CVD和PVD
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超硬材料是指硬度(H V)超过4000的物质,只有极少数材料如金刚石能达到这一要求。
金刚石具有独特的晶格结构,是由S P3杂化键结合的碳原子形成紧密的正四面体形式。
这样的结构使得金刚石具有极高的杨氏模量和晶格密度,硬度(H V)可达到10000。
与金刚石相类似,c-B N、β-C3N4等也是由S P3键结合正四面体结构的物质(类金刚石碳中也含有大量的S P3杂化碳),其性质和金刚石也十分相似,属超硬材料。
将超硬材料利用物理或化学的方法沉积在基体表面可以形成超硬涂层。
主要有化学相沉积(C V D)和物理相沉积(P V D)两种方式,因此称为C V D和P V D超硬涂层。
超硬涂层与材料本身相比同样具有极高的硬度、很低的摩擦系数、极强的耐磨和抗蚀性能、良好的热导和高温化学惰性等,而且涂层的实用性较超硬材料本身更强。
正是这些优越性能促使C V D和P V D超硬涂层的研究在近些年里蓬勃兴起,并不断地取得新进展。
逐渐从金刚石涂层研究扩展到探索其它一些超硬材料(涂层),如c-B N、DLC、β-C3N4等。
下面介绍几种超硬涂层在近些年来的研究进展。
PVD和CVD涂层方法涂层方法目前生产上常用的涂层方法有两种：物理气相沉积(PVD) 法和化学气相沉积(CVD) 法。
前者沉积温度为500℃，涂层厚度为2~5µm；后者的沉积温度为900℃~1100℃，涂层厚度可达5~10µm，并且设备简单，涂层均匀。
因PVD法未超过高速钢本身的回火温度，故高速钢刀具般采用PVD法，硬质合金大多采用CVD 法。
硬质合金用CVD法涂层时，由于其沉积温度高，故涂
层与基体之间容易形成一层脆性的脱碳层(η相)，导致刀片脆性破裂。
近十几年来，随着涂覆技术的进步，硬质合金也可采用PVD法。
国外还用PVD/CVD相结合的技术，开发了复合的涂层工艺，称为PACVD法(等离子体化学气相沉积法)。
即利用等离子体来促进化学反应，可把涂覆温度降至400℃以下(目前涂覆温度已可降至180
℃~200℃)，使硬质合金基体与涂层材料之间不会产生扩散、相变或交换反应，可保持刀片原有的韧性。
据报道，这种方法对涂覆金刚石和立方氮化硼(CBN)超硬涂层特别有效。
用CVD法涂层时，切削刃需预先进行钝化处理(
钝圆半径一般为0.02~0.08mm，切削刃强度随钝圆半径增大而提高)，故刃口没有未涂层刀片锋利。
所以，对精加工产生薄切屑、要求切削刃锋利的刀具应采用PVD法。
涂层除可涂覆在普通切削刀片上外，还可涂覆到整体刀具上，目前已发展到涂覆在焊的硬质合金刀具上。
据报道，国外某公司在焊接
式的硬质合金钻头上采用了PCVD法，结果使加工钢料时的钻头寿命比高速钢钻头长10倍，效率提高5倍。
涂层成份又有哪些呢？各自的区别在哪里，应用面怎样。
通常使用的涂层有：TiC、TiN、Ti（C.N）、
Gr7O3、Al2O3等。
以上几种CVD的硬质涂层基本具备低的滑动摩擦系数，高的抗磨能力，高的抗接触疲劳能力，高
的表面强度，保证表面具有足够的尺寸稳定性与基体之间有高的粘附强度。
