專利名稱：化學(xué)氣相沉積金剛石聚晶金剛石復(fù)合型金剛石制品的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種工具材料結(jié)構(gòu)，特別是涉及一種化學(xué)氣相沉積金剛石聚晶金剛石復(fù)合型金剛石制品。
背景技術(shù)：
化學(xué)氣相沉積金剛石是采用化學(xué)氣相沉積(簡稱CVD)的方法制備出來的一種全晶質(zhì)多晶純金剛石材料(簡稱CVDD)，它可以呈膜狀附著于基底表面，故又常稱金剛石膜，亦可以是脫離基底的純金剛石厚片?；瘜W(xué)氣相沉積金剛石的物理性能和天然金剛石大致相同或非常接近，化學(xué)性質(zhì)則完全相同。
由于化學(xué)氣相沉積金剛石的制備成本較低，可以大面積化和曲面化，而且其厚度可按需要從不足一微米直至數(shù)毫米，故有著比顆粒狀金剛石更為廣泛的用途。如1>利用其高硬度和耐磨性，可以作為工具的超硬涂層，從而使工具的壽命提高十幾到幾十倍。也可以用厚的化學(xué)氣相沉積金剛石片，經(jīng)過激光切割后代替天然金剛石，加工制做成各種焊接型金剛石工具，如高精度砂輪修整刀、拉絲模及各種超硬材料加工和非鐵金屬加工用的刀具等。由于化學(xué)氣相沉積金剛石不含任何金屬或非金屬添加劑，其多晶結(jié)構(gòu)又使其在各個(gè)方向都具有幾乎相同的極高硬度，沒有解理面，因此其機(jī)械性能兼具單晶金剛石和聚晶金剛石(簡稱PCD)的優(yōu)點(diǎn)，而又在一定程度上克服了它們的不足。實(shí)踐表明，焊接型化學(xué)氣相沉積金剛石工具的使用壽命可大大超過單晶金剛石和聚晶金剛石工具，加工精度則可和單晶金剛石工具近似，明顯優(yōu)越于聚晶金剛石工具。因此，美國、日本等發(fā)達(dá)國家已將CVD金剛石作為汽車發(fā)動(dòng)機(jī)制造業(yè)中最理想的工具材料。
2>利用其高導(dǎo)熱性、高絕緣電阻以及與眾多半導(dǎo)體材料較好匹配的低熱膨脹系數(shù)特性，可制作微波管、激光二極管、列陣器件及大功率集成電路等高功率密度電路元件的散熱器件----熱沉。金剛石熱沉的應(yīng)用將導(dǎo)致微電子和光電子工業(yè)發(fā)展的一次飛躍。
化學(xué)氣相沉積金剛石比普通的聚晶金剛石具有高得多的硬度和耐磨性，用于機(jī)械加工工具可實(shí)現(xiàn)更高的加工精度、光潔度及使用壽命。目前將化學(xué)氣相沉積金剛石應(yīng)用于刀具有兩種做法a.涂層法。即在硬質(zhì)合金刀具、模具或鉆具的基體上直接涂覆一薄層化學(xué)氣相沉積金剛石。這種方法被大量研究，但收效甚微。主要原因在于化學(xué)氣相沉積金剛石層的附著力太差，容易從硬質(zhì)合金基體上脫落，而且化學(xué)氣相沉積金剛石層的厚度也受到了很大的限制，一般必須薄于50μm，否則極易脫落。目前全世界只有很少的幾個(gè)公司的涂層產(chǎn)品可以得到應(yīng)用，而且價(jià)格偏高，因此一直得不到大量的推廣應(yīng)用。
b.焊接型化學(xué)氣相沉積金剛石厚膜工具。該種做法是將厚度0.3-0.6mm的化學(xué)氣相沉積金剛石片焊接在硬質(zhì)合金基體(簡稱WC)上做成CVDD-WC復(fù)合片，然后再把CVDD-WC復(fù)合片焊接在刀具基體上制做成切削刀具。但由于化學(xué)氣相沉積金剛石與硬質(zhì)合金的熱膨脹系數(shù)相差較大，焊接后冷卻時(shí)因收縮量差別較大，容易造成化學(xué)氣相沉積金剛石內(nèi)部嚴(yán)重的應(yīng)力損傷，導(dǎo)致化學(xué)氣相沉積金剛石層脫落或出現(xiàn)裂紋，在使用中也容易崩刃，因此其應(yīng)用推廣也受到了很大的限制。該種產(chǎn)品從20世紀(jì)90年代初期開始進(jìn)入市場(chǎng)，到現(xiàn)在近10年過去了，在國內(nèi)外仍然只是有小批量使用，而且產(chǎn)品穩(wěn)定性較差。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的在于改進(jìn)現(xiàn)有技術(shù)之缺點(diǎn)，提供一種化學(xué)氣相沉積金剛石聚晶金剛石復(fù)合型金剛石制品。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采取以下設(shè)計(jì)方案如果將化學(xué)氣相沉積金剛石直接附著于聚晶金剛石的表面，則由于二者熱膨脹系數(shù)比較接近、其基本結(jié)構(gòu)又都是金剛石，則可以從根本上解決附著力問題及冷縮量不同造成的化學(xué)氣相沉積金剛石內(nèi)應(yīng)力損傷問題，化學(xué)氣相沉積金剛石層的厚度也可以不再受到限制，質(zhì)量也更容易保證。
本實(shí)用新型可有三種結(jié)構(gòu)1、聚晶金剛石表面附著厚度在0.01mm以上(厚度不限)的化學(xué)氣相沉積金剛石層，化學(xué)氣相沉積金剛石層與聚晶金剛石層間結(jié)合緊密，構(gòu)成CVDD-PCD復(fù)合體。
2、硬質(zhì)合金基體上附著CVDD-PCD復(fù)合體制做成CVDD-PCD-WC(Co)三層復(fù)合體。
3.聚晶金剛石復(fù)合片(聚晶金剛石層與硬質(zhì)合金層結(jié)合構(gòu)成的雙層復(fù)合材料)的聚晶金剛石表面附著出厚度在0.01mm以上的化學(xué)氣相沉積金剛石層，化學(xué)氣相沉積金剛石層與聚晶金剛石層間結(jié)合緊密，聚晶金剛石與硬質(zhì)合金層間結(jié)合緊密，構(gòu)成CVDD-PCD三層復(fù)合體。
結(jié)構(gòu)1和結(jié)構(gòu)2所述的附著為在聚晶金剛石表面生長化學(xué)氣相沉積金剛石層。
本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)1.化學(xué)氣相沉積金剛石的生長溫度一般在600℃-1100℃，采用普通基體生長化學(xué)氣相沉積金剛石，在生長結(jié)束后降溫時(shí)由于二者熱膨脹系數(shù)相差較多，容易導(dǎo)致化學(xué)氣相沉積金剛石內(nèi)部大量的應(yīng)力損傷。而采用聚晶金剛石作為基體生長化學(xué)氣相沉積金剛石，則因冷熱變形所造成的內(nèi)部應(yīng)力損傷基本可忽略不計(jì)，因此更容易保證化學(xué)氣相沉積金剛石的質(zhì)量；2.做成CVDD-PCD-WC(Co)三層復(fù)合體，則由于聚晶金剛石層比化學(xué)氣相沉積金剛石具有更好的抗沖擊性，其熱膨脹系數(shù)也界于化學(xué)氣相沉積金剛石和硬質(zhì)合金之間，故可以起到很好的過渡及緩沖作用，從而克服化學(xué)氣相沉積金剛石的抗沖擊性差的弱點(diǎn)，更好地發(fā)揮化學(xué)氣相沉積金剛石的優(yōu)越特性。
3.CVDD-PCD復(fù)合材料比單純的化學(xué)氣相沉積金剛石具有更好的可加工性。由于作為化學(xué)氣相沉積金剛石基底或過渡層的聚晶金剛石層的耐磨性遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于化學(xué)氣相沉積金剛石層，因此可在聚晶金剛石面進(jìn)行厚度控制等加工，從而大大降低加工成本。
因此，采用CVDD-PCD復(fù)合材料，既可以充分發(fā)揮化學(xué)氣相沉積金剛石的高耐磨、高光潔度特性，又可以克服目前化學(xué)氣相沉積金剛石應(yīng)用中所遇到的諸如抗沖擊性差、附著力差、可加工性差等很多不足，從而可以實(shí)現(xiàn)化學(xué)氣相沉積金剛石的大規(guī)模應(yīng)用，如切削工具、拉絲模具、修整工具、耐磨部件、石油或地質(zhì)鉆探等。
4.化學(xué)氣相沉積金剛石具有很高的熱導(dǎo)率，可用于傳熱散熱器件，如高功率密度集成電路的散熱基體、激光二極管列陣熱沉等。CVDD-PCD復(fù)合材料具有相同的特性，但其生長和加工成本則遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于同樣厚度的純化學(xué)氣相沉積金剛石。因此，可以在一定范圍內(nèi)代替純化學(xué)氣相沉積金剛石用于傳熱散熱器件。
5.CVDD-PCD復(fù)合材料亦可用于珠寶首飾的制作。


圖1為本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)示意圖圖2為本實(shí)用新型示意圖圖3為本實(shí)用新型示意圖具體實(shí)施方式
實(shí)施例1如圖1所示，本實(shí)用新型由聚晶金剛石2表面附著厚度不小于0.01mm的化學(xué)氣相沉積金剛石層1，化學(xué)氣相沉積金剛石層1與聚晶金剛石2層間結(jié)合緊密，構(gòu)成CVDD-PCD復(fù)合體，所述的附著為在聚晶金剛石2表面生長化學(xué)氣相沉積金剛石層1。
實(shí)施例2如圖2所示，硬質(zhì)合金基體4上附著CVDD-PCD復(fù)合體3，制做成CVDD-PCD-WC(Co)三層復(fù)合體，所述的附著為焊接。
實(shí)施例3如圖3所示，聚晶金剛石復(fù)合片5由聚晶金剛石7與硬質(zhì)合金襯底組成，聚晶金剛石7的表面附著厚度不小于0.01mm的化學(xué)氣相沉積金剛石層1，化學(xué)氣相沉積金剛石層1與聚晶金剛石7層間結(jié)合緊密，聚晶金剛石與硬質(zhì)合金襯底間結(jié)合緊密，構(gòu)成CVDD-PCD復(fù)合片三層復(fù)合體，所述的附著為在聚晶金剛石7表面生長出化學(xué)氣相沉積金剛石層1。
權(quán)利要求1.由化學(xué)氣相沉積金剛石和聚晶金剛石組成的一種化學(xué)氣相沉積金剛石聚晶金剛石復(fù)合型金剛石制品，其特征在于聚晶金剛石表面附著化學(xué)氣相沉積金剛石層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種化學(xué)氣相沉積金剛石聚晶金剛石復(fù)合型金剛石制品，其特征在于硬質(zhì)合金基體上附著所述的聚晶金剛石表面附著化學(xué)氣相沉積金剛石層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種化學(xué)氣相沉積金剛石聚晶金剛石復(fù)合型金剛石制品，其特征在于所述的聚晶金剛石有硬質(zhì)合金襯底。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種化學(xué)氣相沉積金剛石聚晶金剛石復(fù)合型金剛石制品，其特征在于所述的化學(xué)氣相沉積金剛石層厚度不小于0.01mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種化學(xué)氣相沉積金剛石聚晶金剛石復(fù)合型金剛石制品，其特征在于所述的化學(xué)氣相沉積金剛石層厚度不小于0.01mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種化學(xué)氣相沉積金剛石聚晶金剛石復(fù)合型金剛石制品，其特征在于所述的附著為生長。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種化學(xué)氣相沉積金剛石聚晶金剛石復(fù)合型金剛石制品，其特征在于所述的硬質(zhì)合金基體上附著為焊接。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種化學(xué)氣相沉積金剛石聚晶金剛石復(fù)合型金剛石制品。本實(shí)用新型可有三種結(jié)構(gòu)1.聚晶金剛石表面附著出厚度在0.01mm以上(厚度不限)的CVD金剛石層，構(gòu)成CVDD－PCD復(fù)合體。2.CVDD－PCD復(fù)合體焊接于硬質(zhì)合金基體上制做成CVDD－PCD－WC(Co)三層復(fù)合體。3.聚晶金剛石復(fù)合片的聚晶金剛石表面附著出厚度在0.01mm以上的化學(xué)氣相沉積金剛石層，構(gòu)成CVDD－PCD復(fù)合片三層復(fù)合體。化學(xué)氣相沉積金剛石直接涂層于聚晶金剛石的表面，則由于二者熱膨脹系數(shù)比較接近、其基本結(jié)構(gòu)又都是金剛石，則可以從根本上解決附著力問題，化學(xué)氣相沉積金剛石層的厚度也可以不再受到限制。
文檔編號(hào)C23C16/27GK2579910SQ0228931
公開日2003年10月15日 申請(qǐng)日期2002年11月27日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月27日
發(fā)明者陳繼峰 申請(qǐng)人:陳繼峰