Kimyasal Buhar Biriktirme (CVD) elmas?, dü?ük bas?n? ko?ullar?nda, reaksiyon gaz? olarak H2 ve CH4 gibi karbon i?eren gazlar, plazma destekli ve belirli s?cakl?k ko?ullar? alt?nda kimyasal reaksiyonlar ile kat? partikül ile sonu?lanan CVD y?nteminin kullan?lmas?n? ifade eder. biriktirme Is?t?lm?? substrat yüzeyinde elde edilen elmas. Do?al elmasa benzer ?ekilde, CVD elmas tek bir karbon atomunun bir kristalidir ve kübik bir sisteme aittir. Kristaldeki her C atomu sp4 hibrid orbital ve ba?ka bir 4 C atomu ile kovalent bir ba? olu?turur ve gü?lü ba?lanma kuvveti ve stabilitesine sahiptir. Do?a ve y?nlülük; C atomlar? ve C atomlar? aras?ndaki ba? uzunlu?u ve ba? a??s? e?ittir ve ideal bir uzaysal a? yap?s?nda düzenlenmi?tir, bu da CVD elmaslar?n?n do?al elmaslar?n kar??la?t?r?labilir mekanik, termal, optik ve elektrik ?zelliklerini sergilemesini sa?lar. Kapsaml? performans

Hepimizin bildi?i gibi, do?al dünyada do?al elmas rezervleri, madencilik maliyetleri yüksektir, fiyat pahal?d?r, endüstriyel alanda uygulamay? yayg?n olarak tan?tmak zordur. Bu nedenle, elmas?n yüksek s?cakl?k ve yüksek bas?n? (HTHP) ve CVD gibi yapay y?ntemlerle sentezi, insanlar?n mükemmel ?zelliklere sahip bu tür mükemmel malzemeleri elde etmeleri i?in yava? yava? ana yol haline gelmi?tir. HTHP y?ntemi ile sentezlenen elmas ürünleri genellikle ayr? tek kristal par?ac?klar? halindedir. HTHP y?ntemi, bilim ve teknolojinin geli?tirilmesi ile 10 mm'den büyük ?apl? büyük tek kristalleri sentezleyebilse de, mevcut ürünler hala ?o?unlukla 5 mm veya daha kü?ük bir ?apa sahip tek kristallerdir. Ve esas olarak elmas tozu. Buna kar??l?k, CVD y?ntemi ile sentezlenen elmas tek kristalinin büyüklü?ü, tohum kristalinin büyüklü?ü ile belirlenir ve daha büyük boyutlu bir elmas tek kristali, ?oklu büyüme ve "mozaik" büyüme y?ntemleri kullan?larak da elde edilebilir. Ek olarak, CVD y?ntemi, heteroepitaksiyal biriktirme ile geni? alanl? elmas kendi kendini destekleyen filmler haz?rlamak veya a??nmaya dayan?kl? veya koruyucu bir kaplama olu?turmak i?in ?e?itli karma??k ?ekillerin yüzeyinde elmaslar? kaplamak i?in de kullan?labilir. elmas. CVD elmas?n i?leme, savunma ve nükleer sanayi gibi bir?ok alanda ?ok geni? bir uygulama yelpazesine sahip oldu?u g?rülebilir. Bunlar aras?nda, i?leme endüstrisindeki uygulama esas olarak ta?lama diski giydiricileri, düzeltme kalemleri, ?e?itli kesme aletleri vb. ??erir. Bu y?nlerde kullan?ld???nda, sadece elmas?n sertli?i, a??nma direnci ve kimyasal stabilitesi s?z konusudur ve ?effafl?k s?z konusu de?ildir. gereklidir. Dielektrik kayb? ve ürün haz?rlama gibi ?zellikler nispeten kolayd?r, bu nedenle alet üzerindeki uygulama, CVD elmas?n?n büyük ?l?ekli endüstriyel uygulamas?n?n ana alan?d?r.

?u anda piyasada bulunan elmas kesiciler temel olarak tek kristal elmas aletler, polikristalin elmas (PCD) aletler, elmas kal?n film kaynak aletleri ve elmas kapl? aletlerdir. Son ikisi, bir ara? olarak CVD elmas uygulamalar?d?r. Bunlar aras?nda, elmas kal?n film kaynak aleti genellikle 0.3 mm veya daha fazla kal?nl??a sahip bir CVD kendinden destekli elmas kal?n film keserek ve daha sonra bir alt tabaka üzerine kaynaklanarak haz?rlan?r. Elmas kal?nl???nda filmler herhangi iki boyutlu bir ?ekle kesilebildi?inden, tek kristalli tak?mlardan daha ucuz ve daha esnektir. Buna ek olarak, Co-bondlar PCD ara?lar?na k?yasla elmas kal?nl???nda filmlere dahil edilmez. Yüksek i?leme hassasiyeti ve yüksek a??nma oran?.

Elmas kaplamal? tak?mlar i?in, CVD y?ntemi tak?m g?vdesinin yüzeyine 30 μm'den daha az bir elmas kaplama uygulamak i?in kullan?l?r. Di?er ü? aletle kar??la?t?r?ld???nda, CVD y?ntemi, ?e?itli matkaplar, freze b??aklar? vb.Gibi karma??k ?ekillerdeki aletlere elmas uygulayabilir; ve elmas kaplama ince oldu?undan ve biriktirme süresi k?sa oldu?undan, kaplanm?? aletin takip etmesi gerekmez. ??leme, b?ylece maliyet dü?ük.

Bu nedenle, mevcut alet piyasas? analizi genel olarak CVD elmas kapl? aletlerin alet endüstrisinin en ?nemli geli?me y?nlerinden biri olaca??na inanmaktad?r. Bir?ok alet malzemesinden en yayg?n olarak kullan?lan? WC-Co sinterlenmi? karbürdür. Sadece yüksek sertli?e, mükemmel termal kararl?l??a sahip olmakla kalmaz, ayn? zamanda yüksek mukavemet ve iyi toklu?a da sahiptir. ?deal elmas kaplamad?r. Katman arac? temel malzemesi. WC-Co sinterlenmi? karbürün yüzeyindeki CVD elmastan haz?rlanan CVD elmas kapl? CVD elmas kapl? karbür kesici tak?mlar, elmas?n mükemmel a??nma direncini, ?s? da??l?m?n? ve semente karbürün iyi toklu?unu mükemmel bir ?ekilde bir araya getirebilir. Mevcut tak?m malzemelerinin sertli?i ve toklu?u aras?ndaki ?eli?kiyi etkili bir ?ekilde ??zün ve karbür tak?mlar?n kesme performans?n? ve hizmet ?mrünü büyük ?l?üde iyile?tirin. Demir d??? metal ve ala??mlar?nda, ?e?itli partiküllerde veya fiber takviyeli kompozit malzemelerde, yüksek performansl? seramiklerde ve di?er malzemelerin i?lenmesinde Alan?n geni? uygulama beklentileri vard?r.

1 Kesme testlerinden sonra (a) kaplanmam?? tak?m ve (b) elmas kapl? tak?m?n kesme kenarlar?

?ekil 2 (a) kaplanmam?? tak?m ve (b) elmas kapl? tak?m taraf?ndan kesildikten sonra Al ala??m?nda temsili u? frezelenmi? kanallar

?zetle, elmas kapl? karbür tak?mlar tornalama, frezeleme ve delme a??s?ndan mükemmel performans g?sterir. ?rne?in, kesici kenar?n a??nmas? azd?r, servis ?mrü uzundur ve i?leme “yap??maz” ve Yüksek i?leme hassasiyeti de?ildir. Bu nedenle, di?er ara?larla kar??la?t?r?ld???nda, elmas kapl? karbür tak?mlar mevcut yeni malzemelerin i?leme gereksinimlerini ve ultra hassas kesimi daha iyi kar??layabilir.

?ok say?da ara?t?rma sonucu, CVD elmas kapl? karbür tak?mlar?n mükemmel performansa ve uzun hizmet ?mrüne sahip oldu?unu g?stermesine ra?men, baz? üreticilerin yurti?inde ve yurtd???nda ba?ar?l? üretim denemelerinin raporlar? da vard?r. Ancak ?u ana kadar, bu ara? büyük ?l?ekli endüstriyel üretimde uygulanmad?. Bunun ana nedeni, halihaz?rda üretilen elmas kaplamal? tak?mlar?n hala kaplama ve substrat aras?nda dü?ük yap??ma mukavemeti, elmas kaplaman?n büyük yüzey pürüzlülü?ü ve dü?ük kalite stabilitesi gibi problemleri olmas?d?r. Bunlar aras?nda, kaplaman?n dü?ük ba?lanma mukavemeti, bu aletin büyük ?l?ekli uygulamas?n? s?n?rlayan ?nemli bir teknik engeldir.

Elmas kaplamalar?n dü?ük yap??ma mukavemetinin temel nedeni, ?imentolu karbür substratlarda Ko-ba?l? fazlar?n varl???d?r. CVD elmas biriktirme s?cakl?klar?nda (600 ~ 1200 ° C), Co yüksek bir doygunluk buhar bas?nc?na sahiptir, substrat yüzeyine h?zla yay?l?r, elmas ?ekirdeklenmesini ve büyümesini engeller ve grafit ve amorf karbon olu?umunu katalize eder ve elmas kaplamaya yol a?ar. Semente karbür substratlar aras?ndaki ba?lanma gücü azal?r. Ek olarak, elmas sabiti ve ?imentolu karbür malzemeler aras?ndaki kafes sabiti, sertlik ve termal genle?me katsay?s? (CTE) gibi fiziksel ?zelliklerin fark?, kaplaman?n dü?ük yap??ma gücünün ?nemli bir nedenidir.

Elmas, a0 = 0.35667 nm kafes sabiti, 60 ~ 100 GPa sertli?i ve 0.8 ~ 4.5 × 10-6 / ° C CTE de?erine sahip, yüz merkezli bir kübik kristaldir. Semente karbür esas olarak WC par?ac?klar? ve bir Co ba?lay?c?dan olu?ur. WC Yak?n paketlenmi? alt?gen kristal yap? i?in, kafes sabiti a = 0.30008 nm, c = 0.47357 nm, semente karbürün sertli?i yakla??k 17 GPa'd?r ve CTE yakla??k 4.6 × 10-6 / ° C'dir. Bu farkl?l?klar elmas kaplama ile sonu?lanacakt?r ve ?imentolu karbür substrat?n arayüzündeki termal stres, elmas kaplaman?n ?imentolu karbür substrat üzerine yap??mas?na elveri?li de?ildir.

?ok say?da ?al??ma, Co ba?lay?c?s?n?n elmas kaplaman?n birikmesi üzerindeki olumsuz etkisini azaltmak i?in ?imentolu karbür substrat yüzeyinin ?n i?leminin, elmas kaplama / ?imentolu karbürün yap??ma mukavemetini artt?rmak i?in en etkili y?ntem oldu?unu g?stermi?tir. alt-tabaka. Mevcut ana ?n i?lem y?ntemleri ?unlar? i?erir:

Bu y?ntem, negatif etkisini bast?rmak veya ortadan kald?rmak ve elmas kaplama ile substrat aras?ndaki ba?lanma gücünü art?rmak i?in WC-Co'nun yüzey tabakas?n?n Co'sunu ??karmak i?in genellikle fiziksel veya kimyasal ara?lar kullan?r. Bunlar aras?nda endüstride en yayg?n olarak kullan?lan?, WC'yi a??nd?rmak i?in Murakami ??zeltisini (1:1:10 KOH+K3[Fe(CN)6]+H2O) kullanan “asit bazl? iki a?amal? y?ntem”dir. par?ac?klar ve sert ala??m? pürüzlendirir. Yüzey daha sonra Co yüzeyini ??karmak i?in Karo asit ??zeltisi (H2SO4 + H2O2) kullan?larak da?lanm??t?r. Bu y?ntem Co'nun negatif katalitik etkisini belirli bir dereceye kadar engelleyebilir ve elmas kaplaman?n ba?lanma gücünü iyile?tirebilir. Bununla birlikte, i?lemden sonra, yüzey tabakas?n?n yak?n?nda alt tabakan?n yak?n?nda gev?ek bir b?lge olu?turacak, kaplanm?? tak?m?n k?r?lma mukavemetini ve Co'yu azaltacakt?r. Ba?lay?c? i?eri?i ne kadar yüksek olursa, tak?m performans? üzerindeki etkisi o kadar ?iddetli olur.

Y?ntem, Co'nun difüzyonunu bloke etmek ve elmas birikimi üzerindeki negatif katalitik etkisini bast?rmak i?in elmas kaplama ile ?imentolu karbür substrat aras?nda bir veya daha fazla ge?i? katman? haz?rlamakt?r. Makul malzeme se?imi ve tasar?m? sayesinde, haz?rlanan ge?i? katman? ayr?ca arayüzün fiziksel ?zelliklerindeki ani de?i?imi azaltabilir ve kaplama ile substrat aras?ndaki CTE gibi fiziksel ?zelliklerdeki farkl?l?klar?n neden oldu?u termal stresi azaltabilir. Ge?i? tabakas? y?nteminin uygulanmas? genellikle alt tabakan?n yüzey tabakas?na zarar vermez veya kaplama arac?n?n k?r?lma mukavemeti gibi mekanik ?zellikleri etkilemez ve yüksek Co i?erikli ?imentolu karbürler üzerinde CVD elmas kaplamalar? haz?rlayabilir ve bu nedenle ?u anda WC'yi ara?t?r?yor ve geli?tiriyor- Elmas kaplaman?n Co substrat yüzeyi üzerine yap??t?r?lmas? i?in tercih edilen y?ntem.

?nceki analize g?re, ge?i? tabakas? y?nteminin uygulanmas? Co'nun negatif katalitik etkisini etkili bir ?ekilde bask?layabilir ve matrise zarar vermez. Bununla birlikte, elmas kaplaman?n yap??ma mukavemetini artt?rma i?levini etkili bir ?ekilde elde etmek i?in, ge?i? tabakas?n?n malzeme se?imi ve haz?rlama y?ntemi ?ok ?nemlidir. Ge?i? tabakas? malzemelerinin se?imi genellikle a?a??daki ilkeleri gerektirir:

Elmas kaplaman?n biriktirme s?cakl??? genellikle 600 ~ 1200 ° C'dir, ge?i? tabakas? malzemesi daha yüksek s?cakl?klara dayanabilir, yumu?ama ve erime meydana gelmez;

(2) Sertlik ve CTE ?zellikleri, uyumsuzluk performans?ndan kaynaklanan termal stresi azaltmak i?in en iyi elmas ve ?imentolu karbür aras?na yerle?tirilir;

(3) Elmas birikimi s?ras?nda Co'nun yüzeye g?? etmesini ?nler veya kararl? bile?ikler olu?turmak i?in Co ile reaksiyona girer;

(4) Elmas malzemelerle iyi uyumlulu?a sahiptir. Elmas ge?i? tabakas?n?n yüzeyinde ?ekirdekle?ebilir ve büyüyebilir. ?ekirdeklenme a?amas?nda, elmas h?zla ?ekirdekle?ebilir ve yüksek bir ?ekirdeklenme oran?na sahip olabilir.

(5) Kimyasal ?zellikler stabildir ve yumu?ak bir ara kat olu?umunu ?nlemek ve kaplama sisteminin performans?n? olumsuz y?nde etkileyecek ?ekilde belirli bir mekanik mukavemete sahiptir.

Günümüzde insanlar daha ?ok ge?i? katmanlar?n? incelemekte ve kullanmaktad?rlar, esas olarak metalleri, metal karbon / nitrürleri ve bunlardan olu?an kompozit ge?i? katmanlar?n? i?ermektedir. Bunlar aras?nda Cr, Nb, Ta, Ti, Al ve Cu genellikle metal ge?i? tabakas? i?in ge?i? tabakas? malzemeleri olarak kullan?l?r ve PVD, elektrokaplama ve ak?ms?z kaplama yayg?n olarak haz?rlama y?ntemleri olarak kullan?l?r ve PVD y?ntemi En yayg?n olarak kullan?lan. Sonu?lar, karbon-philic metalin olu?turdu?u ge?i? tabakas?n?n elmas kaplaman?n yap??ma mukavemetinin geli?tirilmesinde zay?f karbon metalden daha etkili oldu?unu g?stermektedir. Elmas birikiminin ilk a?amas?nda, ilk olarak metal tabakan?n yüzeyinde bir karbür tabakas? olu?ur ve bu karbür tabakas? elmas?n ?ekirdeklenmesini ve büyümesini kolayla?t?r?r. Bununla birlikte, metal ge?i? katman? büyük bir CTE'ye ve kal?nl?k i?in yüksek bir gereksinime sahiptir. ?ok kal?nsa, termal gerilmede bir art??a yol a?acak, ba?lanma mukavemetini azaltacak ve Co'nun d??a difüzyonunu tamamen bloke etmek i?in ?ok ince olacakt?r. Buna ek olarak, metal ge?i? tabakas? nispeten yumu?akt?r, bu da ilave sert faz?n ortas?nda, kaplama sistemi performans?n?n e?le?me derecesine elveri?li olmayan yumu?ak bir tabaka.

Karbon / nitrür ge?i? tabakas?n?n sertli?i saf metalinkinden daha yüksektir ve kaplanm?? aletin kullan?m performans?n? azaltmada bir problem yoktur. WC, TiC, TaC, TaN, CrN, TiN ve SiC ?u anda en ?ok ?al???lan ve kullan?lan ge?i? tabakas? bile?ikleridir. Bu gibi ge?i? katmanlar? genellikle reaktif magnetron püskürtme ve di?er y?ntemlerle haz?rlan?r. ?al??malar, karbon / nitrür ge?i? tabakas?n?n Co'nun difüzyonunu etkili bir ?ekilde engelleyebildi?ini ve dolay?s?yla elmas kaplaman?n bir dereceye kadar yap??ma mukavemetini art?rabildi?ini g?stermi?tir. Bu tür ge?i? tabakalar?n?n yap??ma mukavemetinin iyile?tirilme derecesi genellikle ge?i? tabakas?n?n CTE'sinin matris ve elmas ile e?le?tirilmesine, ge?i? tabakas?n?n yap?s?na ve ge?i? tabakas? malzemesinin ve elmas?n ?slanabilirli?ine ba?l?d?r.

Ortak metal karbürler, metal nitrürlerden daha dü?ük bir CTE'ye sahiptir ve karbür ge?i? katmanlar? kullan?ld???nda, elmaslar, do?rudan ge?i? katman? üzerinde ?ekirdeklenebilir, bu da metal ge?i? katmanlar? ve nitrit ge?i? katmanlar?na k?yasla ?ekirdeklenme süresini k?salt?r. Buradan, karbürlerin daha ideal ge?i? tabakas? malzemelerinden biri oldu?unu g?rebiliriz. Bu metal karbür malzemeler aras?nda HfC, NbC, Ta C ve benzerleri nispeten dü?ük bir CTE'ye sahiptir. Ek olarak, metalik olmayan karbür SiC, ?imentolu karbür ve elmas aras?ndaki tüm karbürlerde (β-SiCCTE = 3.8 × 10-6 / ° C) en dü?ük CTE'ye sahiptir. Bu nedenle, SiC ge?i? katman? üzerinde bir?ok ?al??ma vard?r. ?rne?in, Cabral G ve Hei Hongjun, elmas kaplaman?n birikmesi i?in ?imentolu karbür yüzeyinde SiC ge?i? katman? haz?rlamak i?in CVD y?ntemini kulland?lar. Sonu?lar, SiC ge?i? katman?n?n elmas kaplama ile ?imentolu karbür substrat aras?ndaki ba?lant?y? etkili bir ?ekilde artt?rabildi?ini g?stermektedir.

Yo?unlu?u, ancak CVD y?ntemi do?rudan ?imentolu karbür yüzeyinde SiC kaplama haz?rlanan, ?imentolu karbür substrat Co Co ba?lay?c? faz i?eri?i ?ok yüksek olmak kolay de?ildir (genellikle <6%), ve biriktirme s?cakl??? kontrol edilmesi gerekir dü?ük bir aral?kta (genellikle 800 ° C veya daha fazla). Bunun nedeni, Co-binder faz?n?n katalitik etkisinin yüksek s?cakl?klarda ?nemli olmas? ve SiC b?y?klar?n?n olu?mas?na neden olmas? ve b?y?klar aras?nda büyük miktarda bo?luk bulunmas? ve bir ge?i? katman? olarak kullan?lamamas?ndan kaynaklanmaktad?r. . Bununla birlikte, dü?ük biriktirme s?cakl?klar?nda, gev?ek amorf SiC kaplamalar?n olu?mas? e?ilimi vard?r. Bu nedenle, yo?un, sürekli ve SiC kaplama tabakas?n?n bir tampon tabakas? olarak kullan?m? tatmin eden bir biriktirme s?cakl??? aral??? daha kü?ük hale getirilir. Bu nedenle, baz? ara?t?rmac?lar SiC'yi bir ge?i? tabakas? olarak kulland?klar?nda, yüksek yap??ma mukavemeti elde etmek i?in, sert ala??m tabakas?nda Co'nun ??kar?lmas? i?in ?nce a??nd?rma kullan?lmas? gerekir. Bu nedenle, Co'nun katalitik etkisi, SiC'nin bir ge?i? tabakas? olarak kullan?m?n? s?n?rlayan anahtar fakt?rlerden biri haline gelmi?tir.

Kompozit ge?i? tabakas? genellikle iki veya daha fazla türde metal veya metal karbon / nitrür malzemesinin bir kombinasyonundan olu?an ?ok katmanl? bir kaplamad?r. ?u anda, W / Al, W / WC, CrN / Cr ve ZrN / dahil olmak üzere bir?ok kompozit ge?i? katman? bulunmaktad?r. Mo, TaN-Mo ve 9x (TaN / ZrN) / TaN / Mo vb. De ?o?unlukla PVD veya CVD y?ntemleridir. Bu tür ge?i? katmanlar? genellikle bir Co difüzyon bariyer katman? ve elmas benzeri ?ekirdeklenmeyi destekleyici katman i?erir, yani ge?i? katman?n?n fonksiyonel gereksinimleri, makul ?ok katmanl? bir malzeme kullan?larak tamamen kar??lan?r. Tek metal ge?i? katman? ve karbon / nitrür ge?i? katman? ile kar??la?t?r?ld???nda, kompozit ge?i? katman?, elmas kaplama ile ?imentolu karbür substrat aras?ndaki ba?lanma mukavemetini artt?rmak i?in daha elveri?lidir. Bununla birlikte, mükemmel performansa sahip bir kompozit ge?i? tabakas? elde etmek i?in, genellikle makul malzeme se?imi ve tasar?m? yap?lmas? gerekmektedir. Aksi takdirde, malzemelerin fiziksel ?zelliklerindeki büyük farkl?l?klar veya artan arayüz say?s? nedeniyle beklenen etki elde edilemeyebilir.

Ge?i? katman?n?n haz?rlama y?ntemi a??s?ndan, ara?t?rmac?lar, ge?i? katman?n? haz?rlamak i?in ?o?unlukla fiziksel buhar biriktirme (PVD), elektrokaplama, ak?ms?z kaplama ve CVD kullanmaktad?r. Elde edilen ge?i? tabakas? ve matris genellikle fiziksel olarak ba?lan?r veya sadece bulunur. Elmas kaplama / ?imento substrat? aras?na bir veya daha fazla yeni arayüz ekleyen nanometre kal?nl???nda bir difüzyon katman?. CTE ve ge?i? katman? malzemesi ile WC-Co aras?ndaki sertlik gibi fiziksel ?zelliklerde ani bir de?i?iklik de arayüzey stres sorunlar?na neden olur ve bu arayüzey stres, ge?i? tabakas?n?n kal?nl???n?n ve ge?i? tabakas? say?s?n?n artmas?yla artacakt?r. bir ?l?üde etkiler. Artt?r?lm?? yap??ma mukavemeti. Ayr?ca, SiC d???nda, ba?lanma mukavemetinin geli?tirilmesine elveri?li olmayan di?er ge?i? tabakas? malzemeleri ve elmaslar aras?nda CTE ve sertlik gibi ?zelliklerde hala büyük farkl?l?klar vard?r. Bu nedenle, ge?i? katman?n?n yeni bir haz?rlama y?ntemini ara?t?rmak, kompozisyon ve kompozisyonun bir gradyan?na sahip bir ge?i? katman? elde etmek ve yeni arayüzün neden oldu?u arayüz stresini ?nlemek i?in, elmas?n yap??ma mukavemetini artt?rmak ?zellikle ?nemlidir. kaplama.