高质量金刚石自支撑膜织构与断裂强度的关系研究

利用直流电弧等离子体喷射化学气相沉积在Mo基体上制备了不同织构的金刚石厚膜。用扫描电境(SEM)观察金刚石膜的形貌，用XRD表征晶体取向，用极图和取向分布函数法计算金刚石膜的不同织构，利用三点弯曲法测量金刚石膜的断裂强度。结果表明，金刚石膜的断裂强度随着衍射峰强度比值，I(111)／I(220)的增大而不断降低。{110}织构的金刚石膜具有最高的断裂强度。     

一种二氧化钒膜的新的生长模式

采用直流反应磁控溅射法,在Si(100)基片表面沉积厚度为1000nm的二氧化钒膜。利用X射线衍射(XRD)仪和扫描电镜(SEM)分析膜的晶相和形貌,观察到二氧化钒膜的一种新的生长模式。X射线衍射分析表明生成的膜为典型的多晶二氧化钒膜,其(200)晶面衍射峰较强。扫描电镜(SEM)分析表明,随着膜厚的增加,膜表面晶粒增大,膜表面的晶粒呈现出独特的纺锤状或棒状;膜具有明显的柱状生长特征,在膜厚380nm以上时,柱状晶生长速率快速提高。样品的阻温特性分析表明,生成的二氧化钒膜具有典型的金属-半导体相变特征。     

直流等离子体CVD金刚石薄膜微观结构分析

采用直流等离子体CVD法制备了金刚石膜，利用X射线衍射、光学显微镜、扫描电镜、激光拉曼光谱等技术研究了金刚石膜的微观组织，晶粒择优取向生长过程。结果表明：开始形核时，晶粒随机无择优生长；对基体表面氢刻蚀预处理，有利于晶胚形核长大。甲烷浓度对金刚石膜晶粒择优取向生长有重要影响：甲烷浓度较低时，金刚石膜（100）面择优生长，形成以（111）为主的八面体晶体，并且可以制取中心和边缘均匀、高质量光学级自支撑金刚石膜，但生长速率慢，效率低。同时也发现金刚石膜存在空位、孔洞等缺陷。     

等离子弧焊熔敷Ti-6Al-4V合金原位拉伸过程中显微组织及应变响应的电子背散射衍射表征

航天级钛合金的新型叠层制造技术（ALM）的优势体现在较低的制造成本等方面,并可替代传统加工成型工艺。由等离子弧焊熔敷叠层制造技术制备Ti-6Al-4V合金的显微组织由定向凝固生长的β柱状晶及在其晶内生长的细小的α片层组织构成。在原位拉伸过程中结合应用高速离线电子背散射衍射表征（Offline EBSD）可快速获取试样显微组织和形变特征之间的关系。揭示出不均匀变形的发生取决于柱状晶界间的应变响应。柱状滑移和基面滑移系统被激活进而导致最后出现形变滑移线,即在某些柱状晶中滑移扩展至整个晶粒;而在另一些晶粒中表现为存在应变梯度和应力集中的地方发生形变失配。形变的扩展习性受制于定向凝固生长的柱状晶生长方向及其之间的界面取向关系。在垂直于柱状晶方向的拉伸试验揭示存在剧烈的变形局域化。基于原位拉伸观测及高速的离线电子背散射衍射表征结果,本文作者提出从微观到宏观形变扩展的控制机制。     

加氮对直流电弧等离子体喷射金刚石膜显微组织和断裂强度的影响

利用DcArcP1asmaJetcVD法制备搀杂氮的金刚石厚膜。研究了在反应气体cH。／Ar／H：中加入N!对金刚石膜显微组织和力学性能的影响。在固定H2、Ar、CH4流量的情况下改变N2的流量，即反应气体中氮原子和碳原子的变化比例(N／C比，范围从0．06～0．68)，同时在固定的腔体压力(4kPa)和衬底温度(800℃)下进行金刚石膜生长。用扫描电镜(SEM)观察金刚石膜形貌、用X射线衍射表征晶体取向，用三点弯曲的方法来测量金刚石膜的断裂强度。结果表明，氮气在反应气体中的大量加入，对直流等离子体喷射制备金刚石膜的显微组织和力学性能有显著的影响。     

二氧化碳对金刚石膜生长的影响

利用微波等离子体化学气相沉积法,以H₂/CH₄/CO₂为混合气源,在Si基底上沉积金刚石膜,分析了微波功率和CO₂对金刚石膜生长的影响。利用Raman光谱、扫描电子显微镜（SEM）和X射线衍射（XRD）表征金刚石膜,以得到样品质量、表面形貌、晶粒取向等信息。结果表明:适当提高微波功率,可以促进金刚石晶粒长大并提高（100）取向度;加入适量CO₂,能提高金刚石膜质量和生长速率,并保持表面形貌不会发生明显变化,但随着CO₂含量的增加,金刚石表面形貌发生较大变化,薄膜质量和沉积速率先提高后降低。      

等离子体循环刻蚀镀膜提高锆膜的水汽阻隔性

为了提高以锆金属镀层封闭聚氨酯泡沫塑料表面对水气的阻隔性,采用了等离子体循环刻蚀和中频磁控溅射镀膜相结合的方法改变锆膜晶粒的生长模式。结果表明,等离子体循环刻蚀以后,锆膜表面的晶粒呈现出非晶化趋势,无等离子体循环刻蚀时锆膜横截面晶粒的生长方式是法向柱状晶模式,而刻蚀后薄膜呈现的是一种柱状晶和细小球晶团的混合生长模式。水气阻隔实验表明,等离子体循环刻蚀的方法可明显提高锆膜的水气阻隔性。等离子体循环刻蚀抑制了锆膜的法向柱状晶生长,使晶粒更加细化,膜呈现非晶化趋势,这是膜致密性、水气阻隔性增加的根本原因。     

铜模板微通道内CVD金刚石生长行为（英文）

主要活性基团(H,CH·3)的有效扩散与基体模板孔的深度限制了沟道或通道内金刚石的沉积。通过纳米金刚石悬浮液超声震荡加载籽晶,随后热丝化学气相沉积,在铜模板圆柱型微通道内成功制备出三维结构的金刚石膜。分别采用微区激光拉曼光谱和扫描电子显微镜表征金刚石膜,考察微通道深度对金刚石形貌、晶粒尺寸与膜生长速率的影响。结果显示:金刚石膜的质量和生长速率随微通道深度的增加而急剧下降,单个金刚石晶粒由发育完善、刻面清晰的晶粒逐渐转变为微米团簇,最后转变为球状纳米晶。为改善金刚石膜质量和提高生长速率,设计出一种气源强制输送热丝化学气相沉积装置。此外,对比分析无气源强制输送条件下金刚石的生长,并讨论气源强制输送的增强机理。     

激光钎焊多层金刚石磨粒与镍铬合金的微观结合形态

在45钢基体上进行了镍铬合金钎料与金刚石磨粒的多层钎焊加工,借助光学显微镜、扫描电镜、能谱分析等研究了钎料与金刚石磨粒的结合形态、钎料层组织结构及其变化规律、金刚石表面损伤形态、金刚石与钎料结合处以及钎焊层的元素分布规律.结果表明:从与基体结合处到钎焊层表面分别形成了平面晶、胞状晶、树枝晶、柱状晶以及等轴晶的显微组织形态.输入的线能量影响钎料与金刚石的浸润结合、及钎焊层晶粒大小.逐道搭接钎焊时的热积累改变了搭接线附近的晶粒生长方向和大小,在逐层堆叠时的层与层结合线附近存在粗化晶粒区.金刚石磨粒的存在促使其周边形成等轴晶和垂直其界面生长的柱状晶和树枝晶.钎焊层内C元素含量在靠近上表面附近较高.钎焊层内部金刚石与钎料之间存在一元素过渡区域,Cr和Si元素在过渡区存在聚集现象,有利于形成Cr和Si的碳化物,促进金刚石与钎料间的冶金结合.钎焊层内的金刚石磨粒出现不同程度损伤及石墨化形态.     

不同高浓度气体对金刚石薄膜制备的影响

采用微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)法,分别制备了CH4/H2体系、CH4/H2/N2体系以及CH4/H2/Ar体系金刚石薄膜。主要采用了扫描电子显微镜(SEM)、激光拉曼光谱(Raman)和X射线衍射光谱(XRD)等方法对不同体系中制备的金刚石薄膜的晶粒尺寸及其品质进行了分析,研究了不同高浓度气体对金刚石薄膜的影响。结果显示:利用高浓度的甲烷可以在很大程度上细化晶粒,制备出纳米晶金刚石薄膜,但是薄膜的非晶相较多,品质下降;加入70%N2,薄膜中的金刚石晶粒生长速度较慢,但可制备出均匀的纳米晶金刚石薄膜;70%的Ar气氛中,金刚石晶粒生长较快,制得的薄膜中的金刚石晶粒是微米级别的。     

Structure and characteristics of Si-coated diamond grits

IntroductionThe properties of diamond tools are determined bythe quality of diamond abrasive and the adhesion betweenthe diamond grits and the bond[1-3].However,duringsintering process,metal bond containing graphitizing ele-ments seriously erodes diamond grits,which reduces thestrength of the diamond grits.Furthermore,diamondstend to be oxidated when the temperature reaches as highas 700℃.Therefore,sintering process of diamond toolsleads the diamond grits to oxidization,significantly de-creas…     

微波等离子体刻恂对WC—Co硬质合金基体金刚石薄膜附着力的影响

金刚石薄膜的附着力是影响CVD金刚石涂层刀具切削性能的关键因素,本文采用EACVD法在硬质合金（YG6）基体上沉积金刚石涂层;用Ar-H2微波等离子WC－C0衬底进行刻蚀处理,以改变基体表面与金刚石涂层间的界面结构,提高金刚石涂层的附着力;采用压痕法评估涂层附着力,借助SEM等观察刻蚀预处理方法对膜基界面的影响,并对此进行分析和讨论。     

基于内涨鼓泡实验的金刚石膜附着强度精确定量评价

根据内涨作用下薄膜发生鼓泡变形的原理，开发了1种新的适用于金刚石膜附着强度精确定量评价的测试系统。并在传统的硅平面加工工艺的基础上发展了1种新的在沉积好的基片上制备自支撑窗口试样的方法，该方法可以保证在刻蚀基底形成自支撑窗口的同时不会损坏到薄膜。通过实验，实现了对硅基底金刚石膜结合强度的定量检测，实验得到的薄膜结合强度为4．28726J／m^2。实验所测得的附着强度结果与有限元仿真结果类比的吻合，证实了该模型的有效性，从而为金刚石膜的制备工艺优化及其质量的评估提供了可靠的依据和标准，对促进金刚石膜材料的深度开发和工程应用将具有积极的意义。     

CVD金刚石自支撑膜的力学性能

CVD金刚石自支撑膜已经作为一种崭新的工程材料出现,其应用日益广泛,急切需要对其力学行为进行深入了解。为此对有关金刚石膜的断裂强度和断裂韧度的研究,以及金刚石膜的断裂机制进行了详尽的论述。简略介绍了金刚石膜的断裂强度和断裂韧度的测试方法,给出了典型的测试数据。最后就如何提高金刚石膜的力学性能和更好地应用这种新型工程材料提出了建议。     

直流电弧等离子体喷射法制备金刚石自支撑膜研究新进展

文章综述了以直流电弧等离子体喷射法制备自支撑金刚石膜的研究新进展,对电弧特性、金刚石晶体质量、力学性能、光学性能及热学性能进行了介绍。研究表明:不同电弧区域的金刚石膜结晶质量及应力状态有所差异,钛过渡层可以降低金刚石的残余应力;采用四点弯曲测得金刚石的断裂韧性为10.99 MPa·m1/2;一定温度范围内,金刚石吸收系数与温度的关系基本不受金刚石质量和厚度的影响;金刚石的光学性能越好,其热导率越高,且金刚石形核面热导率略高于生长面,500 K以上时多晶金刚石膜的热导率近似于单晶水平。      

CVD金刚石涂层硬质合金衬底预处理新方法研究

本文研究了甲醇预处理方法对硬质合金衬底表面抑制Co催石墨化作用。将甲醇预处理方法融入到传统的两步处理方法中,提出了新的两步预处理方法,通过电镜和EDX等手段对预处理后的衬底表面形貌、成分进行了分析。采用偏压增强热丝CVD(HFCVD)法,在预处理后的衬底表面成功沉积了金刚石薄膜。并以制做钻头为例,验证了两步法对复杂形状衬底的预处理及金刚石薄膜制备效果。研究结果表明:采用甲醇预处理方法能够有效抑制Co对金刚石薄膜的不利影响,新的两步预处理方法既能保证金刚石薄膜与衬底之间的附着强度,又非常适用于复杂形状整体式回转硬质合金刀具、拉拔模具等衬底,对于拓展金刚石涂层在涂层刀具领域的应用具有一定的参考作用。     

Deposition of diamond/β-SiC nanocomposite films onto a cutting tool material

The motivation behind depositing nanocrystalline diamond/β-SiC composite thin films onto a cutting tool material is not only to obtain films having a whole range of combined properties of the components but also to enhance their fracture toughness without compromising on the hardness aspect. Nanocrystalline diamond composites are expected to behave differently owing to the large volume of grain boundaries. With smooth surface morphology and improved adhesion, diamond/β-SiC nanocomposite film system may not only serve as a separate film system but may also serve as an interlayer for the further deposition of adherent diamond top layers with regard to cutting tool applications. In this paper we report the deposition of nanocrystalline diamond/β-SiC composite thin films onto WC-6 wt.% Co substrates by employing microwave plasma chemical vapor deposition (MWCVD) technique using gas mixtures of H₂ and CH₄ and tetramethylsilane [TMS, Si(CH₃)₄]. Scanning electron microscopy (SEM), glancing angle X-ray diffraction (GIXRD), energy-dispersive X-ray (EDX), micro Raman scattering and Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopic analyses have been carried out to characterize the microstructure and composition of the deposited films. The microstructure of the composite films constitutes a phase mixture of nanometer sized diamond and β-SiC grains. By adjusting TMS gas flow during deposition, β-SiC content in the nanocomposite films can be controlled. This aspect was utilized to successfully realize diamond/β-SiC nanocomposite gradient films with diamond top layers on the hard metal substrates in a single process step.     

合金化元素Cr对青铜基金刚石砂轮导热性能及力学性能的影响

以金刚石微粉、铜锡合金、石墨和醋酸乙烯基聚合物为主要原料,采用热压烧结法制备青铜基金刚石砂轮,探讨合金化元素Cr对砂轮导热性能和力学性能的影响。结果表明:相比Cu_77.6Sn_14.4C_1.0J₇.0制备的砂轮,添加了合金化元素Cr的砂轮有更高的相对密度和热导率,可分别达到98.46%和110.43 W/（m·K）;其弯曲强度、压缩强度和冲击韧性也更优越,分别为77.54 MPa、108.10 MPa和4.06 J/cm2,但两者的弯曲载荷-位移曲线和压缩载荷-位移曲线都表现出明显的脆性断裂特征。