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.412 北京科技大学学报 第29卷 高的对硬质合金基底的附着力 因此，无论是改变沉积过程中D4的流量还是改 3结论 变形核期D4的流量，涂层可能会出现金刚石组织或 (1)利用微波等离子体辅助化学气相沉积方 球团状的胞状组织，这两种组织呈竞争生长的趋势， 法，以H2、CH4和D4为沉积先驱物，探索一种在硬 当D4的流量相对CH4的流量较大时，得到的是球 质合金基底上制备含$元素金刚石涂层的新工艺， 团状的胞状组织；而只有当D4和CH4的流量相当 (2)当改变沉积过程中D4的流量时，随着D4 的情况下，才能都沉积出质量较好的金刚石涂层，同 流量的增加，涂层的形貌主要是典型的金刚石相：当 时又含有少量的Sⅰ使金刚石涂层的附着力较好. D4的流量大于2.0cm3min一时，金刚石相就不存 关于Sⅰ元素在金刚石涂层中的存在形式以及对金 在，取而代之的是胞状组织 刚石涂层附着力的影响机理，仍需要进一步的研究， (3)当改变形核期D4的流量时，同时将生长期 的D4流量设定为1.0cm3min1时，流量较低时金 40000 1336.6cm 35000 实验1工艺 刚石涂层的形貌主要是典型的金刚石相：随着D4的 30000 25000 流量增加，尤其是D4的流量大于4.0cm3min1时， 20000 金刚石形貌就由典型的三角形、片状变为菜花状，形 安15000 1336.6cm实验1(b)工艺 10000 貌在逐渐恶化，并且Sⅰ元素在涂层中的含量也未得 5000 1336.6cm实验Ⅱ(a)工艺 0 到明显地提高 -5000 (4)以H2、CH4和D4为沉积先驱物，沉积所获 900 11001300150017001900 被数/cm 得的含Si金刚石涂层较以H2和CH4为沉积先驱物 所获得的金刚石涂层具有相对较高的对硬质合金基 图4不同工艺条件下获得的金刚石涂层的Raman光谱 底的附着力， Fig.4 Raman spectra of the diamond coatings obtained under dif- ferent conditions 参考文献 [1]Fan W D.Chen X.Jagandham K.et al.Diamond-ceramic com- posite tool coatings.J Mater Res.1994.9(11):2850 [2]Soderberg S.Westergren K.Reineck I.et al.Properties and performance of diamond coated ceramic cutting tools.Mater Sci Monographs.1991.73(1):43 [3]Kupp E R.Drawl W R.Spear K E.Interlayers for diamond- coated cutting tools.Surf Coat Technol.1994.68/69(1/3): 378 [4]Mahmoud A T,William F S,Malshe P,et al.The state ofthe- art in adhesion of CVD diamond to carbide cutting inserts.Adhes Aspects Thin Films.2001.1(1):79 [5]Endler I.Leonhardt A.Interlayers for diamond deposition on tool materials.Diamond Relat Mater.1996.5(3/5):299 [6]Lin C R.Kuo C T.Improvement in adhesion of diamond films on cemented WC substrate with Ti-Si interlayers.Diamond Relat Mter,1998,7(11/12):1628 [7]Hauber R.Lux B.On the formation of diamond coatings on WC/ Co hard metal tools.Int J Refract Met Hard Mater.1996.14 100 um (1/3):111 [8]赵中琴，唐伟忠，苗晋崎，等.含金刚石的复相过渡层及A1203 图5金刚石涂层在1500N载荷下的压痕形貌.(a)实验I工艺 基体上金刚石薄膜的附着力·金刚石与磨料磨具工程，2004， 下不含Si金刚石涂层：(b)实验I的(b)工艺下含S金刚石涂层 1:37 Fig.5 SEM of indentations under 1500 N on the diamond coat- [9]Wada N.Solin S A.Raman efficiency measurements of graphite ings:(a)the coating obtained under the deposition condition of Ex Physics,198L,105B(3):353 periment I;(b)the coating obtained under the deposition condi- [10]Knigh DS.White W B.Analysis of diamond film using Raman tion of Experiment I(b) method.J Mater Resource.1989.124(4):385 (下转第446页)高的对硬质合金基底的附着力． 因此无论是改变沉积过程中 D4 的流量还是改 变形核期 D4 的流量涂层可能会出现金刚石组织或 球团状的胞状组织这两种组织呈竞争生长的趋势． 当 D4 的流量相对 CH4 的流量较大时得到的是球 团状的胞状组织；而只有当 D4 和 CH4 的流量相当 的情况下才能都沉积出质量较好的金刚石涂层同 时又含有少量的 Si 使金刚石涂层的附着力较好． 关于 Si 元素在金刚石涂层中的存在形式以及对金 刚石涂层附着力的影响机理仍需要进一步的研究． 图4 不同工艺条件下获得的金刚石涂层的 Raman 光谱 Fig．4 Raman spectra of the diamond coatings obtained under different conditions 图5 金刚石涂层在1500N 载荷下的压痕形貌．（a） 实验Ⅰ工艺 下不含 Si 金刚石涂层；（b） 实验Ⅱ的（b）工艺下含 Si 金刚石涂层 Fig．5 SEM of indentations under1500N on the diamond coatings： （a） the coating obtained under the deposition condition of Experiment Ⅰ；（b） the coating obtained under the deposition condition of Experiment Ⅱ （b） 3 结论 （1） 利用微波等离子体辅助化学气相沉积方 法以 H2、CH4 和 D4 为沉积先驱物探索一种在硬 质合金基底上制备含 Si 元素金刚石涂层的新工艺． （2） 当改变沉积过程中 D4 的流量时随着 D4 流量的增加涂层的形貌主要是典型的金刚石相；当 D4 的流量大于2∙0cm 3·min —1时金刚石相就不存 在取而代之的是胞状组织． （3） 当改变形核期 D4 的流量时同时将生长期 的 D4 流量设定为1∙0cm 3·min —1时流量较低时金 刚石涂层的形貌主要是典型的金刚石相；随着 D4 的 流量增加尤其是 D4 的流量大于4∙0cm 3·min —1时 金刚石形貌就由典型的三角形、片状变为菜花状形 貌在逐渐恶化并且 Si 元素在涂层中的含量也未得 到明显地提高． （4） 以 H2、CH4 和 D4 为沉积先驱物沉积所获 得的含Si 金刚石涂层较以 H2 和CH4 为沉积先驱物 所获得的金刚石涂层具有相对较高的对硬质合金基 底的附着力． 参 考 文 献 ［1］ Fan W DChen XJagandham Ket al．Diamond-ceramic composite tool coatings．J Mater Res19949（11）：2850 ［2］ Soderberg SWestergren KReineck Iet al．Properties and performance of diamond coated ceramic cutting tools．Mater Sci Monographs199173（1）：43 ［3］ Kupp E RDrawl W RSpear K E．Interlayers for diamondcoated cutting tools．Surf Coat Technol199468／69（1／3）： 378 ［4］ Mahmoud A TWilliam F SMalshe Pet al．The state-of-theart in adhesion of CVD diamond to carbide cutting inserts．Adhes Aspects Thin Films20011（1）：79 ［5］ Endler ILeonhardt A．Interlayers for diamond deposition on tool materials．Diamond Relat Mater19965（3／5）：299 ［6］ Lin C RKuo C T．Improvement in adhesion of diamond films on cemented WC substrate with Ti—Si interlayers．Diamond Relat Mater19987（11／12）：1628 ［7］ Hauber RLux B．On the formation of diamond coatings on WC／ Co hard metal tools．Int J Refract Met Hard Mater199614 （1／3）：111 ［8］ 赵中琴唐伟忠苗晋崎等．含金刚石的复相过渡层及 Al2O3 基体上金刚石薄膜的附着力．金刚石与磨料磨具工程2004 1：37 ［9］ Wada NSolin S A．Raman efficiency measurements of graphite． Physics1981105B（3）：353 ［10］ Knigh D SWhite W B．Analysis of diamond film using Raman method．J Mater Resource1989124（4）：385 （下转第446页） ·412· 北 京 科 技 大 学 学 报 第29卷