宏(上海交通大学机械与动力工程学院,上海 200030)摘 要:轴承支撑器是轴承精密加工中的关键部件。

本文采用热丝化学气相沉积(简称CVD)法,以丙酮和氢气为碳源,在WC2Co硬质合金轴承支撑器衬底上沉积金刚石薄膜,制备CVD金刚石薄膜涂层轴承支撑器,并应用于轴承的精密磨削加工。

结果表明,合理控制衬底材料的预处理和CVD沉积工艺对金刚石薄膜质量、形貌、粗糙度和薄膜与衬底间的附着力有显著影响。

与传统硬质合金轴承支撑器相比,CVD金刚石涂层轴承支撑器的耐用度和使用性能显著提高。

关 键 词:轴承支撑器;金刚石薄膜;化学气相沉积中图分类号:TG156 文献标识码:A 文章编号:100328728(2007)0420524204Fabri cati on and Appli cati on of D i a mondFil m2coated Beari n g Support I mple mentCao Yangzhen,Sun Fanghong(School of Mechanical Engineering,Shanghai J iaot ong University,Shanghai200030)Abstract:A bearing support i m p le ment is of critical i m portance in the p recisi on p r ocessing of bearings.Foll owing the hot fila ment che m ical vapor depositi on(CVD)technique,the dia mond fil m was deposited on the substrate of the WC2Co2ce mented carbide bearing support i m p le ment using acet one and hydr ogen as its reacti on gas.The dia mond fil m2coated bearing support i m p le ment thus fabricated is app lied t o the p recisi on grinding of bearings.The results show that the p retreat m ent of materials of the substrate and the CVD technique should be contr olled app r op riately because they exert re markable influence on the mor phol ogy,quality surface r oughness and adhesive f orce of the dia2 mond fil pared with the ce mented carbide bearing support i m p le ment,the dia mond2coated bearing support i m p le ment using CVD technique has much better durability and perfor mance.Key words:bearing support i m p le ment;dia mond fil m;che m ical vapor depositi on 现代轴承制造技术中不断提高轴承加工精度和效率已成为十分迫切需要解决的问题,轴承支撑器是轴承精密加工中精确定位轴承工件的关键部件,由于目前在轴承精密磨削中使用的支撑器是硬质合金材料,容易磨损,并且会在轴承表面产生划伤和沟纹,直接影响轴承的加工精度。

磁过滤直流真空阴极弧沉积类金刚石膜的结构和力学性能研究

磁过滤直流真空阴极弧沉积类金刚石膜的结构和力学性能研究

磁过滤直流真空阴极弧沉积类金刚石膜的结构和力学性能研究祝土富,沈丽如,徐桂东(核工业西南物理研究院,成都610041)[摘要] 采用磁过滤直流真空阴极弧沉积技术在不锈钢基体上制备了类金刚石(DLC)膜。

利用光学显微镜、台阶仪、X射线光电子能谱、Raman光谱、显微硬度计、摩擦磨损仪、洛氏硬度计检测了薄膜的表面形貌、厚度、结构和相关力学特征。

结果表明,膜中仍然存在着um级的大颗粒分布,膜厚为290nm,sp3键含量较高,在空气中的摩擦系数约为0.25,耐磨性能优良,膜与基体的结合性能良好。

[关键词]磁过滤真空阴极弧;DLC膜;结构;摩擦磨损性能Micro-structure and Mechanical Properties of Diamond-like CarbonFilmsDeposited by DC Filtered Cathodic Vacuum Arc TechnologyZHU Tufu, SHEN Liru, XU Guidong( Southwestern Institute of Physics, chendu 610041, China )[Abstract]Diamond-like carbon (DLC) films were deposited on stainless steel substrate by DC filtered cathodic vacuum arc technology. The structure and morphology of the films were studied by X-ray photoelectron spectroscopy(XPS), Raman spectroscope and optical microscope. The thickness of the films was measured by surface profilometer.The mechanical properties were investigated by ball-on-disk tribometer, micro hardness tester and Rockwell apparatus. The resultsshowed that there were still some large particulates with magnitude of microns existed in the films. The thickness of the films was 290 nm. The content of sp3 bonding carbon atoms was quite high. The Friction coefficient of the films was about 0.25. The films exhibited excellent wear resistance. The adhesion of the films to substrate was very well.[Keywords]filtered cathodic vacuum arc; DLC films; structure; friction and wear behaviour1.引言类金刚石(DLC)膜是一种含有大量sp3键的亚稳态非晶碳薄膜,碳原子间主要以sp3和sp2杂化键结合,sp3键的含量越多,薄膜的性能就越接近于金刚石。

金刚石的研究论文

金刚石的研究论文

金刚石刀具性能及其应用研究作者:韩波峰摘要:描述了金刚石的物理特性,对金刚石刀具的分类及其性能行了介绍,包括天然金刚石、聚晶金刚石、聚晶金刚石复合片、化学气相沉积金刚石涂层刀具。

分析和对比了不同类型金刚石刀具的应用场合,为企业在加工难加工材料时选用超硬金刚石材料刀具时提供参考。

1 引言金刚石是精密和超精密加工的超硬刀具材料之一,金刚石刀具具有极高的硬度和耐磨性、低摩擦系数、高弹性模量、高热导、低热膨胀系数,以及与非铁金属亲和力小等优点。

可以用于非金属硬脆材料如石墨、高耐磨材料、复合材料、高硅铝合金及其它韧性有色金属材料的精密加工。

金刚石刀具类型繁多,性能差异显著,不同类型金刚石刀具的结构、制备方法和应用领域有较大区别。

2 金刚石材料特性金刚石为单—碳原子的结晶体,其晶体结构属等轴面心立方晶系(晶系原子密度最高)。

金刚石中碳原子间连接键为sp3杂化共价键,具有很强的结合力、稳定性和方向性。

人工合成金刚石性能取决于sp3价键与非晶无定形碳sp2杂化共价键相对比率。

如果sp3含量过低得到二者混合物体为类金刚石(Diamond-Like Carbon,简称DLC)。

晶体结构使金刚石具有最高的硬度、刚性、导热系数以及优良的抗磨损、抗腐蚀性和化学稳定性等均高于硬质合金。

如表1所示,可见单晶金刚石硬度最高,热导率最大,热膨胀系数最小,故其综合物理性能最佳。

3 金刚石刀具类型及其性能目前,工业用金刚石刀具根据成分和结构不同可分为五种:1.天然金刚石Natural Diamond(ND);2.人造聚晶金刚石Artificial Polvcrystalline Diamond(PCD);3.人造聚晶金刚石复合片Polycrystalline Diamond Compact(PDC);化学气相沉积涂层金刚石刀具Chemical Vapor Deposition DiamondCoated Tools(CVD)。

4.沉积厚度达100µm的无衬底纯金刚石厚膜Thick Diamond Film(CD);5.在刀具基体表面直接上沉积厚度小于30µm的金刚石薄膜涂层Coated Thin Diamond Film(CD)。

材料科学与工程习题答案

材料科学与工程习题答案

材料科学与工程习题答案【篇一:材料科学与工程导论课后习题答案杨瑞城蒋成禹】1.为什么说材料的发展是人类文明的里程碑?材料是一切文明和科学的基础,材料无处不在,无处不有,它使人类及其赖以生存的社会、环境存在着紧密而有机的联系。

纵观人类利用材料的历史,可以清楚地看到,每一种重要材料的发现和利用,都会把人类支配和改造自然的能力提高到一个新的水平,给社会生产和人类生活带来巨大的变化。

2.什么是材料的单向循环?什么是材料的双向循环?两者的差别是什么?物质单向运动模式:“资源开采-生产加工-消费使用-废物丢弃”双向循环模式:以仿效自然生态过程物质循环的模式,建立起废物能在不同生产过程中循环,多产品共生的工业模式,即所谓的双向循环模式(或理论意义上的闭合循环模式)。

差别:单向循环必然带来地球有限资源的紧缺和破坏,同时带来能源浪费,造成人类生存环境的污染。

无害循环:流程性材料生产中,如果一个过程的输出变为另一个过程的输入,即一个过程的废物变成另一个过程的原料,并且经过研究真正达到多种过程相互依存、相互利用的闭合的产业“网”、“链”,达到了清洁生产。

3.什么是生态环境材料?生态环境材料是指同时具有优良的使用性能和最佳环境协调性能的一大类材料。

这类材料对资源和能源消耗少,对生态和环境污染小,再生利用率高或可降解化和可循环利用,而且要求在制造、使用、废弃直到再生利用的整个寿命周期中,都必须具有与环境的协调共存性。

因此,所谓环境材料,实质是赋予传统结构材料、功能材料以特别优异的环境协调性的材料,它是材料工作者在环境意识指导下,或开发新型材料,或改进、改造传统材料,任何一种材料只要经过改造达到节约资源并与环境协调共存的要求,它就应被视为环境材料。

4.为什么说材料科学和材料工程是密不可分的系统工程?材料科学与工程的材料科学部分主要研究材料的结构与性能之间所存在的关系,即集中了解材料的本质,提出有关的理论和描述,说明材料结构是如何与其成分、性能以及行为相联系的。

CVD纳米金刚石涂层工具研究进展

CVD纳米金刚石涂层工具研究进展

CVD纳米金刚石涂层工具研究进展刘书军;邓福铭;赵晓凯;陆绍悌;卢学军【摘要】概述了CVD纳米金刚石涂层工具的研究开发现状、存在的主要问题,重点介绍了硬质合金基体表面预处理方法及纳米金刚石生长工艺参数对CVD纳米金刚石涂层工具结构和性能的影响,其中,介绍了硬质合金基体表面预处理方法主要有酸液浸蚀去钴、施加中间过渡层、机械或等离子体处理、负偏压等;蚋米金刚石生长工艺参数则主要从碳源浓度、基体温度、反应气压三方面进行了介绍;最后,对CVD纳米金刚石涂层工具发展趋势和应用前景作出了展望.【期刊名称】《超硬材料工程》【年(卷),期】2011(023)003【总页数】5页(P26-30)【关键词】化学气相沉积(CVD);蚋米金刚石涂层;硬质合金;预处理【作者】刘书军;邓福铭;赵晓凯;陆绍悌;卢学军【作者单位】中国矿业大学(北京)超硬刀具材料研究所北京100083;中国矿业大学(北京)超硬刀具材料研究所北京100083;中国矿业大学(北京)超硬刀具材料研究所北京100083;中国矿业大学(北京)超硬刀具材料研究所北京100083;北京迪蒙特佳工模具技术有限公司北京100083【正文语种】中文【中图分类】TQ1641 引言化学气相沉积(CVD)金刚石涂层材料由于具有天然金刚石特有的高硬度、极高的热导率、极低的摩擦系数和良好的化学稳定性等优异性能,所以,在切削硅铝合金、纤维增强塑料以及陶瓷等硬质和耐磨材料方面的应用愈来愈广泛[1]。

然而,传统微米级CVD金刚石工具由于在表面粗糙度以及后续抛光等方面存在缺陷,使之不能保证高精度切削。

为了改善金刚石涂层的表面粗糙度,在基底上自然沉积一层光滑的薄膜就显得更为重要,而纳米级CVD金刚石工具由于结合了表面粗糙度低、晶粒细小、易抛光、以及良好的光学、力学和热学性质等吸引了众多研究者的兴趣。

当前,切削工具、拉丝模、滑动轴承以及许多种抗摩擦复合件的基体材料主要采用硬质合金。

传统的切削工具由于存在摩擦磨损严重而且工作寿命短等缺点难以满足高速高效切削的需要,因此,在硬质合金基体上沉积金刚石涂层就成为改善或解决这些问题的一种有效方法。

金刚石涂层的制备及其性能研究

金刚石涂层的制备及其性能研究

金刚石涂层的制备及其性能研究金刚石被认为是最坚硬的天然物质,它的硬度高达10,具有非常出色的抗磨损、耐腐蚀、导热性能等特点。

近年来,研究人员通过涂层技术实现了金刚石薄膜的制备,这种金刚石涂层具有优异的磨损性能,被广泛地应用于航空航天、机械制造、电子信息和生物医学等领域。

一、金刚石涂层的制备方法制备金刚石涂层的方法主要有化学气相沉积法、物理气相沉积法和电化学沉积法等。

其中,化学气相沉积法应用最为广泛,该方法利用一种特殊的气氛,将金属和碳源在高温、高压条件下反应,生成石墨烯等碳物质,再在模板上石墨烯表面再行活化,得到金刚石薄膜。

此外,物理气相沉积法与化学气相沉积法不同之处在于利用物理击中法制造金刚石薄膜,常用的制备方法为磨损法、熔融法等,最后得到的金刚石涂层厚度较厚。

二、金刚石涂层的性能研究1. 硬度性能金刚石涂层具有极高的硬度(18-50 GPa),能够有效抵抗磨损和划伤。

磨损实验结果表明,金刚石涂层的耐磨性能是普通材料的几千倍,可以有效地延长机械设备的使用寿命。

同时,金刚石涂层具有很好的化学稳定性和高温稳定性,能够适应复杂恶劣的使用环境。

2. 生物兼容性金刚石涂层具有良好的生物兼容性,可以被用于生物医学领域。

一个典型的例子是生物医学微电极,由于其小巧、灵敏和可靠的特点,成为体内电生理学和神经科学研究的重要手段。

金刚石涂层作为电极表面的材料,可以减少组织带来的反应,使电信号传输更加稳定和可靠。

3. 导电性能金刚石涂层本身不导电,但在一定条件下,可以加工后部分或全部导电,这种导电特性称为金刚石薄膜的“金属化”。

由于金刚石涂层是通过化学气相沉积或物理气相沉积法等高温过程制备而成的,在制备过程中可以控制其导电性能,从而应用于电子行业。

此外,金刚石涂层还具有良好的热导和导热性能,使其被广泛应用于制造热管理产品。

三、金刚石涂层的应用领域金刚石涂层具有高硬度、耐磨损、高温稳定性、优异的生物兼容性和导热性能等特点,被广泛地应用于航空航天、机械制造、电子信息和生物医学等领域。

热丝化学气相沉积(HFCVD)制备金刚石薄膜

热丝化学气相沉积(HFCVD)制备金刚石薄膜

热丝化学气相沉积(HFCVD)制备金刚石薄膜摘要:本文简要阐述了热丝CVD制备金刚石薄膜的技术原理,探讨了影响金刚石薄膜生长的主要因素,并简要介绍了几种CVD制备金刚石薄膜的方法。

关键词:金刚石薄膜热丝CVD 化学气相沉积法1. 引言上世纪80年代初,欧美日等发达国家掀起了化学气相沉积合成金刚石膜新材料的研究,到90年代,从理论上基本上摸清了化学气相沉积金刚石膜的生长机制,进入21世纪,无论从沉积技术,加工技术还是应用方面都取得了极大的进展。

这期间,人们开发了热丝CVD法,直流等离子CVD法,射频等离子CVD法,微波等离子CVD法,直流电弧等离子CVD法,火焰燃烧CVD法,甚至激光CVD法等,经过20多年的发展,就其产业化规模和影响力来讲,微波CVD和热丝CVD为主要应用技术。

2.金刚石的优点及应用金刚石又名钻石,是碳的同素异构体,属于立方晶系,具有面心立方结构,典型的原子晶体。

金刚石具有很多无与伦比的优异性能,机械特性、热学特性、透光性、纵波声速、半导体特性及化学惰性等,在自然界所有的材料中均是首屈一指的。

2.1 电学性能CVD金刚石相对其它半导体材料具有禁带宽度大,介电常数小及较高的载流子迁移率和极高的热导率,可作为高温半导体材料和发光材料[1,2]。

2.2 热学性能CVD金刚石膜具有高热导率、高绝缘电阻、极低热膨胀系数等特性,可作热沉处理。

(室温下金刚石导热率为硅的15倍、铜的5倍。

)例如可制作微波管、激光二极管、列阵器件、大功率集成电路等高功率密度电路元件散热片,从而提高该器件的功率寿命。

2.3 光学性能CVD金刚石膜透射光谱带最宽,对可见光与红外光透明、抗辐照损伤性强、耐腐蚀和耐磨损等特性,可用作窗口材料(如X光窗口、红外窗口等)和磁盘、光盘、透镜、窗口、紫外激光器、毫米波天线罩等保护涂层。

2.4 机械性能CVD金刚石膜具有高硬度和耐磨性,可制备高性能工具,高强度耐磨材料。

但是由于自然界中金刚石储量极少,并且开采也非常困难,因此价格昂贵,而且无论天然金刚石还是高温高压下合成的人造金刚石都是离散的颗粒状,应用范围受到了很大限制。

热丝法CVD金刚石制备技术

热丝法CVD金刚石制备技术

热丝法CVD金刚石制备技术摘要∶热丝法CVD金刚石制备技术目前具有代表性CVD金刚石生长技术之一。

本文将从热丝法沉积原理、基材选择、预处理技术、温度、气压、浓度、负偏压、掺硼CVD金刚石与CVD金刚石品质评价等方面做了简要阐述。

指出,这种方法虽然简单,但很实用。

现有工艺基础上,只要不断对其装备进行完善与工艺参数优化,同样可以生长出晶体尺寸大、质量上剩金刚石来。

1.引言早上个世纪80年代初,日本N。

Setaka等人用热丝CVD法沉积出了高质量多晶金刚石膜[1]。

自此以后,出现了许多不同化学气相沉积金刚石膜系统,如热丝CVD法、微波等离子CVD法、火焰燃烧CVD法、直流等离子辅助CVD法等。

热丝法化学气相沉积金刚石膜过程,热丝作用最为关键,它不仅可以使氢分子部分地离解成原子,而且也可以加速甲烷气体分解,产生具有合成金刚石必须SP3杂化轨道键碳原子基团。

氢原子可以饱生长金刚石表面上碳原子(c)悬空SP3键,即形成C-H键合SP3键,而使金刚石表面趋于稳定,同时它也蚀除掉与金刚石共同沉积石墨及无定型碳。

为了增强热丝活化区域温场均匀分布,必须特别注意热丝排布方式。

目前有代表性CVD金刚石生长技术大面积热丝CVD技术大功率(35kW或更高)微波技术。

大面积热丝CVD技术目前广泛应用比较成熟产业化技术,它生长面积已达到直径300mm以上,该方法涂层应用方面最为成功,代表性企业有著名美国SP3、Crystallame、CVD-diamond、Diamonex、DDK等公司。

近20年来,我国开发了大部分世界上现有CVD生长技术,其,开发最好热丝CVD金刚石设备技术,现阶段生长工艺技术基本成熟,已经开始小规模产业化生产,有批量产品进入国内外市场,技术国际上也属领先水平。

由于热丝化学气相沉积(HFCVD)金刚石薄膜技术成本较低,设备简单,而且易于大面积生长,因此,该方法能够生产出低成本,且适宜于工业应用金刚石薄膜。

但热丝CVD法需要控制因素较多,任何一个因素控制不好,就会得到质量不好金刚石薄膜,甚至沉积不出金刚石薄膜,因此有必要对其影响因素进行研究。

  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
不 同的表 面预 处理 方 法 和工 艺 ; 同 的表 面 预 处 理方 不
n h e n c e c q l t o h i n l .T a n l gan sz sb c a d c a g si h mia a i fte d a o d fms h edi o d f m ri ie e a e 5 tme malrwh n te d p s- n l u y m i m i m i ss le e e o i h t n tmp rt r s d c e s d fo 9 O ℃ t 0 ℃ .T e c e c u iyo i o d c aig s v r o rwh n te d p i e e au ewa e ra e r m O o o8 0 h h m a q a t fda n o t swa ey p o e h e - i l l m n o iin tmp r tr e o 7 0 ℃ . st e eau e b lw 0 o Ke r s:di o d c aig y wo d m a n o t s;c me td c r i e ;mo h lg ;txu e n e ne ab d s p r oo y e t r
质量 。在 硬质 合金 基体 上生 长 的金 刚石 薄膜 的组 织结 构及成 分 , 仅 取 决 于 C D沉 积 工 艺 和 方 法 , 不 V 而且 还
产品平均售价 的 ~÷。这 充分说明我 国的硬质合
二 叶
受沉 积基 体 的材质 特性 以及 表 面预 处理 工艺 和方 法 等
的影 响 J 。例如 : 于高钴 或 低 钴 硬质 合 金 , 采 用 对 应
Co tn s o C一 5% CO a ig n W 1
L U h I S a,YIDa - i g YU imi g n qn , Zh - n
( eat etfM t ilSi c & E gne n Dp r n o a r s c ne m ea e n i r g,Cnrl ot U i rt ei et uh n e i a S v sy,C a gh 10 3 ua h nsa 40 8 ,H nn,C i hn a)
我 国是硬 质合 金生 产大 国 ,9 9年 的产量 近 800 19 0 t但 年产 值较低 , 为 3 元 人 民币 。与 国际 产 品平 . 仅 0亿 均售 价相 比 , 国的硬 质 合 金 产 品 平均 售 价 仅 为 国际 我
1 1
前面 临着 2个必 须 解 决 的 主要 问题 : 改 善 金 刚石 薄 ① 膜与基 体 较差 的粘 结 性 能 ; 提 高 金 刚 石 薄 膜 本 身 的 ②
Absr c :Th r h lg txur d c e c lq a i fHF C ta t e mop oo y.e t ea h mia u lt o VD imo d fl n W C- 5% C u sr tswhc r r - n y da n mso i 1 o s b tae ih wee p e te td b wo se thn to e e iv siae y me n fXRD, EM d Ra a p cr m .T e rs l n iae h t rae ya t -tp ec igme h d w r n e tg td b a so S n a m n s e tu h e ut i dc td ta s
刘 沙 ,易丹青 , 余志 明
( 中南 大 学 材料 科 学 与 工程 系 , 南 长沙 40 8 ) 湖 103
摘 要 : 采用 X D,E R m n光谱仪等分析检测手段 , R S M, a a 研究 了 Y 。 G 硬质合金基体 经表面二步法浸蚀后 , 在其表 面用热 丝法沉积 出 的金刚石薄膜的晶体结构 、 组织及化学 纯度等。结果表明 : 硬质 合金基体 表面一定 深度 范 围内 C o含量 的变化 , 对金 刚石 薄膜 的 晶 体结构取 向 、 形态及 化学纯度等有很大影响 。C D沉 积温度从 90℃降至 80℃ , 组织 V 0 0 后一温度下 的金刚石薄膜的 晶粒尺寸是前一
温 下 { 积 度 低 7 ℃ 右 ,膜 金 石 度 大 低 度 的 沉 温 降 至 0 左 时 薄 的 刚 纯 大 降 。 0
关 键 词 : 刚 石 薄 膜 ;硬 质 合 金 ; 织 ; 构 金 组 结
Su yo h o p oo y e tr n h mia ai f a n td nteM r h lg ,T xu ea d C e clQu ly o mo d t Di
2 第2 2卷 期
20 0 2年 6月
矿 冶 工 程
M I NG NI AND ETALLURGI M CAL ENG l EER i G
Vo . 2 n
高 钴 硬 质 合 金 基 体 上 生长 金 刚 石 薄 膜 组 织 结 构 及 成 分 的 研 究
te Co c ne t ti h t hn e t f5 ym a r a afc in n te txu e ta somain,mo h lg r so main h o tns wi n t e ec i g d ph o h h d ge t" e t s o e t r rn fr to f o h p r oo ta fr t y n o
相关文档
最新文档