金刚石涂层刀具的应用
?l2?磨辩磨具通讯1995年第u期
诸多制备方法中,应用较广,宴用性较强,并且装
置简单,成本低廉的方法就是辉光放电等离子体
CVD技术.目前类金剐石薄膜的研究和开发基
本上都采用这种方法.目前辉光放电等离子体
CVD技术制备的类金刚石薄膜已经达到了实用
化水平,作为超硬涂层已应用于刀具,作为光学
保护涂层已应用于红外窗口,作为防腐涂层已应
用于工作于海上的金属应变梁传感器等等.
2.金刚石薄膜
由于金刚石薄膜研究热潮的兴起,制备金刚
石薄膜的方法——cVD技术也随之而倍受人们
青睐.与金刚石颗粒的高温高压法相比,CVD技
术装置简单,成本低廉,并且能生长出高纯度金
刚石,而且涂层状态出现于材料领域,使得许
多颗粒状金剐石无法应用的领域如光学,微电子
学等被开发目前.已经有许多制备金剐石薄膜
的CVD技术被开发出来,这里简介三种应用较
广,并具代表性的CVD技术.
热丝CVD技术.热丝CVD技术是沉积金
刚石薄膜最流行的方法热丝温度约2000?,工
作气体为有机气体和氢的混合气体,其中碳浓度
在0l,20,村底温度在800t000?,反应
压强5O,100乇.热丝的作用就是把混合气体分
解为活性基和原子氢,使它们在衬底表面反应,
生长出金刚石.热丝CVD的优点就是装置简
单,并易做到大面积,大规模生长,不足之处就是
热丝翁碳化而产生扭档和变形,影响薄膜生长.
微波等离子体CVD技术.2.45GHz微波等
离子体CVD技术技认为是目前CVD金刚石薄
膜技术中较完美的一种,其最大的优点就是能够
生长高纯度,高质量金刚石薄膜,微波等离子体
CVD装置,作为反应室的石英管从波导管中部
穿过,混合气体在徽被作用下电离为等离子俸悬
浮在微波空洞中,在那里沉积金喇石薄膜作为
CVD金刚石薄膜技术的应用基础研究,微波等
离子体cVD被认为是最好的.
直流放电CVD技术.此法制备金刚石薄膜
的生长速率约1O,20~m/h,可谓高速生长,但
是,目前这种技术生长的金刚石薄膜晶形不好,
生长面积太小,并且生长温度不易控制.
3.立方氮化霸薄膜
这里简介一种装置简单,能够稳定生长出
CBN薄膜,并且具有推广价值的CVD技术即热
丝辅助射频等离子体cVD,工作气体为NH./
B:H.混合气体(分别用H:稀释到1),热丝温
度1600~2000?,衬底温度750,850?,反应压
强80~660PlCBN的生长强烈地依赖于热丝温
度和工作压强,如当热丝温度低于1600?时,沉
积膜为六方BN(h—BN),而高于16001C时,以
CBN为主;当工作压强为400P|时,沉积膜以
CBN为主.而大于660P.时,以h,BN为主.当
工作压强小于80P.时,沉积膜为非晶态BN目
前,CVD立方氮化硼薄膜技术的研究尚属起步
阶段,其生长机理还在探索之中,从已经得到的
实验结果来看,这项技术的潜在应用领域是很大
的.
摘自《表面技术》95,(5)
(三磨所李铭铭)
台材料及难加工的材料.CVD垒刚石是在低温
和低压下制成,且不带粘结相,得到的是非常纯
热性和化学情性等等.Norton金剐石涂层公司
生产的CVD金剐石以两种形式提供:(1)作为
No.11.1995AbrasivesNeWS?13?
氮化硅刀具的涂层(薄膜);(2)作为单独的刀片
坯料(厚膜)焊接到刀具上.
多晶金喇石(PCD)和CVD金刚石刀具可
用于许多相同的领域.PCD更适合于粗加工和
要求刀具具有高的断裂韧性的场合.因为PCD
的钴牯结剂使其更耐碎裂和断裂,而钴也正是
PCD弱性的根源:它降低了PCD的硬度,使其
对腐蚀敏感(特别在加工塑料时,更是这样).同
时加速了高温时的氧化,因为钴加速金刚石向石
墨的转变.
CVD金喇石刀具在精加工,半精加工以及
连续车削时更胜一筹,因为它较PCD有2,10
倍的耐磨性,具有更好的导热性和化学及热稳定
性.而CVD金喇石刀具的断裂韧性较PCD为
低,然而这可以从它较好导热性和热稳定性得到
一
些补偿,CVD能以更高的速度加工,这样,减
少了切削负荷,同时保持了生产率.
PCD和CVD的另一个不同点是耐磨性和
晶粒大小的关系.对PCD刀具来说,晶粒越大越
耐磨.大晶粒的刀具用于粗车,晶粒小的刀具加
工出更低的粗糙度.典型的PCD刀具有5,10,
25~tw-几种晶粒尺寸.CVD金刚石涂层刀具的工
艺能生产出_定范围的晶粒尺寸(小于1,
50#m).不同的是,对CVD刀具来说,较小的晶
粒尺寸和较大的晶粒尺寸的刀具一样耐磨.
最后,CVD金喇石刀具最适合做成复杂几
何形状的刀具.因为cVD除了做成单独的刀片
坯料以外,还可作为涂层使用.PCD一般只做成
简单的几何形状,除非用特殊设备磨削或对其进
行电加工.
CVD厚膜刀片是做成0.5一仉6ram厚的单
独的刀片,经切割,抛光,再焊到硬质合金基体
上,刀片再磨至一定的几何形状和制作PcD刀
片差不多.大多数汽车铝工件,加工时用冷却液.
CVD金刚石刀片不用冷却液能成功地加工以下
材料:石墨,玻璃纤维管,带30石英纤维屡的
玻璃纤维,氧化铍和含30碳的酚醛.
CVD金刚石刀具胜过PCD的一个领域是
活塞车削.此处很少有间断切削,切深和进给量
也属中等,故冲击最小.
在加工铝金属基的复合物fMMCs)时,
CVD厚膜刀具的加工性能取决于加工工序(车
或虢),被加工的合金以及加工参数v,f.
在对30碳加强的酚醛密封材料的平面进
行糟加工时,CVD金刚石薄膜具有极好的耐磨
性和耐腐蚀磨损的性能.碳使材料具有磨砺性,
而加工中产生的热使材料具有化学腐蚀性.加工
参数是;V一122m/min,f一0.076mm/r,ap=0.
635mm.在这一加工中,无论硬质合金或PCD刀
具,成本都很高.
随着涂屡技术的成熟以及轻质铝合金,复合
材料和非金属材料取代钢铁材料曲进展,CVD
金刚石刀具将会更迅猛的发展.
摘自《机械工艺师》95,(9)
(三磨所李铭铭)
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