CN113088919A - 一种在聚晶金刚石复合片表面生长金刚石膜的方法 - Google Patents

一种在聚晶金刚石复合片表面生长金刚石膜的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113088919A
CN113088919A CN202110359050.9A CN202110359050A CN113088919A CN 113088919 A CN113088919 A CN 113088919A CN 202110359050 A CN202110359050 A CN 202110359050A CN 113088919 A CN113088919 A CN 113088919A
Authority
CN
China
Prior art keywords
pdc
diamond
polycrystalline
diamond film
cvd
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202110359050.9A
Other languages
English (en)
Inventor
吕宪义
范赛飞
邹广田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Jilin University
Original Assignee
Jilin University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Jilin University filed Critical Jilin University
Priority to CN202110359050.9A priority Critical patent/CN113088919A/zh
Publication of CN113088919A publication Critical patent/CN113088919A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/02—Pretreatment of the material to be coated
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/26—Deposition of carbon only
    • C23C16/27—Diamond only
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

本发明的一种在聚晶金刚石复合片表面生长金刚石膜的方法属于超硬材料技术领域。主要步骤包括：对聚晶层进行脱钴预处理、多晶金刚石膜的沉积、沉积后缓慢降至室温，得到具有三层结构的复合超硬材料。本发明通过在PDC表面使用CVD法沉积了一层无钴且致密的多晶金刚石膜，使PDC的聚晶金刚石层表面得到增强，减少了PDC的表面孔隙并进一步提高其耐磨性。

Description

一种在聚晶金刚石复合片表面生长金刚石膜的方法
技术领域
本发明属于超硬材料技术领域，特别涉及一种应用于石油钻井、地质勘探、煤田钻采钻头上和机械加工工具等行业的一种在聚晶金刚石复合片表面以CVD外延生长的方式沉积附着牢固的金刚石膜的方法。
背景技术
聚晶金刚石复合片(Polycrystalline Diamond Compact,PDC)通常是将金刚石微粉在1400-1700℃的温度和5-7GPa的压力下烧结在碳化钨-钴硬质合金基体表面上制备而成的，具有聚晶金刚石层与硬质合金层两层结构，兼有金刚石的超高硬度、耐磨性与硬质合金的冲击断裂韧性与可焊接性，作为成熟的超硬材料已被广泛用于精密机械加工工具制造，地质钻探，石油天然气开采等行业。
在PDC的高温高压合成条件下，熔融后的流体钴通过毛细作用不断向金刚石微粉层扩散，金刚石中的碳原子溶于钴液中并在PDC冷却时逐渐析出并以sp3键结合起来，离散的金刚石微粉就互相连接起来形成了金刚石骨架，而钴则夹杂在骨架中的空隙内呈岛状或脉状分布。PDC在钻探复杂硬质地层产生的高温下，空隙中的钴、金刚石与碳化钨硬质合金之间的热膨胀系数不匹配会造成热应力残存，且高温下钴对金刚石强烈的石墨催化作用会严重影响到PDC的机械性能与热稳定性。工业上通常对成品PDC进行脱钴预处理来减少高温下钴对金刚石的损坏，但作为粘结剂的钴被除去之后又会使金刚石骨架的空隙暴露出来造成机械性能的降低。聚晶金刚石层成品中钴含量越少、金刚石骨架越为致密其机械性能与热稳定性越接近于单晶金刚石。因此降低成品PDC中的钴含量与孔隙率可以提高其耐磨性与使用寿命，从而提高开挖性能、降低钻探成本。
随着切割技术的发展和应用领域的扩大，对PDC的质量，性能均匀性和批量稳定性提出了更高的要求。在石墨化和开裂方面，金刚石的耐热性均优于用钴烧结的金刚石。传统在碳化钨-钴硬质合金刀具上通过化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition，CVD)制备金刚石膜涂层进行表面增强，同样，将一层无钴且致密的金刚石膜沉积在脱钴后的PDC表面可进一步减少其表面孔隙、阻挡钴的扩散，从而在保持其热稳定性的前提下进一步提高其耐磨性、延长使用寿命。
通过CVD在PDC表面沉积金刚石膜进行表面增强的两个关键问题是金刚石的良好CVD生长温度高于PDC的最高耐受温度和膜在衬底表面的附着力。通常金刚石的良好CVD生长衬底温度区间为800℃-1100℃，而PDC在750℃以上即会造成不可逆转的热损伤。在较低衬底温度下沉积金刚石膜，由于氢与碳源气体的分解效率较低、衬底表面反应速率较慢，所得的金刚石膜金刚石相含量较低，夹杂大量sp2相碳成分，膜的机械性能与附着力均较差。
对于非金刚石相表面金刚石膜的附着，通常使用沉积中间过渡层方式来减小膜层与衬底之间的参数失配，从而增加附着力减小膜层脱落的可能性；而对于表面材质金刚石骨架结构的PDC来说，可通过同质外延方式在PDC的聚晶层上生长金刚石膜来避免脱落。
金刚石在金刚石相上的生长模式主要分为同质外延模式生长和二维成核模式生长，该生长模式取决于沉积时反应气体中烃类物质过饱和度的大小。烃类物质过饱和度较低时为外延模式生长，新的金刚石由原有金刚石同质外延生长而成，即原有金刚石衬底的自我扩张，此时沉积的金刚石膜为柱状结构，与衬底连接紧密且附着性良好，可作为刀具表面良好的超硬涂层；而烃类物质过饱和度较高时为成核模式生长，新的金刚石在原有金刚石衬底表面产生二次成核堆积生长，此时沉积的金刚石膜为粒状结构，与衬底连接较为松散，界面处存在大量微裂隙，作为超硬涂层容易从基材表面脱落而造成保护失效，且脱落的金刚石膜碎屑容易在高速切削时对刀具产生损害。沉积时反应气体中烃类物质过饱和度的大小由衬底温度、气压、碳浓度、总气体流量等沉积条件共同调控，因此沉积条件的严格控制是决定金刚石膜涂层附着力的关键，只有金刚石膜牢固地附着在基材表面才能起到表面增强的作用，提高工件的耐磨性、延长其使用寿命并降低使用成本。
发明内容
本发明提供一种全新的配方和工艺，通过精确地控制生长条件，在不损害PDC完整性的前提下使用CVD法在PDC的聚晶金刚石层上以外延生长的方式沉积一层无钴且致密的多晶金刚石膜，形成了具有三层结构的复合超硬材料。所述的复合超硬材料由CVD多晶金刚石薄膜、聚晶金刚石层和碳化钨-钴硬质合金层组成，其中CVD多晶金刚石薄膜在PDC的聚晶金刚石层衬底表面由同质外延模式生长，与衬底之间具有极佳的附着力，减少了PDC的表面孔隙，可在严苛磨削工况下而不脱落失效并进一步提高其耐磨性，从而能使PDC表面得到增强。
上述的技术问题通过以下的技术方案实现：
一种在聚晶金刚石复合片表面生长金刚石膜的方法，包括以下步骤：
(1)选取均匀完好的PDC，对聚晶层进行脱钴预处理，随后进行整体的超声清洗与烘干，得到经过预处理的PDC；
(2)取预处理后的PDC置入CVD设备中作为衬底，在设备抽至真空后充入氢气、甲烷和乙醇气体至工作气压，开启电源以10℃/min的温度梯度升温，直至PDC的金刚石聚晶层侧面达到550℃～750℃后进行多晶金刚石膜的沉积；
(3)沉积结束后以10℃/min的温度梯度缓慢降至室温，完成PDC表面金刚石膜的沉积，得到具有三层结构的复合超硬材料。
优选的，步骤(2)中所述的CVD可以但不限于使用热灯丝法、等离子增强热阴极法、微波等离子体法和微波等离子体炬法等本领域成熟的方法。
优选的，步骤(2)中所述的氢气的流量为100-800sccm；甲烷相对于氢气的体积浓度为0.5％-10％；乙醇相对于甲烷的体积浓度为50％-200％。乙醇的加入是为了分解出活性含氧基团从而在相对较低的衬底温度下对大量生成的sp2相碳进行刻蚀以提高CVD金刚石膜的结晶度。
步骤(2)CVD设备中，所述的工作气压的优选压力范围为0.5kPa～10kPa，PDC聚晶层侧面温度范围为650℃～700℃，沉积时间小于24h。
步骤(3)中最终得到的复合超硬材料由CVD多晶金刚石薄膜、聚晶金刚石层和碳化钨-钴硬质合金层组成，所述的CVD多晶金刚石薄膜以外延方式沉积在聚晶金刚石层上。
有益效果：
1、通过在PDC表面使用CVD法沉积了一层无钴且致密的多晶金刚石膜，使PDC的聚晶金刚石层表面得到增强，减少了PDC的表面孔隙并进一步提高其耐磨性。
2、通过严格控制衬底温度、沉积气压、气体配比和总进气量，使得PDC表面的金刚石以同质外延的方式在聚晶金刚石层表面生长，这样生长的金刚石膜为柱状结构，与聚晶层之间连接紧密，膜层附着力良好不易脱落失效。
3、通过严格控制CVD设备输出功率，使得衬底温度低于PDC的工作失效温度，从而保持CVD全程PDC的完整。因为当温度一旦高于失效温度时，PDC中钴将会对聚晶层中的金刚石产生强烈的石墨催化作用，使聚晶层开裂甚至膨胀变形，造成PDC整体的报废。
4、通过严格控制沉积的升温与降温程序，使PDC内部的热应力缓慢增加与释放，避免巨大热冲击造成聚晶层和硬质合金基底由于热膨胀系数不同而发生分开脱落。
附图说明
图1是本专利使用CVD法以外延生长的方式沉积金刚石膜后的聚晶金刚石复合片整体示意图。
图2是本专利使用CVD法以外延生长的方式沉积金刚石膜后的聚晶金刚石复合片纵截面示意图。
图3是实施例2中8组分别以高衬底温度(a)、低衬底温度(b)、低甲烷浓度(c)、高甲烷浓度(d)、低压(e)、高压(f)、大氢气流量(g)、小氢气流量(h)条件下沉积的CVD金刚石膜边缘截面形貌对比。左栏样品代表外延生长，右栏样品代表成核生长。
图4是实施例3中样品表面形貌电子显微镜图。
图5是实施例3中样品截面电镜图。
图6是实施例3中样品的拉曼(Raman)图谱。
图7是实施例3中样品的X射线衍射(X-Ray Diffraction,XRD)图谱。
图8是实施例4中样品的立式车床(vertical turret lathe，VTL)测试磨损曲线结果与空白PDC(未表面增强的相同配方和相同工艺生产的、经过相同脱钴预处理的PDC)的VTL测试磨损曲线结果对比图。
图9是实施例4中样品的磨损面光学显微镜图。
图10是实施例4中样品的磨损边缘局部的电子显微镜放大图。
具体实施方式
以下通过优选实施结合附图例对本发明工艺作进一步的详细说明，但本发明的保护范围并不局限于此，实施例仅仅是对本发明进行解释而并非限定。
实施例1
选取表面均匀完整无微裂纹的PDC一片。
将挑选好的PDC分别使用丙酮与无水乙醇进行30分钟的超声清洗，随后进行脱钴预处理，脱钴完成后将PDC取出放入水中超声清洗，得到经过预处理的PDC。
将经过预处理的PDC放入HFCVD设备中，其金刚石聚晶层朝上作为衬底。使用机械泵将CVD设备抽至真空后，充入流量为200sccm的氢气、3sccm的甲烷和和3sccm的乙醇气体。待气压升至4.5kPa后，开启灯丝直流电源，以1V/10min的速率逐渐升高灯丝电源输出功率，从而缓慢增加PDC顶部温度。待聚晶金刚石层侧面温度达到金刚石的正常CVD温度960℃后开始正式沉积，期间维持所有条件不变。沉积8小时后关闭所有气体供应，以1V/10min的速率逐渐降低电源输出功率进行缓慢降温，得到的PDC样品因衬底温度超过了最高耐受温度，其聚晶金刚石层膨胀变形并从碳化钨-钴硬质合金上脱落，钴对金刚石的强烈石墨催化作用使得聚晶层表面附着了大量石墨炭黑。本实施例是用于对照的反例，表明在PDC表面沉积CVD金刚石膜时衬底温度不能超过PDC的最高耐受温度。
实施例2
选取表面均匀完整无微裂纹的PDC进行八组对比实验。其中四组样品的沉积参数有利于CVD反应室中原料气体的对流和扩散(高衬底温度，低甲烷浓度，低气压，大氢气流量)，另外四组样品的沉积参数不利于反应室内原料气体的对流和扩散(低衬底温度，高甲烷浓度，高气压)。考察不同条件下薄膜对PDC上的生长模式影响。
将挑选好的PDC分别使用丙酮与无水乙醇进行30分钟的超声清洗，随后进行脱钴预处理，脱钴完成后将PDC取出放入水中超声清洗，得到经过预处理的PDC。将经过预处理的PDC放入HFCVD设备中，其金刚石聚晶层朝上作为衬底。使用机械泵将CVD设备抽至真空，按比例充入一定量原料气体后，开启灯丝直流电源，以1V/10min的速率逐渐升高灯丝电源输出功率，从而缓慢增加PDC顶部温度。待聚晶金刚石层侧面温度达到特定温度后开始正式沉积，期间维持所有条件不变。沉积8小时后关闭所有气体供应，以1V/10min的速率逐渐降低电源输出功率进行缓慢降温，得到表面为CVD多晶金刚石膜的PDC。
使用金刚石砂轮加工本实施例的八组样品制备横截面，进刀量为1mm，与正常切削工作中PDC的磨损位置相对应。使用扫描电子显微镜(SEM)对本实施例八组样品的CVD金刚石膜横截面进行观测。
横截面对比图如图3所示，可以清楚地看到，在左侧一栏中的图3a、3c、3e、3g，为分别在较高衬底温度，低甲烷浓度，低压和大氢气流量的条件沉积的样品，该四组以外延方式生长的薄膜牢固地粘附在聚晶层最表面的金刚石微粉颗粒上，呈现柱状结构，薄膜与衬底之间没有明显的边界或分层，表明在该条件下制备的CVD金刚石薄膜附着力良好不易脱落，可以对PDC衬底起到良好的表面增强作用。而在右侧一栏中的图3b、3d、3f、3h，为分别以低温，高甲烷浓度，高压，氢气流量小的条件沉积的样品，此四组金刚石膜的生长方式主要是二维成核，导致大量金刚石核首先出现在PDC表面，随着金刚石核的生长和晶体的竞争性生长，沉积的薄膜发展出粒状结构。在附图3右侧一栏中的图3d，3f和3h中，可以注意到膜和聚晶层衬底之间存在微缝隙，而且具有疏松的颗粒状结构。因此，膜和衬底之间的结合较为松散，这导致在样品在制备横截面的过程中出现大量的边缘碎裂和分层，这表明通过成核生长的膜的附着力很差。可以注意到，由于其较高的甲烷浓度(5％)，在低压下沉积的样品(图3e，1.5kPa)上会出现一点边缘碎裂，这是由于其外延和成核的复合生长模式使薄膜的附着力比附图3左侧一栏中的图3a，3c和3g中的样本稍差，这不利于对PDC表面的增强保护，但比在较高压力下沉积的样本(图3f)表现更好。
实施例3
选取表面均匀完整无微裂纹的PDC一片。
将挑选好的PDC分别使用丙酮与无水乙醇进行30分钟的超声清洗，随后进行脱钴预处理，脱钴完成后将PDC取出放入水中超声清洗，得到经过预处理的PDC。
本实施例采用有利于CVD金刚石膜在PDC表面外延生长的工艺进行。将经过预处理的PDC放入HFCVD设备中，其金刚石聚晶层朝上作为衬底。使用机械泵将CVD设备抽至真空后，充入流量为200sccm的氢气、5sccm的甲烷和和5sccm的乙醇气体。待气压升至3kPa后，开启灯丝直流电源，以1V/10min的速率逐渐升高灯丝电源输出功率，从而缓慢增加PDC顶部温度。待聚晶金刚石层侧面温度达到700℃后开始正式沉积，期间维持所有条件不变。沉积8小时后关闭所有气体供应，以1V/10min的速率逐渐降低电源输出功率进行缓慢降温，得到表面为外延生长CVD多晶金刚石膜的PDC。CVD多晶金刚石膜表面密实，无掉边、无裂纹，聚晶金刚石层与碳化钨-钴硬质合金层之间连接牢固，整体无脱落分层。本实施例制备的样品的表面形貌与通过金刚石砂轮磨削制备的截面电镜照片分别如图4和图5所示，可看到PDC表面的金刚石膜晶粒清晰锐利，多为四棱锥状；在PDC表面外延生长的CVD金刚石膜层内部密实，厚约16.85μm，与PDC之间连接紧密，截面磨口无裂纹，无掉边，表明其在PDC衬底上附着力良好。其Raman图谱如图6所示，位于1332cm-1的尖锐散射峰是金刚石相所致，表明所沉积薄膜为金刚石薄膜。其XRD图谱如图7所示，位于43.9°、75.3°、91.5°的衍射峰分别代表金刚石膜的(111)、(220)和(311)晶面，其中(111)面衍射峰具有最高强度，表明金刚石结晶状态良好，形貌以(111)面居多。
实施例4
选取表面均匀完整无微裂纹的PDC一片。
将挑选好的PDC分别使用丙酮与无水乙醇进行30分钟的超声清洗，随后进行脱钴预处理，脱钴完成后将PDC取出放入水中超声清洗，得到经过预处理的PDC。
本实施例采用有利于CVD金刚石膜在PDC表面外延生长的工艺进行。将经过预处理的PDC放入HFCVD设备中，其金刚石聚晶层朝上作为衬底。使用机械泵将HFCVD设备抽至真空后，充入流量为300sccm的氢气、7.5sccm的甲烷和和7.5sccm的乙醇气体。待气压升至1.5kPa后，开启灯丝直流电源，以1V/10min的速率逐渐升高灯丝电源输出功率，从而缓慢增加PDC顶部温度。待聚晶金刚石层侧面温度达到700℃后开始正式沉积，期间维持所有条件不变。沉积8小时后关闭所有气体供应，以1V/10min的速率逐渐降低电源输出功率进行缓慢降温，得到表面为外延生长CVD多晶金刚石膜的PDC。通过荧光探伤测试显示CVD多晶金刚石膜表面完整，无掉边、无裂纹，聚晶金刚石层与碳化钨-钴硬质合金层之间连接牢固，整体无脱落分层。
本实施例样品通过立式车床(VTL)测试与花岗岩磨削，来模拟PDC在天然工况下的恶劣环境，使用相同切削循环次数下PDC的侧面磨损面积来衡量PDC的耐磨性，磨损面积越大，表明其耐磨性越差。本实施例样品磨损曲线与未表面增强的相同配方和相同工艺生产的PDC的磨损曲线对比图如图8所示。本实施例样品在磨削全程具有更小的磨损面积，表明使用外延生长工艺沉积的多晶金刚石膜可提高PDC的耐磨性，起到了表面增强的作用。本实施例样品磨损面的光学显微镜图如图9所示，磨损面过渡光滑自然，磨损边缘薄膜无裂缝与掉边。磨损边缘局部的电子显微镜放大图如图10所示，磨损边缘薄膜牢固附着在PDC的聚晶金刚石层上，无崩裂与掉边，表明使用外延生长工艺在PDC上沉积的多晶金刚石膜具有极佳的附着力，可在严苛工况下依然牢固附着在PDC表面不会脱落造成损伤，从而可以有效起到表面增强的作用。

Claims (4)

1.一种在聚晶金刚石复合片表面生长金刚石膜的方法，包括以下步骤：
(1)选取均匀完好的PDC，对聚晶层进行脱钴预处理，随后进行整体的超声清洗与烘干，得到经过预处理的PDC；
(2)取预处理后的PDC置入CVD设备中作为衬底，在设备抽至真空后充入氢气、甲烷和乙醇气体至工作气压，开启电源以10℃/min的温度梯度升温，直至PDC的金刚石聚晶层侧面达到550℃～750℃后进行多晶金刚石膜的沉积；
(3)沉积结束后以10℃/min的温度梯度缓慢降至室温，完成PDC表面金刚石膜的沉积，得到具有三层结构的复合超硬材料。
2.根据权利要求1所述的一种在聚晶金刚石复合片表面生长金刚石膜的方法，其特征在于，步骤(2)中所述的CVD是使用热灯丝法、等离子增强热阴极法、微波等离子体法或微波等离子体炬法进行的。
3.根据权利要求1所述的一种在聚晶金刚石复合片表面生长金刚石膜的方法，其特征在于，步骤(2)中所述的氢气的流量为100-800sccm；甲烷相对于氢气的体积浓度为0.5％-10％；乙醇相对于甲烷的体积浓度为50％-200％。
4.根据权利要求1所述的一种在聚晶金刚石复合片表面生长金刚石膜的方法，其特征在于，步骤(2)CVD设备中，所述的工作气压的压力范围为0.5kPa～10kPa，PDC聚晶层侧面温度范围为650℃～700℃，沉积时间小于24h。
CN202110359050.9A 2021-04-02 2021-04-02 一种在聚晶金刚石复合片表面生长金刚石膜的方法 Pending CN113088919A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110359050.9A CN113088919A (zh) 2021-04-02 2021-04-02 一种在聚晶金刚石复合片表面生长金刚石膜的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110359050.9A CN113088919A (zh) 2021-04-02 2021-04-02 一种在聚晶金刚石复合片表面生长金刚石膜的方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN113088919A true CN113088919A (zh) 2021-07-09

Family

ID=76672958

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110359050.9A Pending CN113088919A (zh) 2021-04-02 2021-04-02 一种在聚晶金刚石复合片表面生长金刚石膜的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113088919A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116121728A (zh) * 2023-01-30 2023-05-16 江苏开放大学（江苏城市职业学院） 一种制备新型金刚石复合厚膜刀具的方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101476445A (zh) * 2008-12-24 2009-07-08 陈继锋 覆盖cvd金刚石层的钻探用金刚石复合片及制作方法
US20140060937A1 (en) * 2012-08-31 2014-03-06 Diamond Innovations, Inc. Polycrystalline diamond compact coated with high abrasion resistance diamond layers
CN105349965A (zh) * 2015-11-03 2016-02-24 富耐克超硬材料股份有限公司 一种聚晶金刚石复合片及其制备方法
CN107236935A (zh) * 2017-04-28 2017-10-10 同济大学 一种在聚晶金刚石复合片上沉积 cvd 金刚石涂层的方法
CN111809162A (zh) * 2020-07-03 2020-10-23 上海昌润极锐超硬材料有限公司 一种金刚石复合材料及其制备方法和应用

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101476445A (zh) * 2008-12-24 2009-07-08 陈继锋 覆盖cvd金刚石层的钻探用金刚石复合片及制作方法
US20140060937A1 (en) * 2012-08-31 2014-03-06 Diamond Innovations, Inc. Polycrystalline diamond compact coated with high abrasion resistance diamond layers
CN105349965A (zh) * 2015-11-03 2016-02-24 富耐克超硬材料股份有限公司 一种聚晶金刚石复合片及其制备方法
CN107236935A (zh) * 2017-04-28 2017-10-10 同济大学 一种在聚晶金刚石复合片上沉积 cvd 金刚石涂层的方法
CN111809162A (zh) * 2020-07-03 2020-10-23 上海昌润极锐超硬材料有限公司 一种金刚石复合材料及其制备方法和应用

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
李春燕: "《乙醇对金刚石膜生长特性的影响》", 《功能材料》 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116121728A (zh) * 2023-01-30 2023-05-16 江苏开放大学（江苏城市职业学院） 一种制备新型金刚石复合厚膜刀具的方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA2007561C (en) Method of toughening diamond coated tools
US5130111A (en) Synthetic diamond articles and their method of manufacture
US11359276B2 (en) Self-supporting ultra-fine nanocrystalline diamond thick film
TW201538776A (zh) 包括鑽石層及鑽石、碳化矽與可選的矽之複合層之基板
US20140060937A1 (en) Polycrystalline diamond compact coated with high abrasion resistance diamond layers
IL207054A (en) Single crystal diamond
CN107740184A (zh) 一种梯度单晶金刚石及其制备方法
CN111482622B (zh) 一种涂层切削刀具及其制备方法
Shen et al. Fabrication and evaluation of monolayer diamond grinding tools by hot filament chemical vapor deposition method
US20230272551A1 (en) Method of manufacture of single crystal synthetic diamond material
CN113088919A (zh) 一种在聚晶金刚石复合片表面生长金刚石膜的方法
CN110565065A (zh) 碳化硅-纳米金刚石复合涂层、其制备方法和应用、冷挤压模具凸模及模具
KR20000065840A (ko) 다이아몬드 막이 코팅된 절삭공구 및 그 제조방법
CN107675140B (zh) 基于微区阻隔法的金刚石刀具织构涂层的制备方法
CN107340307A (zh) 分析β‑SiC过渡层对金刚石膜形核生长影响的方法
CN212025450U (zh) 一种抗冲击cvd金刚石自支撑材料
Wang et al. Deposition and application of CVD diamond films on the interior-hole surface of silicon carbide compacting dies
Shen et al. Fabrication and applications of ultra-smooth composite diamond coated WC-Co drawing dies
CN114717534B (zh) 一种大面积超高硬度金刚石膜的制备方法
CN115261982B (zh) 一种基于侧面键合拼接生长大尺寸单晶金刚石的方法
Jian et al. Study on the effects of substrate grain size on diamond thin films deposited on tungsten carbide substrates
Polini et al. Nucleation and Growth of Diamond Films on Ni‐Cemented Tungsten Carbide: II, Effects of Deposition Conditions
US20220389611A1 (en) Method for producing chemical vapour deposition diamond
Lu et al. Tool wear analysis of multi-layer diamond coated tools for cutting white marble
KR101966857B1 (ko) 다이아몬드 박막과 cBN 박막의 적층체 및 그 제조방법

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20210709