[發(fā)明專利]一種低溫沉積CVD金剛石涂層的聚晶金剛石復(fù)合片的方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011504051.X
• 申請(qǐng)日: 2020-12-17
• 公開（公告）號(hào): CN112695293A
• 公開（公告）日: 2021-04-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 簡(jiǎn)小剛;胡吉博;彭薪穎;楊天
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 同濟(jì)大學(xué)
• 主分類號(hào): C23C16/27
• 分類號(hào): C23C16/27;C23C16/56;B22F3/14;C22C26/00;B22F1/00
• 代理公司: 上海科盛知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31225
• 代理人: 劉燕武

本發(fā)明涉及一種低溫沉積CVD金剛石涂層的聚晶金剛石復(fù)合片的方法，包括以下步驟：(1)制備聚晶金剛石復(fù)合片基底；(2)將化學(xué)氣相沉積裝置的反應(yīng)腔室抽真空，通入由氫氣與甲烷組成的混合氣體，進(jìn)行形核處理；(3)將聚晶金剛石復(fù)合片基底放入反應(yīng)腔室中，通入由氫氣、甲烷和二氧化碳組成的混合氣體，進(jìn)行化學(xué)氣相沉積；(4)沉積完成后，關(guān)閉甲烷與二氧化碳，保持氫氣流量不變，進(jìn)行刻蝕處理，即得到低溫沉積有CVD金剛石涂層的聚晶金剛石復(fù)合片。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明可以避免因高溫高壓條件下催化劑的促石墨化作用以及所引起的高溫?zé)崤蛎浵禂?shù)的差異，導(dǎo)致聚晶金剛石復(fù)合片失效，從而提高聚晶金剛石復(fù)合片使用壽命，減少換鉆頻率等。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于材料涂層技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種低溫沉積CVD金剛石涂層的聚晶金剛石復(fù)合片的方法。

背景技術(shù)

金剛石涂層是21世紀(jì)的一種新型功能材料，具有高強(qiáng)度、高摩擦磨損性能、高熱導(dǎo)率和化學(xué)穩(wěn)定性，有廣泛的應(yīng)用前景。目前，公認(rèn)的金剛石涂層沉積方法主要為化學(xué)氣相沉積法(Chemical Vapor Deposition,CVD)，然而限制金剛石涂層技術(shù)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的主要問題是涂層韌性不足，導(dǎo)致涂層與基體容易脫落。

金剛石鉆頭的金剛石磨損，可以分為脆性破裂，研磨磨損，熱磨損和脫粒。先是胎體中粘結(jié)金屬被磨損，因?yàn)檎辰咏饘俚挠捕群湍湍バ员裙羌懿牧系偷枚啵瑫r(shí)容易被巖石顆粒所磨損。粘接金屬的磨損進(jìn)而造成骨架材料和金剛石的脫落，又會(huì)進(jìn)一步研磨胎體，導(dǎo)致胎體進(jìn)一步磨損，從而造成金剛石鉆頭的失效。

聚晶金剛石配方多種多樣，用途也多種多樣，選擇合適的基底配方，獲得良好基底+金剛石涂層膜基結(jié)合強(qiáng)度是我們需要解決的關(guān)鍵問題。專利US4211294A鉆頭胎體由碳化鈦、鎳錳合金和鐵粉混合組成，按重量計(jì)算，碳化鎢含量約為10～50％，鎳錳合金含量約15～50％(其中鎳的含量約為50～60％，錳的含量為40～50％)，鐵粉含量約為20～50％。鉆頭采用金剛石粒度為40～50目，胎體級(jí)度為HRC10～20。專利CN110056313A提出聚晶金剛石層中金剛石微粉80～89wt％，鈷10～15wt％，硅1～5wt％與孕鑲金剛石層在20～30MPa,700～1000℃或者0.2～0.6GPa,700～1000℃燒結(jié)而成。總之，目前存在的金剛石鉆頭性能有所改善，但尚不能滿足期望的需求。

同時(shí)，隨著CVD沉積金剛石涂層的技術(shù)迅速發(fā)展，金剛石涂層性能日漸優(yōu)異，但是大多數(shù)研究制備金剛石涂層所需要的襯底溫度都高于700℃以上，例如專利CN201410068775工件沉積溫度為820～880℃，專利CN201410465657沉積溫度850～900℃，專利CN105349965B沉積溫度700～900℃等，沉積溫度還是較高。這無(wú)疑提高了CVD沉積金剛石涂層的工藝難度。

總的來(lái)說(shuō)，由于金剛石鉆頭在惡劣的工況下工作，鉆頭使用壽命逐漸降低，又因?yàn)殂@頭的更換費(fèi)用較高，需要我們探究和優(yōu)化目前的聚晶金剛石復(fù)合鉆頭并為了能夠?yàn)楹罄m(xù)的產(chǎn)業(yè)化推廣提供指導(dǎo)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就是為了提供一種低溫沉積CVD金剛石涂層的聚晶金剛石復(fù)合片的方法。

本發(fā)明采用改變聚晶金剛石復(fù)合片基底配方各元素的比重，從而改善金剛石涂層與聚晶金剛石復(fù)合片之間的膜基結(jié)合力，提高聚晶金剛石復(fù)合片鉆頭的工作效率和使用壽命，降低更換頻率，達(dá)到較好的經(jīng)濟(jì)效益。

本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：

一種低溫沉積CVD金剛石涂層的聚晶金剛石復(fù)合片的方法，包括以下步驟：

(1)制備聚晶金剛石復(fù)合片基底；

(2)將化學(xué)氣相沉積裝置的反應(yīng)腔室抽真空，通入由氫氣與甲烷組成的混合氣體，進(jìn)行形核處理；

(3)將聚晶金剛石復(fù)合片基底放入反應(yīng)腔室中，通入由氫氣、甲烷和二氧化碳組成的混合氣體，進(jìn)行化學(xué)氣相沉積；