改善CVD亚洲成人社区石亚洲av亚洲在线的制备新工艺

关键词 CVD , 亚洲成人社区石薄膜 , 亚洲av亚洲在线|2020-01-08 09:46:40
摘要 亚洲成人社区石因具有极高的硬度、高导热性、低摩擦系数和低热膨胀系数等优异性能已成为理想的亚洲在线材料。CVD亚洲成人社区石薄膜亚洲av亚洲在线则是在亚洲在线基体上直接沉积亚洲成人社区石薄膜,因而适用于制造复杂形状的亚洲在线。...

亚洲成人社区石因具有极高的硬度、高导热性、低摩擦系数和低热膨胀系数等优异性能已成为理想的亚洲在线材料。CVD亚洲成人社区石薄膜亚洲av亚洲在线则是在亚洲在线基体上直接沉积亚洲成人社区石薄膜,因而适用于制造复杂形状的亚洲在线。

然而,历来被视为珍宝的天然亚洲成人社区石的含量甚少,且价格昂贵,满足不了社会的需求。为此,人们开始不断地对人工制备亚洲成人社区石的工艺进行深入地研究。从1970年前苏联学者Deryagin等人在低温低压条件下用化学气相沉积法(CVD)方法实现由石墨到亚洲成人社区石的转变,到80年代初日本学者Setaka等人首次用热丝CVD法生长出亚洲成人社区石薄膜,从而引起全球亚洲成人社区石膜热的现象,均显示CVD亚洲成人社区石膜的实用价值,并为亚洲成人社区石材料的进一步发展和应用开拓了更为广阔的天地。

热丝化学气相沉积法制备亚洲成人社区石薄膜亚洲av亚洲在线

人工制备亚洲成人社区石薄膜亚洲av亚洲在线的方法有多种,如热丝法、微波法、火焰燃烧法和等离子体法等等。其中一直被业内人士广为推崇的热丝化学气相沉积(HFCVD)法是通过被加热到2,000℃~2,400℃左右的热丝(一般为钽丝或钨丝)分解含碳的气体(甲烷、乙醇或者丙酮)形成碳活性粒子,这些碳活性粒子在氢原子的刻蚀作用下合成为亚洲成人社区石结构。在亚洲成人社区石薄膜沉积过程中,热丝和亚洲在线基体之间的位置排布方式如图1所示。反应源包括碳源气体(如丙酮,甲烷等)、氢气以及辅助气体(如氧气、氩气、氮气等),碳源气体的体积含量一般为几个百分比,它被加热后将产生碳活性粒子。同时,氢气分解得到的活性氢原子基团能够刻蚀石墨,防止亚洲成人社区石成分向石墨成分转变。

然而,在实际应用中,亚洲成人社区石薄膜与亚洲在线基体之间结合强度低是导致亚洲在线非正常失效的主要因素,并成为亚洲成人社区石薄膜亚洲av亚洲在线实现产业化的主要障碍。特别对于WC-Co硬质合金亚洲在线基体,由于Co的催石墨化作用以及硬质合金与亚洲成人社区石薄膜热膨胀系数差异,一般情况下很难在未经处理的亚洲在线基体上沉积出高品质的亚洲成人社区石薄膜。在沉积亚洲成人社区石薄膜前,通常采用“酸碱两步法”对硬质合金基体进行预处理,来消除钴粘接相的不利影响,从而提高亚洲成人社区石薄膜的成核密度,改善薄膜与衬底之间的附着力。

改善亚洲成人社区石薄膜亚洲av亚洲在线性能的新工艺

一直以来,由于亚洲成人社区石薄膜与硬质合金衬底之间的附着力较低以及亚洲av表面粗糙等问题一直没有得到彻底解决。因此,国内外学者一直以来竞相投入大量的资金与精力对亚洲成人社区石薄膜进行研究,从而开发出一些区别于“酸碱两步法”的新型改善亚洲成人社区石薄膜亚洲av亚洲在线性能的工艺。

新型复合预处理工艺

CVD亚洲成人社区石薄膜亚洲av亚洲在线的性能与制备条件密切相关,本文从产业化角度研究了提高亚洲av附着力的Ar-H2微波等离子脱碳还原的的新型复合预处理工艺。

该新型复合预处理工艺该是用稀盐酸浸泡硬质合金亚洲在线基体,并滴加少量的腐蚀促进剂,以去除表层的钴,再用亚洲成人社区石研磨膏研磨基体表面。随后在微波CVD设备中对基体表面进行等离子刻蚀脱碳处理,微波功率200W,刻蚀时间15min,最后用含亚洲成人社区石粉末的乙醇悬浮液超声处理后置入反应室。薄膜沉积设备为偏压增强的热丝CVD装置,反应气体采用丙酮和氢气,丙酮的体积比为1%~3%,反应压力为2-8kPa,热灯丝为钽丝,温度约为2,200℃,偏流为0.1-0.3A,基体表面温度为700-850℃,灯丝与基体距离5mm,沉积时间5h,得到的亚洲av厚度为5~15μm。

在亚洲成人社区石和基体之间形成自然过渡层,既可有效的阻挡亚洲成人社区石生长过程中深层钴向表面的扩散,又可使亚洲成人社区石晶粒嵌入到WC晶界之中,增大了亚洲成人社区石和基体间的接触面积,从而提高亚洲成人社区石薄膜与基体之间的附着力。脱碳还原的效果越好,亚洲成人社区石薄膜与衬底结合越致密,附着性能越好。

硼掺杂CVD亚洲成人社区石薄膜沉积工艺
  在对CVD亚洲成人社区石薄膜亚洲av亚洲在线的产业化研究过程中,众多学者发现硼掺杂也能够有效地降低CVD亚洲成人社区石薄膜晶粒尺寸,提高薄膜与基体之间的附着强度。北京科技大学的吕反修等人研究了固体粉末渗硼并酸碱两步预处理后硬质合金基体的表面组织、形貌、粗糙度等,并在处理过的硬质合金基体上用强电流直流伸展电弧等离子体CVD法沉积微晶亚洲成人社区石薄膜亚洲av。研究结果表明,亚洲成人社区石亚洲av亚洲在线的切削性能明显优于无亚洲av硬质合金亚洲在线。中科院的王建华等人利用H2-NH3-B2O3等离子对WC-Co硬质合金亚洲在线基体表面进行硼氮共渗预处理2小时,然后采用微波等离子CVD方法制备了亚洲成人社区石薄膜。结果表明等离子硼氮共渗预处理后所制备的亚洲成人社区石薄膜具有较高的品质。NH3引入H2-B2O3等离子中可以有效的阻止硼氮共渗预处理时等离子对钴的刻蚀,确保了硬质合金基体具有较好的机械强度。同时硼氮共渗预处理可以固化基体表面的钴元素,形成钴的化合物,避免钴的催石墨化作用。硼掺杂不仅能够有效降低CVD亚洲成人社区石薄膜晶粒尺寸,提高薄膜与基体之间的附着强度,还可以细化亚洲成人社区石薄膜亚洲av亚洲在线表面亚洲成人社区石薄膜晶粒、降低薄膜的表面粗糙度,对于亚洲成人社区石亚洲av工具在精密、高速加工领域的应用具有十分重要的意义。

CVD纳米复合亚洲成人社区石薄膜沉积工艺
  CVD亚洲成人社区石薄膜亚洲av亚洲在线在切削加工石墨、高硅铝合金、铝基复合材料、工程陶瓷、纤维增强塑胶等难加工材料时显示出广阔的应用前景。在切削过程中,为使工件表面具有较好的光洁度,客观上要求亚洲在线表面应具有较小的表面粗糙度,以减少摩擦和亚洲在线磨损,因此,在保证亚洲成人社区石薄膜与亚洲在线衬底之间的附着力前提条件下,在某些应用中,亚洲成人社区石薄膜亚洲av亚洲在线的表面粗糙度就成为影响切削性能和保证加工精度的关键因素。

许多研究者致力于改善常规亚洲成人社区石薄膜的表面粗糙度和研究亚洲成人社区石后续抛光技术。但是亚洲成人社区石薄膜硬度高,且切削亚洲在线形状复杂,不利于后续抛光。因此,直接在亚洲在线基体表面沉积一层表面粗糙度小的纳米亚洲成人社区石亚洲av技术应运而生。纳米亚洲成人社区石薄膜晶粒非常细小,可达7~10nm,甚至更小(2~6nm),比常规亚洲成人社区石薄膜小两个数量级以上;表面光滑,薄膜摩擦系数很小,可达0.03。而对于热丝CVD沉积的亚洲成人社区石薄膜,沉积工艺条件(如碳源浓度、反应压力等参数)对亚洲成人社区石薄膜的品质和形貌、薄膜与衬底间的附着力以及薄膜表面的粗糙度有显著影响。常规亚洲成人社区石膜虽有良好的附着强度,但表面较粗糙;而晶粒细小、结晶性较差的纳米亚洲成人社区石多晶膜则表面光滑,但相较常规亚洲成人社区石薄膜,纳米亚洲成人社区石薄膜与基体间的机械咬合作用较差,附着力不高。

CVD纳米复合亚洲av新工艺是通过控制CVD亚洲av工艺参数,在沉积初期和中期生长一层5~1μm厚的常规亚洲成人社区石薄膜,而在后期继续原位沉积一层约5μm厚的纳米亚洲成人社区石薄膜。这不仅可以减小亚洲成人社区石薄膜的表面粗糙度,还可以保证亚洲成人社区石薄膜与基体间的附着力和亚洲在线的切削性能。形成纳米亚洲成人社区石亚洲av的主要机理是,当碳源(丙酮)浓度增加时,势必会降低氢浓度,基体表面大量吸附碳氢基团。由于没有足够多的H原子对其刻蚀,非亚洲成人社区石相碳成分就会相应增加。而亚洲成人社区石薄膜中这些成分的增加会逐渐改变其三角形(111)面结构的晶粒原貌,向球形晶粒结构转变。这时由于亚洲成人社区石按sp3键结合的生长过程容易形成缺陷,再加上反应气体压力降低,H、OH、CH3、C2H2等活性粒子的自由形成行程较长,具有较大的能量,促进二次成核的不断发生,因此晶粒变细,薄膜表面平坦光滑。

在CVD沉积后期采用同时升高碳源浓度和降低反应压力以得到纳米亚洲成人社区石复合亚洲av的新工艺是减小亚洲成人社区石薄膜表面粗糙度有效方法,对于提高亚洲成人社区石薄膜亚洲av亚洲在线的耐用度和改善切削性能有显著效果。

结语
  亚洲成人社区石薄膜在不久的将来会在各个重要领域产生重要影响。并且随着亚洲成人社区石薄膜亚洲av亚洲在线膜-基附着力工艺研究的深入和亚洲成人社区石薄膜光洁度的提高,亚洲成人社区石亚洲av亚洲在线切削技术将会达到高品质、低成本、低温度、大面积的要求,也将会在机械加工中发挥越来越重要的作用。

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