铜基体上CVD金刚石厚膜的制备_马丙现
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。
高质量CVD金刚石薄膜涂层拉拔模的制备与应用研究
高质量CVD金刚石薄膜涂层拉拔模的制备与应用研究唐庆顺;姚建盛;谢煌生;卢建湘【摘要】介绍化学气相法(Chemical Vapor Deposition,CVD)制备CVD金刚石薄膜涂层拉丝模方法,并在线材的拉拔生产过程中对其性能进行了应用研究.首先,采用热丝化学气相沉积法(Hot Filament Chernical Vapor Deposition,HFCVD)在硬质合金拉丝模的内表面(内孔直径为(φ)3.8mm)沉积了高质量的CVD金刚石薄膜.并采用扫描电镜、拉曼光谱对沉积在模具内孔表面的CVD金刚石薄膜的表面形貌、薄膜质量进行了检测和评估.在实际拉拔生产线上对制备的CVD金刚石薄膜涂层拉拔模具进行了应用试验.结果表明,金刚石薄膜涂层拉丝模的工作寿命比传统硬质合金模具提高了8～10倍,并且拉制的线材具有更好的表面质量.【期刊名称】《龙岩学院学报》【年(卷),期】2010(028)005【总页数】4页(P40-43)【关键词】CVD金刚石薄膜涂层拉拔模具;热丝CVD法;拉拔加工【作者】唐庆顺;姚建盛;谢煌生;卢建湘【作者单位】龙岩学院物理与机电学院,福建龙岩,364012;龙岩学院物理与机电学院,福建龙岩,364012;龙岩学院物理与机电学院,福建龙岩,364012;龙岩学院物理与机电学院,福建龙岩,364012【正文语种】中文【中图分类】TG174.41 前言随着我国国民经济的高速发展，电线电缆加工行业对各类金属线材的需求十分巨大，如全国持牌的电线电缆企业达3000多家，每年消耗的铜、铝材数以百万吨计，电焊条、钢缆等线材的需求也十分巨大。
这些企业必备的拉丝工序每年要消耗大量的拉拔模具，因此，拉拔模是电线电缆行业生产线材的重要工具，它是实现正常的连续拉伸，保证拉拔制品质量的关键。
在传统拉拔行业中，硬质合金模具以其价格低廉而得到广泛应用。
但由于硬质合金的粘结相Co比硬质相WC的硬度低而先行磨损，致使硬质相剥落；另外硬质合金中的WC颗粒棱角尖锐也易引起快速磨损，这些因素导致了拉拔模耐磨性下降，使用寿命短等缺陷，制约了劳动生产率的进一步提高及生产成本的降低；同时，作为战略物质的钨资源的不断减少以及硬质合金和铜价格的不断上升，使得提高拉拔模具寿命、改善产品质量、节约钨和铜资源成为铜管拉拔模具急需解决的问题。
几种CVD制备金刚石薄膜的方法
几种CVD制备金刚石薄膜的方法几种CVD制备金刚石薄膜的方法1.热丝CVD法此法又称为热解CVD法，Matsumoto等人采用热丝CVD法成功地生长出了金刚石薄膜。
该法是把基片(Si、Mo、石英玻璃片等)放在石英玻璃管做成的反应室内，把石英管内抽成真空后，把CH4和H2的混合气体输人到装在管中的钨丝附近(两种气体的流量比为0.5％-5％)。
用直流稳压电源加热钨丝到约2000℃，反应室内温度为700～900℃，基片温度为900℃左右，室内气体压力为1×103-1×105Pa。
在这样的反应条件下，CH4和H2混合气中的H2被热解，产生原子态氢，原子态氢与CH4反应生成激发态的甲基，促进了碳化氢的热分解，促使金刚石SP3杂化C-C键的形成，使金刚石在基片上沉积，获得立方金刚石多晶薄膜。
沉积速率为8-10μm/h 我国的金曾孙等人也用热丝CVD法生长出质量很好的金刚石薄膜。
实验表明，基片温度和甲烷的浓度是薄膜生长最为重要的参数，它们对金刚石薄膜的结构、晶形、膜的质量和生长速率影响甚大。
该法的特点是装置结构简单、操作方便、容易沉积出质量较好的金刚石膜。
2.电子加速CVD法此法是在用热丝CVD法沉积金刚石薄膜过程中，用热电子轰击基片表面，加速金刚石在基片上沉积。
与热丝CVD法不同的是，该法把电压正极接在用铝制成的基片架上，经加热的钨丝发射电子，电子在电场作用下轰击阳极的基片。
CH4和H2的混合气体被输送到基片表面，由于热反应和热电子轰击的双重作用，使气体发生分解，形成各种具有活性的碳氢基团，促使具有双键和三键的碳离解，加速金刚石的成核和生长。
基片可选用Si、SiC、Mo、WC、A12O3等材料。
一般的工艺参数是：甲烷为ψ(CH4)=0.5％～2.0％；气体流速为5-50cm3/min；基片温度在500～750℃之间；钨丝温度为2000℃；基片支架的电流密度为10mA/cm2，电压150V。
cvd法制备金刚石薄膜的国内外发展现状及趋势
cvd法制备金刚石薄膜的国内外发展现状及趋势
金刚石薄膜是一种具有极高硬度、抗磨损和耐腐蚀性能的表面涂层材料。
CVD法是制备金刚石薄膜的主要方法之一，其基本原理是在高温高压下，使气相中的碳源分解生成自由基，通过化学反应在基底表面沉积金刚石晶粒。
随着科技的不断发展，金刚石薄膜在多个领域得到了广泛应用，如制造光学透镜、太阳能电池、微机电系统等。
目前，国内外对CVD法制备金刚石薄膜的研究已取得了一定的进展。
国外主要研究机构有美国阿肯色大学、德国马克斯普朗克研究所等；国内则有清华大学、中科院物理研究所等。
在金刚石薄膜的研究方向上，国内外存在一些差异。
国外研究主要集中在提高金刚石薄膜的光学透过率、制备大面积金刚石膜、开发低成本制备方法等方面；而国内则主要关注提高金刚石膜的附着力、制备超薄金刚石膜、研究金刚石膜的力学性能等方面。
未来，CVD法制备金刚石薄膜的研究方向将更加多元化，如在金刚石膜的应用领域上，将会涉及到电子学、生物医学等领域；在制备方法上，将会研究更加高效、环保的制备方式。
同时，随着材料科学和纳米技术的不断发展，人们对于金刚石薄膜的研究也将更加深入。
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高质量CVD金刚石薄膜涂层拉拔模的制备与应用研究
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唐庆顺 ， 姚建盛 ， 煌生 ， 谢 卢建湘
热 导率 、 低摩 擦 系数 、 低热膨 胀 系数 和高化 学 稳定 性等 优异性 能［ 可 以成 为金属拉 拔模具 的材 料 。 ， 圳。
随着 我 国国民经济 的高速发 展 。 电线 电缆加 工 行业对 各类金属线 材的需求 十分 巨大 。 全 国持牌 如 的电线 电缆企业 达 ３０ ０ ０多家 ， 每年 消耗 的铜 、 铝材 数 以百万 吨计 ， 电焊条 、 钢缆 等线 材 的需求 也 十分
巨大 。 这些企业 必备 的拉 丝工序每年要 消耗大量 的
金属拉丝要 求拉丝模 的模孔表 面具有 较高 的硬度 ，
以保证金 属丝的尺 寸精度和 表面粗糙 度 ， 提高拉 并 丝模 的工作 寿命 。 金刚石涂层 拉拨模具则 以其优异
拉拔 模具 。 因此 ， 拔模 是 电线 电缆行 业 生产 线材 拉 的重 要工 具 ， 它是 实现正 常 的连续 拉伸 。 证拉 拔 保 制 品质量 的关键 。在 传统拉 拔行业 中 。 质合金模 硬 具 以其价格 低廉而得 到广泛应用 。 由于硬质合金 但 的粘 结相 Ｃ ｏ比硬质 相 ＷＣ的硬度低 而 先行 磨 损 。 致 使硬质 相剥落 ； 另外硬 质合金 中的 ＷＣ颗粒棱 角 尖锐也易 引起 快速磨损 ， 这些 因素导致 了拉拔 模耐 磨 性下 降 ， 使用 寿命 短等 缺 陷 ， 约 了劳动 生产 率 制 的进一 步提 高及 生产 成本 的 降低 ； 同时 ， 为 战略 作 物 质 的钨 资源 的不断 减少 以及 硬质 合金 和铜 价 格 的不 断上升 。 得提 高拉 拔模 具寿命 、 使 改善 产 品质 量、 节约钨和铜 资源成 为铜管拉 拔模具 急需解决 的
热丝CVD金刚石薄膜涂层工具的制备技术及应用研究
热丝CVD金刚石薄膜涂层工具的制备技术及应用研究胡东平;季锡林;刘伟;姜蜀宁;李力;何建军【期刊名称】《金刚石与磨料磨具工程》【年(卷),期】2002(000)006【摘要】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80μm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10μm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Al2O3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在单个晶粒上,造成金刚石晶界的断裂而使颗粒脱落,或裂纹扩展,金刚石薄膜出现非正常磨损.解决第一个问题的关键技术在于在硬质合金基体上沉积厚度大于300μm的金刚石薄膜,使后角磨损出现在金刚石膜层上,有望超过复合片的性能;第二个问题的关键技术在于制备超微细晶粒的金刚石薄膜并对目前的钻头结构进行改进,提高金刚石膜的表面光洁度和改变钻头的工作方式,避免非正常磨损的出现,有望在超硬材料的加工中得到应用.【总页数】4页(P13-16)【作者】胡东平;季锡林;刘伟;姜蜀宁;李力;何建军【作者单位】621900,四川绵阳,中国工程物理研究院结构力学研究所;621900,四川绵阳,中国工程物理研究院结构力学研究所;621900,四川绵阳,中国工程物理研究院结构力学研究所;621900,四川绵阳,中国工程物理研究院结构力学研究所;621900,四川绵阳,中国工程物理研究院结构力学研究所;621900,四川绵阳,中国工程物理研究院结构力学研究所【正文语种】中文【中图分类】TG7【相关文献】1.热丝CVD法制备大面积金刚石薄膜基片的变形 [J], 陈峰武;周灵平;朱家俊;李德意;彭坤;李绍禄2.热丝化学气相沉积（HFCVD）制备金刚石薄膜涂层刀具 [J], 宋亚林;程敏;3.用热丝CVD技术制备场发射冷阴极金刚石薄膜(英文) [J], 张志勇;王雪文;赵武;戴琨;陈治明4.热丝CVD金刚石薄膜制备及碳纳米管形核作用的研究 [J], 侯亚奇;庄大明;张弓;吴敏生;刘家浚5.辅助偏压等离子体热丝CVD方法制备金刚石薄膜的研究 [J], 张志勇;王雪文;赵武;陈治明;周水仙因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
大尺寸CVD金刚石厚膜的制备及应用
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料
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１ ７卷
图 １ Ｅ Ｃ Ｄ 法 合 成金 刚石膜 的反 应 装置 ．它 主 要 由反 应腔 、 空 系统 、反 应 气体 输 是 Ａ Ｖ 真 运 和 控 制 系 统 、水 冷 系统及 电源 系统 组 成 ． 反 应 腔为 双 层 水 冷 不锈 钢 钟 罩 ，透 过 其 上 的 玻璃 窗 可 观 察膜 的 生 长过 程 ．反 应 腔 用 机 械泵 抽 真空 ．极 限真 空 度 １ Ｐ ．反 应 气 体 经 质 ０ ａ 量 流量 计控 制 由钟 罩 上 方 的 进气 口输 送 进 反 应 腔 ．基 片 安 放在 水 冷样 品 台上 ．可 通 过 调 节 冷 却 水 流量 的大 小和 基 片与 灯 丝 的距 离 来控 制 基 片 温 度 ．基 片 、灯 丝 之 间接 直 流 电源 ，基 片接 电源 正 极 灯 丝温 度 用光 学 高 温 计 测量 ，基 片 的温 度 由热 电偶 测 得 ． ２２ 金 刚 石膜 的制 备 ．
于国产 聚 晶． 用这 种 金刚石 制成 的拉 丝模具 可 广泛用 于拉嗣钨 、钼 、锕和 不锈 钢丝
关 键 词 ：Ｃ ＶＤ 金 刚石厚膜 ；电子辅助 ；拉丝 模具 文献 标识码 ：Ａ
中图分 类号 ：Ｏ ４ ４ ８
１ 引 言
近 年 来 ，在 Ｃ ＶＤ金 刚 石 生 长机 理 研 究的 指导 下 ．随着 合 成装 置 的改 进 ，监 测 手 段 的 完 备 和提 高 ， Ｃ ＶＤ金 刚 石 研究 取 得 了 长足 的进 步 ，合 成 出的金 刚石 多 晶膜 的硬 度 、纯 度 、热 导 率 、弹 性 模量 、透 光性 、折 射 率 和 介 电常 数等 性 能指 标 均 达 到 或接 近 天 然金 刚 石 的 相 应 值 ．在机 械 、热 学 、光 学 、声 学 等 方 面得 到 广 泛应 用 Ｉ 】 １． ． ２ 但制约 Ｃ ＶＤ金 刚 石 产业 化发 展 的 关键 问题 依 然 存在 ：受制 备 技 术 的限 制 ， Ｃ ＶＤ 金 刚 石 生 产 成 本偏 高 ，在工 具 应 用 领 域 面 临传 统 金 刚 石 （ 然及 合 成单 晶 、聚 晶） 天 的激 烈 竞 争 ； ｃ ＶＤ金 刚 石 薄膜 涂 层 制 品 由于 未 能解 决 批量 生 产 中 的质 量控 制 问题 ，至今 无 法 打 开 大规 模 进 入 市 场 的大 门 ；Ｃ ＶＤ金 刚石 的光学 和 热 学应 用 也 由于 精 加工 技 术 和价 格 门槛 ，难于 被 使 用者 广 泛接 受 ．因此 有 必要 针 对 ｃ Ｄ 金刚 石 实用 化过 程 中遇到 的关键 问题 进 行 深 入研 究． Ｖ 尤其 是 降低 制 备成 本 问题 ． 降低 Ｃ ＶＤ金 刚 石 生产 成 本 的途径 主要 有扩 大 膜 的 生长 尺寸 和 提 高 膜 的 生长 速 率 ．太 面 积 高 速 率地 生 长金 刚石 是 Ｃ Ｄ 金 刚石 产业 化 必 备 的技 术 基 础 ． 目前 国 内产 业化 的 Ｃ Ｖ ＶＤ金 刚石 生产 技 术 基 本停 留在 生长 尺寸 粕 Ｏ Ｏｍｍ 、 长速 率 ５ １￣ｎ ｈ的 水平 与 国 际先 进 ￣ｌＯ 生 ～ ０ｔ ／ ｒ 水 平 存在 较 大 的差 距 ｉ 园而 有 必 要进 一 步 发 展大 尺 寸 、高 速 率 Ｃ ａ Ｊ ＶＤ 金刚 石 制 备 技 术 ．
钢基CVD 金刚石薄膜的制备、微结构及其机械性能的研究
书山有路勤为径，学海无涯苦作舟
钢基CVD 金刚石薄膜的制备、微结构及其机械性能的研
究
钢基CVD 金刚石薄膜的制备、微结构及其机械性能的研究
魏秋平1, 2 余志明1, 2
(1.中南大学材料科学与工程学院长沙410083;2.中南大学粉末冶金国家重点实验室长沙410083)
摘要金刚石具有最高的硬度、极高的耐磨和抗腐蚀性、极低的摩擦系数，这些特性使CVD 金刚石膜成为加工工具和耐磨零件的最佳防护涂层材料之一。
由于这些工件的失效通常始于表层，金刚石膜涂层钢基工具能有效提高工件的使用寿命和加工性能，可实现高效、高速、高精度加工。
尽管市场潜力巨大，但是金刚石膜涂层钢基工件的实际应用却一直受到某些因素的制约，主要是由于Fe 具有高溶碳性、催生石墨相和高热膨胀系数等特点，使得在钢基工件表面难以直接获得高质量、高结合强度的CVD 金刚石膜。
解决上述问题的关键在于找到某种中间过渡层，既能保证金刚石膜的高形核率和高质量，又同时可以保证金刚石膜/过渡层和过渡层/基体两个界面具有良好的结合强度。
基于这一原则，本文首先以化学热处理表面改性法作为切入点，发现高
速工具钢经渗铬热处理后能在基体表面形成一层富Cr 层，该处理能显著提高金刚石膜的形核密度，在优化工艺条件下能获得平滑致密、质量良好的金刚石薄膜，但是，低载荷压痕测试表明膜-基结合强度仍然不够理想。
此后，本文将研究重点转向通过其他方式寻找合适的中间过渡层隔离Fe 元素。
首先，采用反应磁控溅射技术在高速工具钢基体上制备了W-C 梯度过渡层，并研究了该过渡层对CVD 金刚石薄膜的影响，最终发现反应溅射W-C 梯。