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改进CVD系统制备金刚石薄膜

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第１８卷第２期　２００２年６月　天　津　理　工　学　院　学　报　ＪＯＵＲＮＡＬ　ＯＦ　ＴＩＡＮＪＩＮ　ＩＮＳＴＩＴＵＴＥ　ＯＦ　ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ　Ｖｏ【．１８　ＮＯ．２　Ｊｕｎ．２００２　文章编号：１００４—２２６１（２００２）０２—００５—０２　改建ＣＶＤ系统制备金刚石薄膜　吴小国，曲长庆，朱　宁，陈希明，常　明　（天津理工学院　光电信息与电子工程系，天津３００１９１）　摘要：用一台常规的真空镀膜机改建为化学气相沉积（ＣＶＤ）系统，并用以制备金刚石薄　膜．采用ＳＥＭ、ＸＲＤ、Ｒａｍａｎ测试表明，金刚石薄膜质量较好．　关键词：化学气相沉积（ＣＶＤ）；金刚石薄膜；Ｒａｍａｎ光谱；Ｘ射线衍射　中图分类号：０４８４．４　文献标识码：Ａ　Ｒｅｂｕｉｌｄｉｎｇ　ＣＶＤ　ｓｙｓｔｅｍ　ｆｏｒ　ｐｒｅｐａｒｉｎｇ　ｄｉａｍｏｎｄ　ｆｉｌｍｓ　ＷＵ　Ｘｉａｏ—ｇｕｏ，ＱＵ　Ｃｈａｎｇ－ｑｉｎｇ，ＺＨＵ　Ｎｉｎｇ，ＣＨＥＮ　Ｘｉ—ｍｉｎｇ，ＣＨＡＮＧ　Ｍｉｎｇ　（Ｄｅｐｔ．ｏｆ　Ｏｐｔｏ．Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｅｎｇ．，Ｔｉａｎｊｉｎ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，　Ｔｉａｎｊｉｎ　３００１９１，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ（ＣＶＤ）ｓｙｓｔｅｍ　ｗｉｔｈ　ｖａｃｕｕｍ　ｐｌａｔｉｎｇ　ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　ｗａｓ　ｒｅｂｕｉｌｔ．　ａｎｄ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｐｒｅｐａｒｅａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｄｉａｍｏｎｄ　ｆｉｌｍｓ　ｂｙ　ｉｔ．Ｒｅｓｕｌｔｓ　ｉｎｄｉｃａｔｅ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｆｉｌｍｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｏｆ　ｄｉａｍｏｎｄ　ｂｙ　ｕｓｉｎｇ　ＳＥＭ，ＸＲＤ，Ｒａｍａｍ　ｉｓ　ｂｅｔｔｅｒ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｃｈｅｍｉｃａｌ　ｖａｐｏｒ　ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ（ＣＶＤ）；ｄｉａｍｏｎｄ　ｆｉｌｍ；ｒａｍａｎ；ＸＲＤ　化学气相沉积（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ，　简称ＣＶＤ）是一种重要的薄膜制备技术．它具　有装置较简单，沉积率高，化学组分易控制，因　而在生产和科研中被广泛采用，但现实中很少有　现成的ＣＶＤ系统，一般都是采用真空镀膜机或　真空设备改造而成．为了掌握这种重要的薄膜沉　积技术，把一台常规的真空镀膜机（北京仪器厂　ＤＭ～３００Ｂ型）改建为ＣＶＤ系统，并在其上制　备出了金刚石薄膜．选择金刚石膜作为ＣＶＤ系　统的制膜对象，是因为它本身是一种近年来新发　展的高新技术，具有高硬度、高电阻率、低摩擦　系数、耐高温、抗化学腐蚀和防辐射等优异的物　理化学性质Ｌｌ　．广泛用于机械、电子、光学和　航空航天以及军事等工业部门．又由于金刚石薄　膜存在压阻效应，因此可制作微型、高温压力传　感器Ｌ２　．并且，它不象其他许多ＣＶＤ系统那样　采用有剧毒或有严重腐蚀性气体，因而比较安　全，又由于资金投入相当少，所以还适合许多专　业学生的实验，　１设备的改造　利用原有的一台ＤＭ一３００Ｂ镀膜机（ＣｖＤ　系统一般不需要高真空），改造为热灯丝法ＣＶＤ　沉积系统（ＨＦＣＶＤ）．气源采用甲烷（或丙酮　等）和氢气来制备金刚石膜．改造时增加的仪器　设备包括一台用于基底灯丝加热的５　ｋＷ变压　器．和３　ｋｗ调压器各一台，控制和指示甲烷和　氢气流量的１９０７质量流量计一台，测量灯丝温　度的红外测温计一台．测量基底温度的热电偶以　及钼底座等一些自制设备．整体安装如图１所　示．　２沉积金刚石膜过程　采用上述设备制备金刚石薄膜，在Ｐ型或Ｎ　收稿日期：２００２—０１—１６　基金项目：国家教育部重点基金资助项目（００１３４）；天津自然科学基金重点资助项目（００３８００２１１）　第一作者：吴小国（１９６０一

），男，实验师　维普资讯 http://www.cqvip.com ６　天津理工学院学报　ｌ８卷　型１００硅片基底上制备金刚石薄膜的大致过程如　下：　ｌ　

图１　ＣＶＤ方法制备金刚石膜的装置图　Ｆｉｇ．１　ＣＶＤ　ｄｅｖｉｃｅ　ｆｏｒ　ｄｉａｍｏｎｄ　ｆｉｌｍｓ　１）用０．５人工合成金刚石粉对硅基片进行　擦磨，使其表面形成有利于生长金刚石的痕迹，　然后用金刚石微粉和有机溶剂的混合物中用超声　波处理２０　ｍｉｎ．　２）把处理好的硅基片放在基底钼片上，灯　丝与衬底硅的间距为５　ｍｍ～１０　ｍｍ，灯丝是两　根６　ｍｍ钽丝．盖上钟罩，用机械泵抽空至３　Ｐａ　——１０　Ｐａ．　３）甲烷按０．７～１．４　ｓｃｃｍ，氢气按８０　ｓｃｃｍ　～２００　ｓｃｃｍ的流速充入两种气体（由１３０７质量　流量计控制），直至气压稳定在５　ｋＰａ～６　ｋＰａ．　４）加热灯丝，通冷却水，用红外测温计测　量灯丝温度，调节灯丝电压，使灯丝温度稳定在　１８５０℃～２２００℃，用热电偶测量基底温度，调节　基底灯丝电压将基底温度稳定在６５０℃～８５０℃．　５）保持上述流量、气压和温度，观察硅基　片上反射光颜色的变化，以了解薄膜的生长情　况．　６）约７　ｈ～１０　ｈ后，先关断甲烷气体，１０　ｍｉｎ～２０　ｍｉｎ后关灯丝电源和基底电源，最后关　氢气源；２０ｍｉｎ后关冷却水，等基底温度下降到　７０度对真空室放气，提起钟罩，取出样品．　３　实验结果　本台ＣＶＤ实验设备生长金刚石膜的一些结果：　图２为电子显微镜ＳＥＭ观察金刚石膜的表面　形态生长的金刚石膜的颗粒较好，膜内晶粒均匀，　达到微米量级．图３是金刚石薄膜拉曼散射光谱　图，在图中１３３２　ｃｌｎ－１除了尖锐的金刚石峰外，没　有石墨峰，只是１５５０　ＣＩＴＩ　处有无定形碳的微弱　峰　，这说明生长出的金刚石薄膜质量很好　

图２金ｌ＊１０石膜的ＳＥＭ照片　Ｆｉｇ．２　ＳＥＭ　ｏｆ　ｄｉａｍｏｎｄ　ｆｉｌｍｓ　

图３金刚石膜的Ｒａｍａｎ光谱　Ｆｉｇ．３　Ｒａｍａｎ　ｓｐｅｃｔｒｕｍ　ｏｆ　ｄｉａｍｏｎｄ　ｆｉｌｍｓ　４　结　论　１）灯丝温度和基底温度过低对沉积金刚石　膜的影响．钽灯丝和基底灯丝作为激活源，其温　度对沉积物的结构有很大影响，当钽灯丝和基底　温度过低时，金刚石表面的Ｃ原子的悬键被Ｈ　饱和，虽然这时Ｃ键是ｓｐ　杂化键，但是因为Ｃ　键被Ｈ饱和，所以沉积上的Ｃ原子无法与衬底　表面的Ｃ原子接近和键合，而且金刚石成分大　幅度地减少并形成非晶态（如图４，Ｘ射线衍射　图谱所示）．　２）灯丝温度和基底温度过高对沉积金刚石　膜的影响．如果基底灯丝温度过高时，金刚石表　面的Ｃ原子如果没有Ｈ饱和，Ｃ的悬键将倒伏　在表面上，并与表面上邻近的Ｃ原子悬键结合，　趋向于形成　构形，这时沉积ｃ原子在它上面　就不可能形成ｓｐ　构形的金刚石，而只能是ｓｐ３　构形的石墨，所以在高温下只能形成以石墨为主　的金刚石膜．　（下转第】６页）

　维普资讯 http://www.cqvip.com １６　天津理工学院学报　１８卷　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ａｉｄ　ｏｆ　ｍｏｌｅｃｕｌａｒ　ｔｅｍｐｌａｅｓ—ａ　ｗａｙ　ｔｏｗａｒｄｓ　ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ　ａｎｔｉｂｏｄｉｅｓ［Ｊ］．Ａｎｇｅｗ．Ｃｈｅｍ．Ｉｎｔ．Ｅｄ．Ｅｎｇ１．，　１９９５，３４：１８１２．　［１０］Ｏｓａｄａ　Ｙ．Ｃｈｅｍｉｃａｌ　ｖａｌｖｅｓ　ａｎｄ　ｇｅｌ　ａｃｔｕａｔｏｒｓ［Ｊ］．Ａｄｖ．　Ｍａｔｅｒ．，１９９１，３：１０７．　１　１　１］Ｏｓａｄａ　Ｙ．Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ　ｏｆ　ｃｈｅｍｉｃａｌ　ｉｎｔｏ　ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ｅｎｅｒｇｙ　ｂｙ　ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ　ｐｏｌｙｍｅｒｓ（ｃｈｅｍｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ｓｙｓｔｅｍｓ）［Ｊ］．　Ａｄｖ．ｉｎ　Ｐｏｌｙｍ．Ｓｃｉ．，１９８７，８２：１．　［１２］Ｏｓａｄａ　Ｙ，Ｇｏｎｇ　Ｊ　Ｐ，Ｓａｗａｈａｔａ　Ｋ．Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ，　ｍｅｃｈａｎｉｓｍ，ａｎｄ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ａｎ　ｅｌｅｃｔｒｏ—ｄｒｉｖｅｎ　ｃｈｅｍｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ｓｙｓｔｅｍ　ｕｓｉｎｇ　ｐｏｌｙｍｅｒ　ｇｅｌｓ［Ｊ］．Ｊ．　Ｍａｃｒｏｍｏ１．Ｓｃｉ．：Ｃｈｅｍ．，１９９１，Ａ２８：ｌ１８９．　［１３］Ｏｓａｄａ　Ｙ，Ｏｋｕｚａｋｉ　Ｈ，Ｈｏｒｉ　Ｈ．Ａ　ｐｏｌｙｍｅｒ　ｇｅｌ　ｗｉｔｈ　ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ　ｄｒｉｖｅｎ　ｍｏｔｉｌｉｔｙ［Ｊ］．Ｎａｔｕｒｅ，１９９２，３５５：２４２．　［１４］Ｏｓａｄａ　Ｙ，Ｕｍｅｚａｗａ　Ｋ，Ｙａｍａｕｃｈｉ　Ａ．Ｅｎｔｒａｉｎｅｄ　ｒｅｓｐｏｎｓｅｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｏｓｃｉｌｌａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｐｏｌｙｍｅｒ　ｇｅｌｓ　ｔＯ　ｓｉｎｕｓｏｉｄａｌ　ｓｔｉｍｕｌａｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｂｕｌ１．Ｃｈｅｍ，Ｓｏｃ．Ｊｐｎ．，　１９８９，６２：３２３２．　１１５］Ｋｕｈｎ　Ｗ，Ｈａｒｇｉｔａｙ　Ｂ，Ｋａｃｈａｌｓｋｙ　Ａ，ｅｔ　ａ１．Ｄｉｌａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｃｏｎｔｒａｃｔｉｏｎ　ｂｙ　ｃｈａｎｇｉｎｇ　ｔｈｅ　ｓｔａｔｅ　ｏｆ　ｉｏｎｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｈｉｇｈ—　ｐｏｌｙｍｅｒ　ａｃｉｄ　ｎｅｔｗｏｒｋｓ￣Ｊ］．Ｎａｔｕｒｅ，１９５０，１６５：５１４．　１１６］Ｔａｎａｋａ　Ｔ，Ｎｉｓｈｉｏ　Ｉ，Ｓｕｎ　Ｓ－Ｔ，ｅｔ　ａ１．Ｃｏｌｌａｐｓｅ　ｏｆ　ｇｅｌｓ　ｉｎ　ａｎ　ｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｆｉｅｌｄ［Ｊ］．Ｓｃｉｅｎｃｅ，１９８２，２１８：４６７．　

（上接第６页）　●一　Ｃ　●　ａ　２０　４０　６０　∞Ｌ９９　１２０　Ｌ４０　２ｅ，（ｏｌ　图４非定形碳的Ｘ射线衍射　Ｘ—ｒａｙ　ｄｉｆｆｒａｃｉｏｎ　ｏｆ　ａｍｏｒｐｈｏｕｓ　ｃａｒｂｏｎ　参　考　文　献：　［１］王万录，廖克俊．ＣＶＤ金刚石膜研究进展和应用［Ｊ］．　真空科学与技术，１９９９，１９（增刊）：５５—５９．　［２］杨保和，常　明，吴小国，等．金刚石薄膜压力传感器　的研究［Ｊ］．材料导报，２０００，１４（８）：７ｌ一７４．　１　３］Ｙａｓｕａｋｉ　Ｅｉｎａｇａ．Ａｓｔｕｄｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ　ｇｒｏｗｔｈ　ｏｆ　ｈｉｇｈｌｙ　ｂｏｒｏｎ—ｄｏｐｅｄ　ＣＶＤ　ｄｉａｍｏｎｄ：ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｇｒａｄｅｄ－ｍｏｒｐｈｏｌｇｙ　ｄｉａｍｏｎｄ　ｔｈｉｎ　ｆｉｌｍｓ［Ｊ］．Ｄｉａｍｏｎｄ　Ｒｅｌａｔ．Ｍａｔｅｒ，２００１，（１０）：３０６—３ｌ１．

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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

高质量CVD金刚石薄膜涂层拉拔模的制备与应用研究

第２８卷第５期　２０１０年１０月　龙岩学院学报　ＪＯＵＲＮＡＬ　ＯＦ　Ｌ０ＮＧＹＡＮ　ＵＮＩＶＥＲＳＩ　ＩＹ　Ｖ０１．２８　Ｎｏ．５　Ｏｃｔｏｂｅｒ　２０１０　

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　

（龙岩学院物理与机电学院福建龙岩３６４０１２）　

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　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ，ＨＦＣＶＤ）在硬质合金拉丝模的内表面（内孔直径为‘ｐ３．８　ｍｍ）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。　关键词：ＣＶＤ金刚石薄膜涂层拉拔模具；热丝ＣＶＤ法：拉拔加工　中图分类号：ＴＧ１７４．４　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７３—４６２９（２０１０）０５—００４０—０４　

１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　

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。用此法沉积出的金刚石薄膜的性质与天然金刚石基本相同,晶形完整,生长速率一般为3~5μm/h。此法的特点是通过电子轰击基片,从而加速了CH4和H2的分解,增加了基片表面上金刚石的成核。不足之处是金刚石薄膜中夹杂有少量的无定形碳、石墨和氢。这可通过调节工艺参数加以解决。

正偏压对微波等离子体CVD法制备金刚石薄膜的影响

正偏压对微波等离子体CVD法制备金刚石薄膜的影响

２０１１年４月第２期　第３１卷总第１８２期　金刚石与磨料磨具工程　Ｄｉａｍｏｎｄ＆Ａｂｒａｓｉｖｅｓ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ａｐｒ．２０１１　Ｎｏ．２　Ｖｏ１．３１　Ｓｅｒｉａ１．１８２　文章编号：１００６—８５２ＸＩ２０１１）０２—００２２—０５　正偏压对微波等离子体ＣＶＤ法制备金刚石薄膜的影响　耿春雷　唐伟忠　黑立富　（１．北京建筑材料科学研究总院有限公司，固废资源化利用与节能建材国家　重点实验室（筹），北京１０００４１）　（２．北京科技大学，材料科学与工程学院，北京１０００８３）　摘要线形同轴耦合式微波等离子体ＣＶＤ法是在硬质合金微型钻头（微钻）表面沉积金刚石涂层的最佳　方法之一。本文首先研究了酸碱两步预处理后微钻表面的形貌和成分，然后研究了微钻工作表面金刚石　的沉积情况，最后重点研究了正偏压对微钻不同位置金刚石生长的影响。结果表明，在微钻上施加５０　Ｖ　正偏压时，金刚石薄膜具有最佳的形貌和较好的均匀性。　关键词金刚石薄膜；酸碱两步法；微型钻头；正偏压　中图分类号ＴＱ１６４　文献标识码Ａ　ＤＯＩ编码ｉ０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００６—８５２Ｘ．２０１　１．０２．００５　Ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　ｐｏｓｉｔｉｖｅ　ｂｉａｓ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｄｉａｍｏｎｄ　ｃｏａｔｉｎｇｓ　ｄｅｐｏｓｉｔｅｄ　ｂｙ　ｍｉｃｒｏｗａｖｅ　ｐｌａｓｍａ　ＣＶＤ　ｍｅｔｈｏｄ　·　Ｇｅｎｇ　Ｃｈｕｎｌｅｉ‘，　Ｔａｎｇ　Ｗｅｉｚｈｏｎｇ　Ｈｅｉ　Ｌｉｆｕ　（１．Ｂｅｉｊｉｎｇ　Ｂｕｉｌｄｉｎｇ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ　Ａｃａｄｅｍｙ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅｓ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ（Ｓｏｌｉｄ　Ｗａｓｔｅｓ　Ｒｅｓｏｕｒｃｅ　Ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｅｎｅｒｇｙ　Ｓａｖｉｎｇ　Ｂｕｉｌｄｉｎｇ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ—Ｓｔａｔｅ　Ｋｅｙ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ），Ｂｅ　ｎｇ　１０００４１，Ｃｈｉｎａ）　（２．Ｕｎｉｖｅ￣ｉｔｙ　ｏｆＳｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｂｅｏ＇ｉｎｇ，Ｂｅｉｆｉｎｇ　１０００８３，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ　Ｔｈｅ　ｌｉｎｅａｒ—ｃｏａｘｉａｌｌｙ　ｃｏｕｐｌｅｄ　ｍｉｃｒｏｗａｖｅ　ｐｌａｓｍａ　ｃｈｅｍｉｃａｌ　ｖａｐｏｒ　ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ（ＣＶＤ）ｉｓ　ｏｎｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｂｅｓｔ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ｔｏ　ｄｅｐｏｓｉｔ　ｄｉａｍｏｎｄ　ｃｏａｔｉｎｇｓ　ｏｎ　ｃｅｍｅｎｔｅｄ　ｃａｒｂｉｄｅ　ｍｉｃｒｏ—ｄｒｉｌｌｓ．Ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｗｏｒｋ，ｔｈｅ　ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ　ａｎｄ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ　ｏｆ　ｍｉｃｒｏ—ｄｒｉｌｌｓ　ａｆｔｅｒ　ｃａｕｓｔｉｃ　ａｎｄ　ａｃｉｄｉｃ　ｐｒｅｔｒｅａｔｍｅｎｔ　ｗａｓ　ｓｔｕｄｉｅ．ｄ．Ｔｈｅ　ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ　ｏｆ　ｄｉａｍｏｎｄ　ｃｏａｔｉｎｇｓ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｄｒｉｌｌ　ｗｏｒｋｉｎｇ　ｓｕｎＣａｃｅ　ｗａｓ　ａｌｓｏ　ｒｅｓｅａｒｃｈｅｄ．Ｍｏｒｅ　ｏｖｅｒ，ｔｈｅ　ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　ｐｏｓｉｔｉｖｅ　ｂｉａｓ　ｏｎ　ｄｉａｍｏｎｄ　ｃｏａｔｉｎｇ　ｇｒｏｗｔｈ　ａｔ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｐｏｓｉｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｄｒｉｌｌ　ｗａｓ　ｒｅｓｅａｒｃｈｅｄ　ｉｎ　ｄｅｔａｉｌ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｉｎｄｉｃａｔｅｄ　ｔｈａｔ　ｉｔ　ｃｏｕｌｄ　ｇｅｔ　ｔｈｅ　ｂｅｓｔ　ｄｉａｍｏｎｄ　ｃｏａｔｉｎｇｓ　ｂｙ　ｐｕｔｔｉｎｇ　ａ　５０　Ｖ　ｐｏｓｉｔｉｖｅ　ｂｉａｓ　ｏｎ　ｍｉｃｒｏ—ｄｒｉｌｌｓ．　·　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ　ｄｉａｍｏｎｄ　ｃｏａｔｉｎｇｓ；ｃａｕｓｔｉｃ　ａｎｄ　ａｃｉｄｉｃ　ｐｒｅｔｒｅａｔｍｅｎｔ；ｍｉｃｒｏ·ｄｒｉｌｌ；ｐｏｓｉｔｉｖｅ　ｂｉａｓ　０前言　在集成电路印刷线路板（ＰＣＢ）生产过程中需要采　用硬质合金微钻加工大量孔径为０．２～０．８　ｍｍ的微　孔。ＰＣＢ一般都采用纤维增强的复合材料制造，并采　用了多层铜箔布线结构和高密度连线设计。因此，在　ＰＣＢ的加工过程中，钻头的磨损较为严重，寿命较　短…，严重影响了ＰＣＢ．生产的效率。金刚石具有极　高的硬度和极低的摩擦系数以及良好的热导性能，是　一种可有效提高微钻使用寿命的理想的涂层材　料　］。　在众多金刚石涂层的化学气相沉积（ＣＶＤ）技术　中　』，线形同轴耦合式微波等离子体ＣＶＤ法具有可　产生大面积微波等离子体的特点｝卜　，是一种实用方　法。由于微波与金属的相互作用会使微钻尖端电磁场　大幅度增强，以及微钻尖端、中部和根部的等离子体浓　度差异，导致金刚石涂层不能够完全覆盖微钻的整个　切削表面。

CVD金刚石薄膜涂层整体式刀具的制备与应用

CVD金刚石薄膜涂层整体式刀具的制备与应用

２０１１年２月第１期　

第３０卷总第１８１期　金刚石与磨料磨具工程　

Ｄｉａｍｏｎｄ＆Ａｂｒａｓｉｖｅｓ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｆｅｂ．２０１１　Ｎｏ．１　Ｖｏ１．３０　Ｓｅｒｉａ１．１８ｌ　

文章编号：１００６—８５２Ｘ（２０１１）０１—０００１—０５　

０　ＣＶＤ金刚石薄膜涂层整体式刀具的制备与应用　

沈　彬’　孙方宏　张志明　沈荷生　郭松寿　

（１．上海交通大学机械与动力工程学院，上海２００２４０）　

（２．上海交友钻石涂层有限公司，上海２００２４０）　

摘要化学气相沉积（ｃｈｅｍｉｃａｌ　ｖａｐｏｒ　ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ，ＣＶＤ）金刚石薄膜具有硬度高、摩擦系数低、耐磨性强以　

及表面化学性能稳定等优异的机械及摩擦学性能，这使其在硬质合金工模具领域具有广阔的应用前景。　

本文采用热丝化学气相沉积法（ｈｏｔ　ｆｉｌａｍｅｎｔ　ｃｈｅｍｉｃａｌ　ｖａｐｏｒ　ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ，ＨＦＣＶＤ），在具有复杂形状的硬质　

合金整体式铣刀表面沉积了一层均匀、光滑的金刚石薄膜，并采用石墨以及碳化硅铝基增强复合材料作　

为工件材料对比考察了金刚石薄膜涂层铣刀和未涂层硬质合金铣刀的切削性能。铣削实验结果显示，在　

硬质合金整体式铣刀表面沉积一层ＣＶＤ金刚石薄膜能够大幅提高铣刀的耐磨性，从而提高硬质铣刀的　

寿命。　

关键词　ＣＶＤ金刚石薄膜；热丝ＣＶＤ法；金刚石薄膜涂层刀具；石墨；碳化硅铝基增强复合材料　

中图分类号ＴＧ７４；ＴＱ１６４　文献标识码Ａ　ＤＯＩ编码　１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００６—８５２Ｘ．２０１　１．０１．００１　

Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ＣＶＤ　ｄｉａｍｏｎｄ　ｃｏａｔｅｄ　ｃｕｔｔｉｎｇ　ｔｏｏｌｓ　

Ｓｈｅｎ　Ｂｉｎ　Ｓｕｎ　Ｆａｎｇｈｏｎｇ　Ｚｈａｎｇ　Ｚｈｉｍｉｎｇ　Ｓｈｅｎ　Ｈｅｓｈｅｎｇ　Ｇｕｏ　Ｓｏｎｇｓｈｏｕ　

（１．Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｈａｎｇｈａｉ　Ｊｉａｏ　Ｔｏｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ　２００２４０，Ｃｈｉｎａ）