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文档简介

微波等离子体CVD法制金刚石薄膜涂层钻头报告人:谢鹏

武汉工程大学湖北省等离子体化学与新材料重点实验室主要内容

研究背景简介实验研究与结果分析结论研究背景现在军事以及民用方面大量使用碳纤维增强塑料，陶瓷材料，金属基复合材料等高比强度材料（重量轻，强度大）制备产品，在小型甚至微型产品中这类材料使用比例尤其高。要加工质量达到所需精度，只有金刚石工具才能胜任。金刚石具有最高的硬度

CVD金刚石膜用于工具加工领域飞机及汽车行业中大量使用高比强度材料如铝合金，镁合金，钛合金，碳纤维等，金刚石膜工具在这些领域有着巨大的市场。例如：仅美国波音飞机制造公司一年仅钻头的消耗量为110万个(1995年）。研究背景天然金刚石形状不规则，难以进行焊接和刃磨聚晶金刚石不适合做钻头，适合做圆片形状研究背景金刚石钻头将金刚石厚膜切割成长条状，然后镶嵌到钻头座套中，制成金刚石钻头，主要用于地质钻探应用。研究背景

集成电路板(PCB)，为纤维增强并含有多层铜箔的复合材料，在生产过程中需要加工大量0.2~0.8mm的小孔，硬质合金微型钻头磨损比较严重。需要制备金刚石薄膜涂层来延长其寿命。实验装置5KW-MWPCVD沉积金刚石膜装置实物照片

实验装置5KW-MWPCVD沉积金刚石膜装置结构示意图实验研究与结果分析表1金刚石涂层的实验参数Table1Thedepositionconditionsusedtoproducediamondfilms氢气流量（sccm）225甲烷流量（sccm）10(形核30min)6(生长4h)基体温度（℃）700~750腔体压力（kPa）2.5~3.0总沉积时间（h）4.5实验结果分析

酸腐蚀后钻头表面的形貌(a)及能谱图(b)

实验结果分析观察发现，在钻头尖端的切削刃处，很难沉积出金刚石薄膜，即使沉积上了，主要是非金刚石的无定型碳，这就是一种“尖端效应”。这种“尖端效应”是一种形状效应，由于形状的突变使钻头尖端附近温度场和电场发生畸变，导致在钻头尖端金刚石沉积很困难。钻头的屏蔽方式实验结果分析

屏蔽后钻头不同位置处沉积的金刚石涂层形貌实验结果分析钻头尖端处金刚石涂层的激光拉曼光谱

实验结果分析附着力测试

将没有镀膜的钻头和已镀膜的钻头在碳化硅颗粒增强铝基复合材料上钻孔，各钻30个孔。钻孔的钻床为普通钻床，转速为1320转/分，钻孔的深度为5mm。实验结果分析

(a)未镀膜(b)镀膜钻头(c)镀膜钻头局部放大涂层钻头和未涂层钻头钻孔后的SEM图

结论

在微波等离子体CVD装置中成功的在硬质合金钻头上沉积了金刚石涂层。在沉积过程中，产生了“尖端效应”，在钻头尖端很难沉积出金刚石涂层，采用金属丝屏蔽，成功的克服了上述的“尖端效应”，在钻头尖端成功的获得了金刚石涂层。由于存在等离子体密度的不均匀性，沿钻头长度方向金刚石涂层的形貌呈现一定的变化，由（111）晶面变化到（100）晶面。钻头上薄膜的附着力很好，镀有金

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