[发明专利]金刚石表面双阴极等离子沉积纳米涂层的装备与工艺

说明书

技术领域

本发明涉及金刚石表面处理技术领域，尤其涉及一种双阴极等离子溅射沉积手段在金刚石表面制备纳米涂层的装备以及其制备工艺。

背景技术

金刚石的高硬度、高耐磨性、高抗压强度以及优异的导热性,使其在金属和硬脆材料加工工具、磨具领域有非常广泛的应用。如金刚石锯片、砂轮、磨头等。目前金刚石工具应用较为广泛的一类的主导产品是金属粉末烧结的金刚石工具，是由金刚石与作为结合剂的金属粉末混合、烧结所制成。由于金刚石与一般的金属或合金间有很高的界面能，致使金刚石表面不能被一般的金属或合金所浸润，且在高温下金刚石易石墨化和氧化，所以很难与金属发生冶金结合，金刚石颗粒仅靠物理作用力和机械镶嵌与结合剂结合。在工具使用过程中，经受高的、间歇的切削力，在磨削力的作用下金刚石磨粒极易脱落，从而使磨具的使用寿命大打折扣。

提高金刚石与金属粘结剂的结合强度是提高金刚石工具加工效率、使用寿命和金刚石的利用率的关键。采用表面改性技术，在金刚石磨料表面制备涂层是提高结合剂对金刚石颗粒把持力的重要手段。

目前金刚石表面改性技术主要有化学镀、化学气相沉积、热蒸发镀、磁控溅射镀、离子镀、真空微蒸发镀等多种方式。但是上述表面改性技术存在种种问题:

（1）金刚石表面化学镀Ni、Co、Cu不适用于金属结合剂工具，即使镀Ni-W、Co-W合金的产品也不能用于金属结合剂工具，其原因是Ni、Co为石墨化元素，不能起冶金结合作用。

（2）普通的物理气相沉积包括热蒸发镀、磁控溅射镀、离子镀等，工艺复杂、单次镀覆量少，镀层与金刚石之间只是物理附着，没有与金刚石表面形成碳化物，在工具制造的热压短时间内，难于大面积的化合物键合，所以使用效果不明显。

（3）而化学气相沉积(CVD)以及盐浴镀覆工艺，镀覆过程金刚石受热达到850℃以上，在高真空条件下，金刚石的强度明显下降，失去工业应用价值。

（4）目前应用较广泛的真空微蒸发镀覆技术同样需要较高的沉积温度，且镀覆的种类有限（仅限于镀Ti）,所使用的原材料中含有一定的有毒元素三氯化钛易污染环境。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供了一种金刚石表面双阴极等离子沉积纳米涂层的装备，采用双阴极等离子溅射沉积技术手段，在金刚石颗粒或粉末表面制备纳米金属涂层，改善金刚石与金属粘结剂的结合强度，提高金刚石工具加工效率、使用寿命和金刚石的利用率。

一种金刚石表面双阴极等离子沉积纳米涂层的装备，包括有真空室、电源、靶材、监控部件，在所述的真空室中，料盘设置于靶材的一侧，阳极板设置于靶材的另一侧；所述的电源在真空室外部，电源上包括有两个阴极，其中一个阴极连接于靶材，另一个阴极连接于料盘，电源的阳极连接于阳极板，在靶材上还设置有监控部件。

所述的监控部件用于监控沉积温度。

电源上可以包含一个阳极也可以是两个阳极，只要将阳极连接于真空室中的阳极板上即可。电源采用普通的电源即可。

在使用时，料盘上可以放置金刚石，其可以是颗粒状也可以是粉末状。

作为改进，料盘下方设有震荡器。震荡器可使金刚石颗粒或粉末在沉积中不断翻动，以保证涂层均匀、无漏镀。震荡器最好设在料盘下方3厘米处。

震荡器可以采用超声波震荡聚能器，它的作用是利用超声波的高频声波产生振荡，超声输出频率可根据不同工作情况进行微调超声波发生器有频率微调的功能在不同的工况条件下略微调整使换能器始终工作在最佳状态下，换能效率达到最大，在不同工况下都能达到最佳效果。

作为改进，真空室上还设有进气口和出气口。其作用是通入惰性气体，

上述的监控部件可以采用热电偶。作为改进，热电偶距离料盘2厘米。热电偶实时监控沉积工艺下金刚石表面附近的温度。

作为改进，靶材和金刚石之间的距离为10-20mm，优选15mm。

作为改进，真空室侧壁设有观察口。

作为改进，双阴极结构连接有操作台，用于控制双阴极结构的电流和电压。

本发明还提供了一种金刚石表面沉积纳米涂层的工艺，采用双阴极等离子溅射沉积手段，通过调节靶材和料盘电压以及靶材和料盘中金刚石的距离，通入氩气，控制沉积时间和温度，使靶材金属在金刚石表面形成涂层。