[发明专利]等离子体织构化刀具及其制备方法

权利要求书

1.等离子体织构化刀具，刀具的基体材料为硬质合金，其特征在于：刀具 前刀面的刀-屑接触区采用等离子体刻蚀方法刻蚀形成纳米尺度的织构阵列。

2.根据权利要求1所述的等离子体织构化刀具，其特征在于：所述纳米尺 度的织构阵列圆孔直径＝200nm，圆孔的中心距＝300nm，圆孔深度＝500nm。

3.等离子体织构化刀具制备方法，步骤为：

(1)制备掩膜板：通过溅射法在玻璃基板的表面溅射淀积氮化铬层，在氮化 铬层的表面溅射铬膜层，在铬膜层的表面溅射三氧化二铬层，然后，采用电子 束光刻在铬膜层加工纳米尺度的织构阵列；

(2)刀具前处理：刀具先放入H₂SO₄和H₂O₂的混合溶液中恒温水浴10-30 分钟，用去离子水冲洗并吹干；接着，放入NH₄OH、H₂O₂、H₂O的混合溶液中 恒温水浴10-30分钟，用去离子水冲洗并吹干；接着，放入HCl、H₂O₂、H₂O 的混合溶液中恒温水浴10-30分钟，用去离子水冲洗并吹干；接着在HF溶液中 浸泡10-60秒，用去离子水冲洗并吹干；最后，刀具清洗并进行脱水烘焙；

(3)光刻图形转印：光刻胶均匀的涂在刀具前刀面的刀-屑接触区，掩膜板 放置于刀具前刀面上方并且玻璃基板朝上，在掩膜板上方用紫外线对光刻胶进 行曝光，曝光后对光刻胶进行后烘，之后，用显影液对光刻胶进行溶解，在光 刻胶上形成纳米尺度的织构阵列图形；

(4)等离子体刻蚀：对照光刻胶上纳米尺度的织构阵列图形，采用等离子体 刻蚀，在刀具上刻蚀形成纳米尺度的织构阵列。

4.根据权利要求3所述的等离子体织构化刀具制备方法，其特征在于：所 述铬膜层厚度为100nm；所述三氧化二铬层厚度为20nm。

5.根据权利要求3所述的等离子体织构化刀具制备方法，其特征在于：刀 具前处理步骤中，刀具是放入H₂SO₄：H₂O₂＝4:1混合溶液中中恒温120℃水浴 15分钟，用去离子水冲洗5分钟，再用氮气吹干；刀具是放入NH₄OH:H₂O₂:H₂O ＝1:1:5混合溶液中恒温80℃水浴15分钟，用去离子水冲洗5分钟，再用氮气 吹干；刀具是放入HCl：H₂O₂：H₂O＝1:1:6混合溶液中恒温80℃水浴15分钟， 用去离子水冲洗5分钟，再用氮气吹干；刀具是先放入50％HF溶液中浸泡30 秒，用去离子水冲洗5分钟，再用氮气吹干；刀具是在400℃的对流烘箱中进行 脱水烘焙。

6.根据权利要求3所述的等离子体织构化刀具制备方法，其特征在于：光 刻图形转印步骤中，曝光时间为12秒；后烘是在100℃的温度条件下热板后烘 90秒；显影时间少于一分钟，显影结束后，在130℃的温度条件下坚膜烘焙90 秒。

7.根据权利要求3所述的等离子体织构化刀具制备方法，其特征在于：等 离子体刻蚀步骤中，刀具前刀面上形成纳米尺度的织构阵列圆孔直径＝200nm， 圆孔的中心距＝300nm，孔深＝500nm。

8.根据权利要求3所述的等离子体织构化刀具制备方法，其特征在于：等 离子体刻蚀步骤中，刻蚀气体为氯气。

9.根据权利要求3所述的等离子体织构化刀具制备方法，其特征在于：等 离子体刻蚀步骤中，刻蚀气体为氯气和氩气的混合气体，氯气和氩气的气体流 量分别为8sccm和2sccm。

10.根据权利要求3所述的等离子体织构化刀具制备方法，其特征在于：等 离子体刻蚀步骤中，在室温下采用ICP-2B进行等离子体刻蚀，使用射频13.56 MHZ，ICP源功率为500W，偏置功率为200W，偏置电压200V，室内压力控制 在1.27Pa，刻蚀反应式：WC+3Cl₂＝WCl₄+CCl₂，Co+Cl₂＝CoCl₂。