Среда, 31 Октябрь 2018 13:34

Покрытие CVD

Автор 
Оцените материал
(1 Голосовать)

CVD - это химический осадок полученный в условиях низкого давления с углеродсодержащими газами, такими как H2 и CH4, в качестве реакционного газа, химическими реакциями в условиях плазмы и определенных температурных условиях , что приводит к осаждению твердых частиц алмазом, полученному на нагретой поверхности подложки.

 

Подобно природному алмазу, CVD-алмаз является кристаллом одного атома углерода и относится к кубической системе. Каждый атом С в кристалле образует ковалентную связь с sp4-гибридной орбиталью и еще 4 атомами углерода и обладает сильной связывающей силой и стабильностью.

 


Природа и направленность

 

Длина связи и угол связи между атомами C и атомами C равны, и они расположены в идеальной пространственной структуре сети, благодаря чему алмазы CVD обладают сравнимыми механическими, тепловыми, оптическими и электрическими свойствами природных алмазов. Всесторонняя производительность. Как мы все знаем, природные запасы алмазов в природном мире, затраты на добычу высоки, цена дорогая, трудно широко распространять применение в промышленной сфере. Поэтому синтез алмаза с помощью искусственных методов, таких как высокая температура и высокое давление (HTHP) и CVD, постепенно становится основным способом для людей получать такие превосходные материалы с превосходными свойствами.

Алмазные изделия, синтезированные методом HTHP, обычно находятся в состоянии дискретных монокристаллических частиц. Хотя метод HTHP смог синтезировать крупные монокристаллы диаметром более 10 мм с развитием науки и техники, текущие продукты по-прежнему в основном являются монокристаллами диаметром 5 мм или менее. И в основном алмазный порошок. Напротив, размер алмазного монокристалла, синтезированного методом CVD, определяется размером затравочного кристалла, а крупноразмерный алмазный монокристалл также может быть получен с использованием методов роста и «мозаичного» роста. Кроме того, метод CVD можно также использовать для подготовки самонесущих пленок большой площади с помощью гетероэпитаксиального осаждения или для нанесения алмазов на поверхность различных сложных форм с образованием износостойкого или защитного покрытия, что значительно расширяет применение алмаз.

Можно видеть, что алмаз CVD имеет очень широкий диапазон перспектив применения во многих областях, таких как механическая обработка, защита и ядерная промышленность. Среди них применение в обрабатывающей промышленности в основном включает в себя шлифовальные круги, обрезные ручки, различные режущие инструменты и т. д. При использовании в этих аспектах задействованы только твердость, износостойкость и химическая стабильность алмаза, а прозрачность не требуется.


Такие свойства, как диэлектрические потери и подготовка продукта, относительно просты, поэтому применение на инструменте является основным полем крупномасштабного промышленного применения алмаза CVD. CVD Diamond Coated Carbide Tools Алмазные резаки, в настоящее время на рынке, в основном включают монокристаллические алмазные инструменты, инструменты из поликристаллического алмаза (PCD), инструменты для сварки алмазной толстой пленкой и инструменты с алмазным покрытием.

Последние два являются применениями алмаза CVD в качестве инструмента. Среди них инструмент для сварки алмазной толстой пленки обычно готовят путем разрезания самонесущей алмазной пленки с сердечником толщиной 0,3 мм или более, а затем сваривания ее на подложке. Поскольку алмазные толстые пленки можно разрезать на любую двумерную форму, они менее дорогие и более гибкие, чем монокристаллические инструменты. Кроме того, Co-связи не включаются в алмазные толстые пленки по сравнению с инструментами PCD.


Высокая точность обработки и высокий коэффициент износа. Для инструментов с алмазным покрытием метод CVD используется для нанесения алмазного покрытия толщиной менее 30 мкм на поверхность корпуса инструмента. По сравнению с другими тремя инструментами, метод CVD может применять алмаз для инструментов со сложными формами, включая различные сверла, фрезы и т. д .; и поскольку алмазное покрытие является тонким и время осаждения коротким, инструмент с покрытием не нуждается в прослеживании. Обработка, поэтому стоимость низкая.

Из многих инструментальных материалов наиболее широко используется цементированный карбид WC-Co. Он не только имеет высокую твердость, отличную термическую стабильность, но также обладает высокой прочностью и хорошей вязкостью. Это идеальное алмазное покрытие. Материал базового инструмента. Режущие инструменты с алмазным покрытием из CVD с алмазным покрытием, полученные из алмаза CVD на поверхности цементированного карбида WC-Co, прекрасно сочетают превосходную износостойкость алмаза, теплоотдачу и хорошую вязкость цементированного карбида. Эффективно решить противоречие между твердостью и вязкостью существующих материалов инструмента и значительно улучшить производительность резания и срок службы карбидных инструментов.

 

Область перспективы применения покрытия.

1 Режущие кромки инструмента .
2 Концевые каналы в алюминиевом сплаве.

 

В заключение, алмазоносные карбидные инструменты демонстрируют отличные характеристики с точки зрения токарной обработки, фрезерования и сверления. Например, износ режущей кромки невелик, срок службы длинный, а механическая обработка не способствует «прилипанию». Поэтому, по сравнению с другими инструментами, алмазо-карбидные инструменты соответствуют требованиям к обработке современных материалов и сверхточной обработке.

 

Проблемы и решения CVD с алмазным покрытием.

 

Твердосплавные инструменты. Несмотря на то, что большое количество результатов исследований показали, что твердосплавные инструменты с алмазным покрытием с сердечником имеют отличную производительность и длительный срок службы, есть также сообщения об успешных производственных испытаниях некоторых производителей в стране и за рубежом. Но до сих пор этот инструмент не применялся в крупномасштабном промышленном производстве. Основная причина заключается в том, что в настоящее время в производстве алмазного инструмента все еще есть проблемы, такие как низкая прочность сцепления между покрытием и подложкой, большая шероховатость поверхности алмазного покрытия и низкая стабильность качества. Среди них низкая прочность сцепления покрытия является ключевым техническим препятствием, которое ограничивает широкомасштабное применение этого инструмента.


Основной причиной низкой прочности связывания алмазных покрытий является наличие Co-связанных фаз в цементированных карбидных подложках. При температурах осаждения алмаза CVD (600 ~ 1200 ° C) Co имеет высокое давление насыщенного пара, будет быстро диффундировать к поверхности подложки, ингибировать зарождение и рост алмаза и катализировать образование графита и аморфного углерода, поэтому прочность сцепления между цементированными карбидными субстратами снижается.

Кроме того, разница в физических свойствах, таких как постоянная решетки, твердость и коэффициент теплового расширения (CTE) между алмазными и цементированными карбидными материалами, также является основной причиной низкой прочности сцепления покрытия.

Большое количество исследований показало, что предварительная обработка поверхности подложки из цементированного карбида для уменьшения неблагоприятного воздействия связующего со связующим при нанесении алмазного покрытия является наиболее эффективным способом улучшения прочности связывания алмазного покрытия / цементированного карбида субстрат.

 


В настоящее время основными методами предварительной обработки являются:

 


Обработка поверхности подложки.

В этом методе обычно применяются физические или химические средства для удаления Co с поверхностного слоя WC-Co, чтобы подавить или устранить его отрицательное влияние и улучшить прочность сцепления между алмазом покрытия и подложки. Среди них наиболее широко используемым в отрасли является «кислотно-основанный двухступенчатый метод», который использует раствор Мураками (1: 1: 10 KOH + K3 [Fe (CN) 6] + H2O) для разъедания WC частиц и шероховатости твердого сплава. Затем поверхность вытравляют с использованием раствора кислоты Каро (H2SO4 + H2O2) для удаления поверхности. Этот способ может в определенной степени ингибировать отрицательный каталитический эффект Со и улучшить прочность связывания алмазного покрытия. Однако после обработки он образует свободную зону вблизи подложки вблизи поверхностного слоя, уменьшает прочность на разрыв инструмента с покрытием и Co. Чем выше содержание связующего, тем сильнее воздействие на производительность инструмента.


Метод переходного слоя.

Способ состоит в том, чтобы подготовить один или несколько переходных слоев между алмазным покрытием и подложкой из цементированного карбида для блокирования диффузии Co и подавления его отрицательного каталитического эффекта на нанесение алмаза. Благодаря выбору материала и конструкции подготовленный переходный слой может также уменьшить резкое изменение физических свойств интерфейса и уменьшить тепловой стресс, вызванный различиями в физических свойствах, таких как CTE между покрытием и подложкой. Применение способа переходного слоя, как правило, не вызывает повреждения поверхностного слоя подложки и не влияет на механические свойства, такие как прочность на разрыв инструмента для покрытия, и может получать алмазные покрытия CVD на высокосортных цементированных карбидах, и поэтому в настоящее время изучается и совершенствует WC.

Дополнительная информация

  • Заказчик: Организация
  • Статус: Нет исполнителя
  • Срок сдачи проекта после оплаты аванса: 01.10.2018
  • ЦЕЛЬ ПРОЕКТА: Рассказать подробней про тему проекта
Прочитано 38 раз
Авторизуйтесь, чтобы получить возможность оставлять комментарии