資源描述：
《超硬材料薄膜涂層研究進展及應用論文》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內(nèi)容在工程資料-天天文庫。
1、超硬材料薄膜涂層研究進展及應用論文摘要：CVD和PVDTiN，TiC，Ti，TiAlN等硬質(zhì)薄膜涂層材料已經(jīng)在工具、模具、裝飾等行業(yè)得到日益廣泛的應用，但仍然不能滿足許多難加工材料，如高硅鋁合金，各種有色金屬及其合金，工程塑料.freelondfever)。這是因為金剛石除具有無與倫比的高硬度和高彈性模量之外，還具有極其優(yōu)異的電學(電子學)、光學、熱學、聲學、電化學性能(見表1)和極佳的化學穩(wěn)定性。大顆粒天然金剛石單晶(鉆石)在自然界中十分稀少，價格極其昂貴。而采用高溫高壓方法人工合成的工業(yè)金剛石大都是粒度
2、較小的粉末狀的產(chǎn)品，只能用作磨料和工具(包括金剛石燒結體和聚晶金剛石(PCD)制品)。而采用化學氣相沉積(CVD)方法制備的金剛石膜則提供了利用金剛石所有優(yōu)異物理化學性能的可能性。經(jīng)過20余年的努力，化學氣相沉積金剛石膜已經(jīng)在幾乎所有的物理化學性質(zhì)方面和最高質(zhì)量的IIa型天然金剛石晶體(寶石級)相比美(見表1)?；瘜W氣相沉積金剛石膜的研究已經(jīng)進人工業(yè)化應用階段。表1金剛石膜的性質(zhì)Table1PropertiesofchamondfilmCVD金剛石膜天然金剛石點陣常數(shù)()3.5673.567密度(g/cm3
3、)3.513.515比熱Cp(J/mol,.freel/s)18200摩擦系數(shù)0.05-0.150.05-0.15熱膨脹系數(shù)(×10-6℃-1)2.01.1***熱導率(CMs(多芯片三維集成)技術的散熱片(熱沉)和功率半導體器件(Po。金剛石薄膜涂層硬質(zhì)合金工具的加工材料范圍和金剛石厚膜工具完全相同，在切削高硅鋁合金時一般均比未涂層硬質(zhì)合金工具壽命提高lO～20倍左右。在切削復合材料等極難加工材料時壽命提高幅度更大。金剛石薄膜涂層工具的性能與PCD相當或略高于PCD，但制備成本比PCD低得多，且金剛石薄膜
4、可以在幾乎任意形狀的工具襯底上沉積，PCD則只能制作簡單形狀的工具。金剛石薄膜涂層工具的另一大優(yōu)點是可以大批量生產(chǎn)，因此成本很低，具有非常好的市場競爭能力。金剛石薄膜涂層硬質(zhì)合金工具研發(fā)的一大技術障礙是金剛石膜與硬質(zhì)合金的結合力太差。這主要是由于作為硬質(zhì)合金粘接劑的Co所引起。碳在Co中有很高的溶解度，因此金剛石在Co上形核孕育期很長，同時Co對于石墨的形成有明顯的促進作用，因此金剛石是在表面上形成的石墨層上面形核和生長，導致金剛石膜和硬質(zhì)合金襯底的結合力極差。在20世紀80年代和90年代無數(shù)研究者曾為此嘗
5、試了幾乎一切可以想到的辦法，今天，金剛石膜與硬質(zhì)合金工具襯底結合力差的問題已經(jīng)基本解決。盡管仍有繼續(xù)提高的余地，但已經(jīng)可以滿足工業(yè)化應用的要求。在20世紀后期，國外出現(xiàn)了可以用于金剛石薄膜涂層工具大批量工業(yè)化生產(chǎn)的設備，一次可以沉積數(shù)百只硬質(zhì)合金鉆頭或刀片，拉開了金剛石薄膜涂層工具產(chǎn)業(yè)化的序幕。一些專門從事金剛石膜涂層工具生產(chǎn)的公司在國外相繼出現(xiàn)。目前，金剛石薄膜涂層工具主要上市產(chǎn)品包括：金剛石膜涂層硬質(zhì)合金車刀、銑刀、麻花鉆頭、端銑刀等等。從目前國外市場的銷售情況來看，銷售量最大的是端銑刀、鉆頭和銑刀。大
6、量用于加工復合材料和汽車工業(yè)中廣泛應用的大型石墨模具，以及其它難加工材料的加工?？赊D位金剛石膜涂層車刀的銷售情況目前并不理想。這是因為可轉位金剛石膜涂層刀片的市場主要是現(xiàn)代化汽車工業(yè)的數(shù)控加工中心，用于高硅鋁合金活塞和輪轂等的自動化加工。這些全自動化的數(shù)控加工中心對刀具性能重復性的要求十分嚴格，目前的金剛石膜涂層工具暫時還不能滿足要求，需要進一步解決產(chǎn)品檢驗和生產(chǎn)過程質(zhì)量監(jiān)控的技術。目前國外金剛石膜涂層工具市場規(guī)模大約在數(shù)億美元左右，僅僅一家只有20多人的小公司(美國SP3公司)，去年的銷售額就達2千多萬美
7、元。國內(nèi)目前尚無金剛石膜涂層產(chǎn)品上市。國內(nèi)不少單位，如北京科技大學、上海交大、廣東有色院、勝利油田東營迪孚公司、吉林大學、北京天地金剛石公司等都在進行金剛石膜涂層硬質(zhì)合金工具的研發(fā)，目前已在金剛石膜的結合力方面取得實質(zhì)性進展。北京科技大學采用滲硼預處理工藝(已申請專利)成功地解決了金剛石膜的結合力問題，所研制的金剛石膜涂層車刀和銑刀在加工Si-12％AI合金時壽命可穩(wěn)定提高20-30倍。并已成功研發(fā)出“強電流直流擴展電弧等離子體CVD"金剛石膜涂層設備(已申請專利)。該設備將通常金剛石膜沉積設備的平面沉積方
8、式改為立體(空間)沉積，沉積空間區(qū)域很大，可容許金剛石膜涂層工具的工業(yè)化生產(chǎn)。該設備可保證在工具軸向提供很大的金剛石膜均勻沉積范圍，因此特別適合于麻花鉆頭、端銑刀之類細長且形狀復雜工具的沉積。目前已經(jīng)解決這類工具金剛石膜沉積技術問題，所制備的金剛石膜涂層硬質(zhì)合金鉆頭在加工碳化硅增強鋁金屬基復合材料時壽命提高20倍以上。目前能夠制備的金剛石膜涂層硬質(zhì)合金鉆頭最小直徑為lmin。目前正在和國內(nèi)知名設備制造廠商(北京長
