[發明專利]一種高精密金剛石拋光片的制備方法

有效

• 申請號: 202110699522.5
• 申請日: 2021-06-23
• 公開（公告）號: CN113430498B
• 公開（公告）日: 2022-11-29
• 發明（設計）人: 于盛旺;吳艷霞;黑鴻君;高潔;鄭可;馬永;周兵;王永勝
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: C23C16/02
• 分類號: C23C16/02;C23C16/27
• 代理公司: 太原市科瑞達專利代理有限公司 14101
• 代理人: 王思俊

一種高精密金剛石拋光片的制備方法，屬于加工刀具技術領域，通過以下步驟實現：先對SiC基體燒蝕形成陣列圖案化圖形，然后通過等離子體清潔基體表面，同時刻蝕形成光滑的鋒利突起，最后再通過MPCVD法制備納米金剛石拋光涂層，形成本發明專利由納米金剛石包覆的尖錐陣列的高精密金剛石拋光片。該方法具有過程簡單、可控性好、重復率高等優點，本發明的金剛石拋光片在精密部件拋光加工領域中，能滿足部件拋光精度要求，提高加工效率，并延長拋光片的使用壽命。

技術領域

本發明屬于加工刀具技術領域，具體涉及一種高精密金剛石拋光片的制備方法。

背景技術

金剛石拋光片可用陶瓷、硬質合金、玻璃等材料的研磨拋光，經久耐用、具有高拋光能力，同時不會深度劃傷，具有廣泛的應用范圍。但高精密的拋光片，尤其是具有尖錐陣列的金剛石拋光片，由于金剛石自身的高硬度和高脆性，其制備已成為國際挑戰。目前，國際上主要通過微圖形化和電鍍鎳在硬質合金表面鑲嵌金剛石顆粒獲得金剛石陣列來實現。但由于金剛石中碳原子結構的化學惰性，對其本身的加工很難，同時由于其較難與硬質合金成鍵，導致結合力較差，拋光片的壽命受限。因此，制造高精密長壽命金剛石拋光片需要解決兩個關鍵問題：一是基板選擇，二是圖案化過程。

SiC基板與金剛石中碳原子的結合性能良好，同時具有高導熱性、低熱膨脹系數、高剛度、良好的耐化學腐蝕性和熱均勻性，作為拋光片基材變形較小，因此具有重要應用前景。但SiC基板存在圖案化加工較為困難的問題，目前對SiC材料的加工方法主要包括電化學腐蝕、機械加工、超聲波加工和等離子體干法刻蝕（反應離子刻蝕、電子回旋共振和感應耦合等離子體）等，但圖案化加工仍存在工序復雜、成本較高等問題。此外，在等離子體刻蝕中涉及到的CF₄或SF₆氣體對設備和操作的要求較高，較難普及化。

發明內容

本發明提出燒蝕具有選擇性和各向異性，結構簡單、操作方便、易于控制的一種高精密金剛石尖錐陣列拋光片的制備方法，采用SiC 作為基板，通過燒蝕形成陣列圖案化圖形，然后通過等離子體清潔基體表面刻蝕形成尖錐陣列圖案，最后再通過MPCVD法制備納米金剛石涂層。

一種高精密金剛石拋光片的制備方法，通過以下步驟實現的：

A. 利用燒蝕技術在SiC基體表面制備圖案化圖形：將光滑、潔凈的SiC基底置于激光燒蝕的基臺上，通過設置燒蝕參數，獲得具有不同燒蝕圖案的圖形化基體；

B. 利用等離子體化學氣相沉積技術清潔刻蝕基體表面：將圖案化的SiC基體置于等離子體化學氣相沉積設備中，在真空腔室中通入氧氣和氫氣，這些氣體在高壓下擊穿成為等離子體，清潔和刻蝕基體表面；

C. 利用等離子體化學氣相沉積技術沉積納米金剛石涂層：再等離子體化學氣相沉積設備中，通入含碳氣體和氫氣，氣體在微波作用下電離，形成含碳等離子體，并沉積在基體表面。

在步驟A中，燒蝕圖案可為矩形、圓形、多邊形中的任意一種。

在步驟B中，等離子體活化工藝參數范圍為：氣壓2000～8000 Pa，微波功率 1～3kW，溫度600～1000 ℃。

在步驟C中，含碳氣體可以是CH₄或C₂H₂，腔體氣壓 2000～8000 Pa，H₂與CH₄或C₂H₂的氣體體積流量比5：1～1：1，微波功率2～60 kW，溫度600～1000 ℃，涂層厚度10 μm～200μm。