cBN涂层及其在刀具上的应用 -(2)

原作者:[标签:作者] 添加时间:2007-07-01 原文发表时间:2007-07-02 人气:1

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(2)热丝辅助射频等离子体CVD法
热丝辅助射频等离子体CVD装置的射频电源产生的高频电磁振荡激发反应气体产生等离子体，置于基片上方的热丝一方面对基片和反应气体加热以提供更多热能，另一方面热丝发射的热电子进一步增强等离子体，以提高反应气体离解率；基片温度通过调节灯丝电压进行控制。反应气体为B2H6与NH3的混合气体，混合前先用高纯度H2分别稀释至1%～5%，再按NH3∶B2H6＝3∶1的体积比混合并通过反应室。制备前先将反应室抽至小于1Pa的基础真空度，并用H2清洗几分钟。
热丝辅助射频等离子体CVD法沉积cBN的典型条件为：热丝温度1800～2200℃，基片温度800～1000℃，热丝到基片的距离5～15mm，射频功率100～200W。
3．应用现状及发展前景
我们采用等离子体增强脉冲激光沉积法制备了cBN涂层，试验采用的沉积条件为：入射功率100W，基极负偏压110V，激光能量密度25J/cm2,沉积时间为10min。经红外光谱检验，发现所得到的cBN涂层不仅含有hBN（其含量随制备工艺参数不同而变化），而且制备的涂层与基体粘着力不强。
事实上，无论采用PVD法还是CVD法，目前制备的cBN涂层都不同程度地含有hBN。鉴于目前所能得到的cBN涂层的质量，它只能作为切削刀具涂层，因为刀具涂层对涂层的组分无严格要求。因此，目前针对cBN涂层研究最多的是在刀具上的应用。将cBN薄膜作为刀具的耐磨涂层，可以成倍乃至几十倍地提高刀具的使用寿命。美国、日本的许多企业在此方面进行了大量投资，以充分开发cBN材料的潜在优势。预计近年超硬涂层工具的市场将达到每年20亿美元，并且应用领域主要集中在汽车工业。
由于形成cBN涂层时总是伴随着很大的内应力，因此cBN涂层极易从基体上脱落。我们的试验也证明，cBN涂层刀具要走向实用化，目前最大的难题是要解决cBN涂层与硬质合金基体之间的结合力。目前较为有效的方法是在基体与涂层之间增加过渡层，如氮化钛、氮化硅、富硼梯度层等。过渡层能显著减少涂层的内应力，从而提高涂层与基体的结合力。然而要真正达到实用要求，还有待进一步研究与改良。马锡英等人选用与cBN晶格常数非常接近且具有面心立方结构的Ni作为衬底材料来沉积cBN涂层，并将其与Si衬底进行比较，发现Si衬底与cBN的晶格常数失配度高达33%，而Ni衬底与cBN的晶格常数失配度仅1.3%。实验结果表明，在Ni衬底上生长的cBN薄膜质量较好，而Si衬底上生长的薄膜则出现了剥离现象。当在Si衬底上溅射了Ni过渡层后，制备的cBN薄膜质量明显得到改善。
要制备实用的cBN刀具涂层，除需选用理想的过渡层材料外，还应尽可能降低涂层中的内应力，我们正在尝试采用激光热处理方法来降低涂层中的内应力。相信在业界研究人员的共同努力下，制备出能解决生产急需的理想的cBN刀具涂层已为时不远。
（摘自《工具技术》作者：湘潭大学周里群）

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