晶體金剛石涂層
“切削刀刃上聚集著高額利潤(rùn)”是1911年Schlesinger在談?wù)摰缴a(chǎn)過(guò)程中如何提高生產(chǎn)率和生產(chǎn)效率時(shí)所說(shuō)的补箍。時(shí)至今日堆鸦，對(duì)于革新性刀具材料和涂層高性能刀具來(lái)說(shuō)仍然有效哀铡，尤其是在進(jìn)行高磨損和新型材料加工時(shí)。這些新材料包括：用于EDM電極加工的硬化煤翻默、石墨和銅缸沃，用于發(fā)動(dòng)機(jī)零件和引擎的現(xiàn)代輕質(zhì)材料硅鋁合金（硅含量超過(guò)12％）、金屬復(fù)合材料（MMC）修械，生壓胚趾牧、纖維及微粒增強(qiáng)金屬及塑料。而木材也是磨蝕性很強(qiáng)的難加工材料代表之一肯污。對(duì)上述材料的經(jīng)濟(jì)加工中翘单，金剛石因其超凡的硬度而成為首選。從15年前開始仇箱，人們便可以穩(wěn)定高效地合成純晶體金剛石了县恕，該工藝促成了新一代金剛石涂層刀具的問(wèn)世和規(guī)模化生產(chǎn)剂桥。性能優(yōu)越忠烛、涂層可根據(jù)切削刃部形狀進(jìn)行匹配是其生產(chǎn)工藝的特點(diǎn)，而涂層賦予刀具應(yīng)用中最突出的性能便是金剛石晶體所具備的特性权逗，例如高硬度美尸、極佳的摩擦性能和潤(rùn)滑性能以及較好的導(dǎo)熱性。
用于合成CVD晶體金剛石的含碳?xì)怏w僵馒，例如甲烷幼氏、乙炔或一氧化碳被裂解后首先以石墨和金剛石的形式沉積到基體表面，多余的石墨必須除去以便獲得純晶體金剛石薄膜绸秸，可以通過(guò)調(diào)整工藝參數(shù)或采用氫體刻蝕的方法以避免石墨生成嬉拾。近20年來(lái)，人們開發(fā)出了許多種不同的金剛石沉積工藝匠似，這些工藝通過(guò)采用熱或等離子輔助活化方法分解氫原子使其成為氣態(tài)臊吓，除了直流等離子噴射（DC-plasma-jet）、高電流直流電话党痢（high current-DC-ARC）及微波法外英谢，目前最合適并且在切削刀具和零件上廣為應(yīng)用的是熱絲CVD工藝（hot-filament-CVD-process, HF-CVD），如CemeCom AG公司的CC800/DIA全自動(dòng)金剛石涂層裝置里淡。
合成晶體金剛石涂層工藝技術(shù)與用于現(xiàn)代硬質(zhì)膜沉積的工藝完全不同刃伞，它在具有復(fù)雜幾何形狀的刀具表面沉積CVD金剛石薄膜所需的工藝溫度約為850℃，因此對(duì)于切削刀具來(lái)說(shuō)谎跨，該工藝僅僅適用于耐熱材料钥嫌，例如硬質(zhì)合金或碳化硅垃杖。近年來(lái)的研發(fā)工作在沉積晶體金剛石涂層結(jié)合力方面取得了很大進(jìn)展，這主要?dú)w功于前處理方法和工藝技術(shù)的進(jìn)一步改進(jìn)韭赘，即意味著可以在具有復(fù)雜形狀的切削刀具任意需要保護(hù)的位置沉積金剛石薄膜缩滨。
工藝初始階段，晶體金剛石薄膜的生長(zhǎng)從一個(gè)個(gè)小顆粒的結(jié)晶開始泉瞻，接著晶粒聚集在一起形成晶島脉漏，然后便生長(zhǎng)為完整的金剛石膜層，具有朝向表面生長(zhǎng)方位的晶體占據(jù)著主導(dǎo)地位并且緊挨著相鄰的晶體生長(zhǎng)袖牙，這樣一來(lái)便形成了傳統(tǒng)微晶CVD金剛石涂層典型的柱狀結(jié)構(gòu)侧巨。晶柱的尺寸影響著表面的粗糙度，微晶金剛石薄膜的粗糙度使其成為加工諸如石墨和生壓胚材料時(shí)的理想選擇鞭达。在這些應(yīng)用領(lǐng)域中的一個(gè)顯著特點(diǎn)便是加工過(guò)程中幾乎不產(chǎn)生切屑司忱，只有粉塵。
通過(guò)調(diào)整工藝參數(shù)可以將晶體粒徑減小到納米級(jí)并生成具有平滑表面的納米晶體金剛石薄膜畴蹭。特殊設(shè)計(jì)的循環(huán)變化工藝參數(shù)促成了金剛石晶體的再次成核坦仍，納米金剛石涂層還可改善表面的不平坦?fàn)顩r。
金剛石晶體的粒徑對(duì)于涂層表面結(jié)構(gòu)具有至關(guān)重要的影響叨襟。平滑金剛石涂層的晶粒大小在5～20nm之間堆嘿，其表面平滑度是在鋁和鋁合金材料加工時(shí)滿足其切屑去除要求所必需的，而標(biāo)準(zhǔn)涂層根據(jù)其涂層厚度慌缨，一般粒徑在0.5～5μm之間氏走。表面粗糙度通常由晶體大小決定，因此可以通過(guò)選擇不同的工藝參數(shù)來(lái)獲得不同的結(jié)果娱背。與所有其它采用CemeCom工藝技術(shù)沉積的金剛石薄膜一樣讥燎，平滑金剛石薄膜不含任何無(wú)組織碳或石墨改性，只有這種純金剛石才具有特定的硬度和抗磨損能力烂秘。
兩種不同金剛石薄膜的優(yōu)點(diǎn)可以通過(guò)復(fù)合涂層的組合方式得到綜合掰魁。與PVD涂層一樣，復(fù)合涂層的結(jié)構(gòu)可以在表面涂層發(fā)生斷裂后阻止斷裂的進(jìn)一步擴(kuò)展裳雕，斷裂在每一層界面得到中止和偏離低流，因此無(wú)法輕易延伸至基體涂層面。
根據(jù)應(yīng)用狀況嘹谎，金剛石涂層的厚度通常在6～20μm范圍內(nèi)大熟。在PCD（聚晶金剛石）切削刃上沉積金剛石薄膜割扬，其金剛石晶體植于鈷矩陣中生長(zhǎng)囤恶。
CVD金剛石表現(xiàn)出比PCD金剛石更高的硬度、更好的抗裂化性能窘游，并可根據(jù)應(yīng)用需要優(yōu)化其刀刃的圓弧度唠椭，例如較高的進(jìn)給率要求較大的圓弧度。
在加工難度大的應(yīng)用場(chǎng)合，伴隨著研磨磨損的增加贪嫂，需要更高的涂層厚度以便增加其磨損容量寺庄，但是由此形成的更大刃部圓度可能會(huì)對(duì)被加工工件的表面質(zhì)量產(chǎn)生消極影響，特別是對(duì)纖維增強(qiáng)材料（例如木頭等）進(jìn)行加工時(shí)往往需要非常鋒利的切削刃力崇。新開發(fā)的工藝可對(duì)金剛石涂層后的切削刃進(jìn)行再次鋒利處理斗塘，處理方法包括電蝕法、激光或等離子處理等亮靴。再鋒利處理后的切削刃其圓弧度小于0.5μm馍盟。
用于合成CVD晶體金剛石的含碳?xì)怏w僵馒，例如甲烷幼氏、乙炔或一氧化碳被裂解后首先以石墨和金剛石的形式沉積到基體表面，多余的石墨必須除去以便獲得純晶體金剛石薄膜绸秸，可以通過(guò)調(diào)整工藝參數(shù)或采用氫體刻蝕的方法以避免石墨生成嬉拾。近20年來(lái)，人們開發(fā)出了許多種不同的金剛石沉積工藝匠似，這些工藝通過(guò)采用熱或等離子輔助活化方法分解氫原子使其成為氣態(tài)臊吓，除了直流等離子噴射（DC-plasma-jet）、高電流直流電话党痢（high current-DC-ARC）及微波法外英谢，目前最合適并且在切削刀具和零件上廣為應(yīng)用的是熱絲CVD工藝（hot-filament-CVD-process, HF-CVD），如CemeCom AG公司的CC800/DIA全自動(dòng)金剛石涂層裝置里淡。
合成晶體金剛石涂層工藝技術(shù)與用于現(xiàn)代硬質(zhì)膜沉積的工藝完全不同刃伞，它在具有復(fù)雜幾何形狀的刀具表面沉積CVD金剛石薄膜所需的工藝溫度約為850℃，因此對(duì)于切削刀具來(lái)說(shuō)谎跨，該工藝僅僅適用于耐熱材料钥嫌，例如硬質(zhì)合金或碳化硅垃杖。近年來(lái)的研發(fā)工作在沉積晶體金剛石涂層結(jié)合力方面取得了很大進(jìn)展，這主要?dú)w功于前處理方法和工藝技術(shù)的進(jìn)一步改進(jìn)韭赘，即意味著可以在具有復(fù)雜形狀的切削刀具任意需要保護(hù)的位置沉積金剛石薄膜缩滨。
工藝初始階段，晶體金剛石薄膜的生長(zhǎng)從一個(gè)個(gè)小顆粒的結(jié)晶開始泉瞻，接著晶粒聚集在一起形成晶島脉漏，然后便生長(zhǎng)為完整的金剛石膜層，具有朝向表面生長(zhǎng)方位的晶體占據(jù)著主導(dǎo)地位并且緊挨著相鄰的晶體生長(zhǎng)袖牙，這樣一來(lái)便形成了傳統(tǒng)微晶CVD金剛石涂層典型的柱狀結(jié)構(gòu)侧巨。晶柱的尺寸影響著表面的粗糙度，微晶金剛石薄膜的粗糙度使其成為加工諸如石墨和生壓胚材料時(shí)的理想選擇鞭达。在這些應(yīng)用領(lǐng)域中的一個(gè)顯著特點(diǎn)便是加工過(guò)程中幾乎不產(chǎn)生切屑司忱，只有粉塵。
通過(guò)調(diào)整工藝參數(shù)可以將晶體粒徑減小到納米級(jí)并生成具有平滑表面的納米晶體金剛石薄膜畴蹭。特殊設(shè)計(jì)的循環(huán)變化工藝參數(shù)促成了金剛石晶體的再次成核坦仍，納米金剛石涂層還可改善表面的不平坦?fàn)顩r。
金剛石晶體的粒徑對(duì)于涂層表面結(jié)構(gòu)具有至關(guān)重要的影響叨襟。平滑金剛石涂層的晶粒大小在5～20nm之間堆嘿，其表面平滑度是在鋁和鋁合金材料加工時(shí)滿足其切屑去除要求所必需的，而標(biāo)準(zhǔn)涂層根據(jù)其涂層厚度慌缨，一般粒徑在0.5～5μm之間氏走。表面粗糙度通常由晶體大小決定，因此可以通過(guò)選擇不同的工藝參數(shù)來(lái)獲得不同的結(jié)果娱背。與所有其它采用CemeCom工藝技術(shù)沉積的金剛石薄膜一樣讥燎，平滑金剛石薄膜不含任何無(wú)組織碳或石墨改性，只有這種純金剛石才具有特定的硬度和抗磨損能力烂秘。
兩種不同金剛石薄膜的優(yōu)點(diǎn)可以通過(guò)復(fù)合涂層的組合方式得到綜合掰魁。與PVD涂層一樣，復(fù)合涂層的結(jié)構(gòu)可以在表面涂層發(fā)生斷裂后阻止斷裂的進(jìn)一步擴(kuò)展裳雕，斷裂在每一層界面得到中止和偏離低流，因此無(wú)法輕易延伸至基體涂層面。
根據(jù)應(yīng)用狀況嘹谎，金剛石涂層的厚度通常在6～20μm范圍內(nèi)大熟。在PCD（聚晶金剛石）切削刃上沉積金剛石薄膜割扬，其金剛石晶體植于鈷矩陣中生長(zhǎng)囤恶。
CVD金剛石表現(xiàn)出比PCD金剛石更高的硬度、更好的抗裂化性能窘游，并可根據(jù)應(yīng)用需要優(yōu)化其刀刃的圓弧度唠椭，例如較高的進(jìn)給率要求較大的圓弧度。
在加工難度大的應(yīng)用場(chǎng)合，伴隨著研磨磨損的增加贪嫂，需要更高的涂層厚度以便增加其磨損容量寺庄，但是由此形成的更大刃部圓度可能會(huì)對(duì)被加工工件的表面質(zhì)量產(chǎn)生消極影響，特別是對(duì)纖維增強(qiáng)材料（例如木頭等）進(jìn)行加工時(shí)往往需要非常鋒利的切削刃力崇。新開發(fā)的工藝可對(duì)金剛石涂層后的切削刃進(jìn)行再次鋒利處理斗塘，處理方法包括電蝕法、激光或等離子處理等亮靴。再鋒利處理后的切削刃其圓弧度小于0.5μm馍盟。
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