[发明专利]一种CVD金刚石厚膜-陶瓷复合片钎焊刀具及其制备方法

说明书

本发明提供了一种CVD金刚石厚膜‑陶瓷复合片钎焊刀具及其制备方法，步骤如下：S1、将氮化硅陶瓷基体表面喷砂粗化后超声波植晶，得到预处理过的氮化硅陶瓷基体；S2、采用微波化学气相沉积法沉积金刚石厚膜得到CVD金刚石厚膜‑陶瓷复合片；S3、将复合片上的CVD金刚石厚膜进行机械抛光；S4、将机械抛光后的复合片激光切割成所需形状；S5、将激光切割后的复合片，真空钎焊至硬质合金刀体上，然后通过刃磨制成CVD金刚石厚膜‑陶瓷复合片钎焊刀具。本方法有效简化CVD金刚石厚膜钎焊刀具的制备工序，降低成本，同时优化金刚石厚膜的晶粒尺度，抑制膜基界面的孔洞产生，陶瓷基底作为支撑可保证金刚石厚膜在抛光过程中不易断裂。

技术领域

本发明涉及金刚石刀具的制备技术领域，具体地，涉及一种CVD金刚石厚膜-陶瓷复合片钎焊刀具及其制备方法，尤其是，一种利用微波化学气相沉积(Microwave PlasmaChemical Vapor Deposition，简称MPCVD)制备CVD金刚石厚膜-陶瓷复合片钎焊刀具的方法。

背景技术

随着工件材料轻型化、高强度化的发展趋势，对材料切削加工中所用的刀具提出了更加严苛的要求。目前，常用的金刚石刀具包括CVD金刚石薄膜涂层刀具和聚晶金刚石(PCD)刀具两大类。CVD金刚石薄膜涂层刀具通常使用热丝化学气相沉积(HFCVD)技术，将厚度约10μm的金刚石膜沉积在硬质合金刀具表面，由于硬质合金中的钴元素会由于生长过程中的高温而析出，造成膜基界面的金刚石石墨化，最终破坏涂层结合力差，容易在使用过程中出现涂层脱落；由于硬质合金基底与金刚石涂层热膨胀系数相差较大，生长过程很容易在膜基界面形成较大的残余应力，也会影响膜基结合强度；另外由于金刚石涂层会使得刀具刃口变钝，造成切削力增大，加速涂层的磨损，影响加工质量。PCD刀具在加工过程中展现了较金刚石涂层刀具更好的稳定性，以及更好的锋利度，但是由于PCD材料采用金刚石微粉和黏结剂烧结而成，硬度较低的黏结剂成分会在加工过程中优先磨损，最终引发金刚石颗粒的脱落，刃口逐渐钝化。

由于CVD金刚石膜为纯金刚石构成，不含任何黏结剂成分，所以采用CVD金刚石自支撑膜制作钎焊刀具曾被认为可以替代PCD刀具。但是由于沉积金刚石自支撑膜通常需要数十小时的沉积时间，而且生长出的金刚石膜表面粗糙度很大，后续抛光处理困难。自支撑膜通常使用MPCVD或直流喷射等离子体CVD技术，在单晶硅基体上沉积，生长完成后采用强酸(硝酸和氢氟酸混合溶液)容易将硅基底腐蚀掉，留下自支撑的金刚石膜。这种工艺由于硅片不可重复使用，增加了自支撑金刚石膜的制备成本，而且金刚石膜自支撑化之后通常很脆，抛光过程中很容易造成破碎，抛光难度很大、效率很低。腐蚀硅基底时产生的废气和废液很容易对环境造成污染，并且可能对工人的健康有所损害。虽然金刚石自支撑膜钎焊刀具的切削性能比薄膜涂层刀具和PCD刀具更好，但是由于制备过程复杂，成本较高，一直未得到大范围的推广应用。

经过对现有技术的检索发现，中国专利号CN204221021记载了“一种CVD金刚石厚膜刀具”，该文献公布了一种使用CVD金刚石厚膜制备的3C刀具，可用于加工铝合金手机壳边框，该实用新型主要关注于刀型的开发，并未对金刚石膜的沉积技术进行详细的优化和说明。中国专利申请号CN104561925A记载了一种“一种自支撑金刚石膜的制备方法”，该文献公布了一种无需刻蚀硅基底的自支撑金刚石膜的制备方法，通过在硅基片表面和侧面沉积10-20μm的钛涂层和2-4μm的钼涂层，在双层金属涂层上利用CVD技术沉积金刚石涂层，最后利用草酸溶液去除钛涂层，使得金刚石层与硅基底分开，实现自支撑化。虽然该方法实现了基底的重复利用，但是增加的金属层沉积步骤也造成了成本的上升，不适合用于工业应用推广。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种CVD金刚石厚膜-陶瓷复合片钎焊刀具及其制备方法。取缔传统的金刚石厚膜自支撑化过程，该方法能够有效简化CVD金刚石厚膜钎焊刀具的制备工序，降低成本，同时优化金刚石厚膜的晶粒尺度，抑制膜基界面的孔洞产生，陶瓷基底作为支撑可以保证金刚石厚膜在抛光过程中不易断裂。

本发明的目的是通过以下方案实现的：