近年來，低壓化學(xué)氣相沉積(CVD)金剛石薄膜技術(shù)得到迅速發(fā)展,研究開發(fā)了諸如燈絲熱解CVD法、微波等離子體CVD法、直流等離子體噴射CVD法和燃焰法等多種金剛石薄膜合成方法忱脆。根據(jù)不同的沉積方法和沉積條件，在1～980μm/h的沉積速度下儡矫，可得到厚度為0.5～1000μm的薄(厚)膜圈蔬，可沉積出直徑達(dá)300mm的大面積金剛石膜，為金剛石膜的廣泛應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)角殃。在硬質(zhì)合金或陶瓷基體上沉積金剛石薄膜的涂層刀具(刀片杆谓、麻花鉆、立銑刀等)或用厚膜焊接在基體上制成的刀具险丧、高保真揚(yáng)聲器中使用的金剛石涂層或純金剛石膜振動(dòng)膜歼虽、用金剛石薄膜制成的X光機(jī)的光學(xué)窗口等CVD金剛石制品已在一些工業(yè)發(fā)達(dá)國家形成了一定生產(chǎn)能力。我國的金剛石膜研究開發(fā)水平在許多方面與世界水平差距不大愧鹊，目前已能批量生產(chǎn)商品化金剛石膜刀具和模具而灸，并開展了一些切削加工實(shí)驗(yàn)研究。

　　由于氣相沉積的金剛石膜為多晶膜惩赊，晶粒較多电湘，表面凸凹不平，在許多情況下不能直接使用鹅经，因而金剛石膜的光整加工(拋光)是必不可少的重要工藝步驟寂呛。由于金剛石膜硬度高、厚度薄瘾晃、整體強(qiáng)度低贷痪，因此拋光效率低，且膜極易破裂及損傷蹦误。因此劫拢，金剛石膜的拋光技術(shù)已成為擴(kuò)大金剛石膜應(yīng)用的關(guān)鍵性課題。目前已經(jīng)應(yīng)用和正在研究的金剛石膜拋光方法有多種强胰，并各有其特點(diǎn)尚镰，現(xiàn)分述如下阀圾。

　　2 ．機(jī)械拋光方法

　　金剛石膜的機(jī)械式拋光一般采用傳統(tǒng)的研磨或磨削方法，磨削工具大都使用金剛石砂輪或金剛石研磨粉狗唉，該方法可用于金剛石膜的粗、中涡真、精拋光音哟。由于被加工材料的特殊性，這種傳統(tǒng)加工方法往往加工效率低吟因，且加工后的微觀表面質(zhì)量不好犯渣，易產(chǎn)生微裂紋。在研磨或磨削與基體結(jié)合力較小的金剛石膜時(shí)产歧，容易造成膜的損傷和破壞甥轿。日本研究人員對(duì)純機(jī)械式磨削金剛石膜的效果進(jìn)行了分析。在拋光中品庞，金剛石顆粒尺寸為0～2μm绿相。用掃描電子顯微鏡觀察拋光后的表面，仍可發(fā)現(xiàn)由磨削產(chǎn)生的波紋及相當(dāng)數(shù)量的表面微裂紋斋垫。對(duì)于較小尺寸的金剛石膜產(chǎn)品篷低，有人采用了“膜對(duì)膜”的拋光方法，參見圖1届饰。金剛石薄膜刀具放置在下方其种，拋光工具為一直徑40mm的圓盤，圓盤的加工面用CVD方法形成厚度為20μm的金剛石膜狸眼，膜形成的顆粒尺寸約為3～8μm藤树，拋光時(shí)圓盤轉(zhuǎn)速為2cm/s。該方法的拋光效率高于普通砂輪的拋光效率拓萌，可在數(shù)分鐘或數(shù)十分鐘內(nèi)完成一個(gè)刀面的拋光岁钓，表面粗糙度可達(dá)Rmax1μm。由于磨具磨損后可重新進(jìn)行CVD成膜司志，因而磨盤可重復(fù)使用甜紫。

　　3 ．化學(xué)拋光方法

　　純化學(xué)拋光方法主要是利用某些化學(xué)活性很強(qiáng)的金屬如鑭(La)、鈰(Ce)等骂远，在一定工藝條件(如溫度囚霸、環(huán)境氣體等)下使金剛石膜表面產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，從而將金剛石膜表面粗糙部分融蝕激才，其工作原理參見圖2拓型。化學(xué)拋光的速度與溫度密切相關(guān)瘸恼，隨著溫度上升劣挫，蝕除速度加快。但反應(yīng)溫度不宜太高，一般不宜超過970℃险悲，如溫度過高修梭，金屬會(huì)過分液化，從而對(duì)膜的邊緣產(chǎn)生“過蝕”現(xiàn)象专勇，甚至影響拋光效果纸级。化學(xué)拋光的效率高于機(jī)械拋光客洁，在940℃溫度下反應(yīng)2.5小時(shí)可將Ra12μm的粗糙表面降至Ra1.6μm描刹。該方法還可用于金剛石膜的迅速減薄，這一工藝通常用于半導(dǎo)體基片材料的成型垢类。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道婆崔，在1cm×0.5cm的金剛石膜上用鑭及鈰共同作用4小時(shí)，可使膜的厚度從300μm減至230μm革襟，去除量為70μm十卖。雖然該方法具有較高的減薄拋光速度，但由于化學(xué)反應(yīng)及蝕除過程本身的性質(zhì)零短，使之難以達(dá)到很高的表面質(zhì)量壤趴，因此該方法只適用于粗、中拋光瑞侮。此外的圆，該方法用于拋光時(shí)，由于其減薄速率大于拋光速率半火，因此存在金剛石的額外消耗越妈，致使加工成本提高。

　　化學(xué)機(jī)械拋光中最常用的方法是熱金屬板法钮糖，該方法較為實(shí)用梅掠，因而應(yīng)用最多，其工作原理參見圖3店归。拋光用金屬板一般采用鐵阎抒、鑄鐵或鎳等材料制成。拋光時(shí)消痛，金剛石膜與拋光用金屬板作相對(duì)運(yùn)動(dòng)且叁，并保持一定的接觸壓力、溫度及外部空氣環(huán)境秩伞。金屬板能用于拋光金剛石膜是因?yàn)槟さ幕窘Y(jié)構(gòu)由碳組成逞带，對(duì)于某些金屬，在一定外部條件下烟渴，碳會(huì)不斷向金屬中擴(kuò)散吱台，從而產(chǎn)生拋光作用姥憋。碳擴(kuò)散的速度受到溫度的影響，隨著溫度上升苦爸，拋光效率增加拼肥。熱板的溫度可根據(jù)實(shí)際情況在150～950℃之間選取。拋光的線速度對(duì)拋光過程無明顯影響瑟扁，但當(dāng)拋光溫度較低時(shí)成吓，一般可采用較高的線速度，因?yàn)檩^高的線速度可以提升膜表面的局部溫度孙般，從而加速碳的擴(kuò)散，增加拋光效率搏翎。研究結(jié)果表明谊蚣，在真空狀態(tài)下可獲得較高的拋光效率，但拋光效果不夠理想吸辽。

　　在真空中职鸟，碳從交界面向金屬板上擴(kuò)散并形成金屬碳化物，由于金剛石膜與金屬板接觸緊密藏斩，因而擴(kuò)散速度較快躏结。同時(shí)，由于剩余氧的存在狰域，會(huì)對(duì)膜表面產(chǎn)生腐蝕作用從而留下較大空腔媳拴。研究結(jié)果表明，在充入氫氣的環(huán)境下兆览，不僅可獲得相對(duì)較高的拋光速度屈溉，也可獲得良好的表面質(zhì)量。在使用氫氣作為環(huán)境空氣時(shí)抬探，加熱活化的氫原子與溶于研磨板表面的碳原子反應(yīng)子巾，形成甲烷并被排出，從而降低研磨板的碳濃度小压，使之可以保持較快的擴(kuò)散速度线梗，提高拋光效率。此外怠益，在氫氣環(huán)境下仪搔，氧的腐蝕作用大大減小，使拋光質(zhì)量得以提高呼笨。采用熱金屬板法可進(jìn)行粗恋晃、中、精拋光肪吁，但效率仍然偏低陷立，一般為0.1～0.5μm/h肥寺，如要將Ra10μm左右的金剛石膜拋光至鏡面往往需要數(shù)十小時(shí)。

　　雙膜互加工法

　　在化學(xué)機(jī)械拋光方法中柱炼，除熱金屬板法外糯敢，美國俄亥俄州立大學(xué)機(jī)械工程系的研究人員采用了另一種較新穎的拋光方法。將兩片需要拋光的金剛石膜面對(duì)面安裝痒脊，一片固定不動(dòng)并與熱源相連瞎弥，另一片作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，兩片膜互相對(duì)研驮觅。在膜與膜之間充入以硝酸鉀(KNO3)為主要成份的化學(xué)氧化劑祝鞍，金剛石膜在機(jī)械研磨和氧化腐蝕的共同作用下被拋光。該方法設(shè)備要求簡單闯捎，膜的大小基本不受限制椰弊，且拋光效率可比熱金屬板法提高數(shù)倍。該方法的缺點(diǎn)是兩片膜進(jìn)行對(duì)研之前必須進(jìn)行一次預(yù)拋光方能取得較好效果瓤鼻。此外秉版，該方法可達(dá)到的最終粗糙度值有限，一般約為0.2～0.5μm茬祷，若需進(jìn)一步降低表面粗糙度清焕，必須采用其它方法。

　　5． 高能拋光方法

　　等離子體拋光法

　　拋光在一內(nèi)腔直徑約為200mm的密閉容器中完成祭犯。圖中所示陰極為帶圓弧面的鋁板制成秸妥，圓弧直徑為75mm，曲率為200mm盹憎。陰極安裝在一個(gè)銅制的水冷裝置上并與直流電源相連筛峭。金剛石膜安裝在托架上，置于陰極對(duì)面陪每。陰極表面在加工中不斷與腔內(nèi)氣體作用而發(fā)生氧化影晓，由于陰極為圓弧面，所以等離子體通過陰極表面時(shí)將產(chǎn)生彎曲檩禾，使之在工件與陰極之間產(chǎn)生半聚焦的電子束捉瘟。加工時(shí)腔內(nèi)保持一定的真空度，并不斷充入工作氣體(氧氣和氫氣)蔑誓。這種方法也稱為電子束輔助等離子體加工(EDAPE)铲锭。該方法一般用于精細(xì)光整加工，可用于處理最小厚度僅為5μm的極薄金剛石膜誉梳，加工速度約為10～40nm/min欲华。

　　離子束加工法

　　離子束加工法是目前使用較多的一種金剛石膜拋光方法，它是利用氧氣或具有較大濺射率的惰性氣體離子進(jìn)行濺射刻蝕骇俏。離子源采用ECR離子槍天殉，可獲得持續(xù)穩(wěn)定均勻的離子束脚培。工件安裝在支架上，當(dāng)α=0°時(shí)固定不動(dòng)靡鞭；當(dāng)α≠0°時(shí)由電機(jī)帶動(dòng)回轉(zhuǎn)纺围，使金剛石膜表面各部位均勻受到離子束作用，以獲得無方向性的光滑表面蜘辕。

　　該方法可用于各類金剛石膜的拋光僧旬，但在作為粗、中拋光時(shí)效率相對(duì)較低逼庞，如將Rmax50μm的表面拋光至Rmax15μm約需24小時(shí)蛇更；將Rmax3μm的表面拋光至Rmax0.5μm約需8小時(shí)。該方法可獲得較好的表面質(zhì)量赛糟，拋光后金剛石膜的表面粗糙度可達(dá)到納米級(jí)水平械荷，如直徑為5cm、初始表面粗糙度為Ra1μm的金剛石薄膜經(jīng)過40分鐘拋光后虑灰，表面粗糙度可降至Ra55.4nm。局部原子水平級(jí)的拋光痹兜，Ra可達(dá)1.9nm/1μm2及1nm/10μm2穆咐。

　　激光束蝕刻法

　　采用激光束掃描加工使金剛石加熱蒸發(fā)，可獲得較高的拋光效率字旭，目前的加工水平為0.1cm2/min对湃。在激光束拋光金剛石膜的實(shí)際應(yīng)用中，激態(tài)基態(tài)復(fù)合激光器(Excimer)的使用最為廣泛遗淳，因?yàn)樵摷す馄鞯牟ㄩL及功率比較適合拋光加工拍柒，其它類型的激光器應(yīng)用相對(duì)較少。

　　利用激光掃描拋光金剛石膜在工藝上相對(duì)較為復(fù)雜止既，加工效果與激光照射角度密切相關(guān)柔朽，不同類型及波長的激光器有不同的照射角度。由于激光加工為非接觸式加工核瘤，所以可用于拋光復(fù)雜型面精杜。據(jù)報(bào)道，小面積掃描加工可達(dá)到很高的表面質(zhì)量涉泡，可進(jìn)行納米級(jí)加工處理澳缴，但最終拋光結(jié)果與初始表面粗糙度有關(guān)。

　　俄羅斯研究人員采用工件旋轉(zhuǎn)的方法拋光金剛石膜政茄，拋光時(shí)激光頭只作橫向移動(dòng)烧晤。采用該方法拋光時(shí)，膜的表面粗糙度與到旋轉(zhuǎn)中心的距離有關(guān)彭闷，離旋轉(zhuǎn)中心越遠(yuǎn)愈樱，粗糙度值越大芳企，這是因?yàn)樵谀ばD(zhuǎn)拋光時(shí)，激光掃描速度隨半徑的增加而增加瘤琐，激光在單位時(shí)間內(nèi)的實(shí)際作用隨之減小琐览，因而使粗糙度值增大。

　　磨料水射流拋光法

　　磨料水射流拋光法的原理及裝置如圖8所示柑土。水平放置的磨料射流噴嘴與工件處于準(zhǔn)接觸狀態(tài)蜀肘，高速噴出的射流到達(dá)工件后立即改變方向沿噴嘴邊緣外泄。加工過程中工件不斷旋轉(zhuǎn)稽屏，噴嘴可沿徑向移動(dòng)扮宠，工件表面在射流的沖擊與摩擦作用下被拋光。加工時(shí)狐榔，工件旋轉(zhuǎn)速度約為2400rpm坛增，噴射壓力100～300MPa，磨料為碳化硅(粒度220～600)薄腻，磨料與水的體積重量比為0.2∶1,噴嘴橫向移動(dòng)速度0.31mm/s收捣，射流速度約為150m/s。該方法可用于金剛石膜的粗庵楷、中拋光罢艾，具有較高的加工效率。如將Rmax3μm的膜表面拋光至Rmax1.3μm時(shí)尽纽，拋光速率為2.7μm/s/mm2咐蚯。

 　　CVD金剛石膜拋光工藝是其工業(yè)化應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)之一，國內(nèi)外對(duì)此已作了大量研究披贰。傳統(tǒng)的機(jī)械拋光方法雖可實(shí)現(xiàn)對(duì)金剛石膜的拋光须涣，但加工效率低，膜的微觀表面質(zhì)量不佳臣碟，且加工中易發(fā)生破損盐腻。化學(xué)機(jī)械拋光方法雖在效率和質(zhì)量上有所改善踊眠，但加工效率仍然偏低嘁汗，不適合進(jìn)行粗拋光。純化學(xué)拋光方法可進(jìn)行粗永音、中拋光揣恳，但由于成本較高且污染環(huán)境，其應(yīng)用將受到限制乃至有被淘汰的可能炭箭，其商業(yè)及工業(yè)化應(yīng)用前景并不樂觀一膝。在高能拋光方法中，磨料水射流法可用于快速粗拋光菌司，但對(duì)設(shè)備要求較高顾腊，且加工的均勻性有待進(jìn)一步改善粤铭。離子束拋光法和激光拋光法是較為理想的拋光方法，但離子束拋光法的設(shè)備投入和加工成本較高杂靶，粗拋光時(shí)效率低梆惯，因此更適用于金剛石膜的精拋光或超精拋光；激光拋光法的加工表面會(huì)發(fā)生某些變性吗垮，使加工后的金剛石膜性能受到一定影響垛吗。迄今為止，尚未見到用該方法加工大面積金剛石膜的報(bào)道烁登，其加工均勻性及工藝性尚待進(jìn)一步研究怯屉。總之饵沧，各種拋光方法均有各自的工藝性能及特點(diǎn)锨络，在使用時(shí)可結(jié)合實(shí)際情況正確選用。

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