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CVD多晶金刚石拉丝模芯的制备工艺流程

2025-03-20
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衬底选择与预处理
  • 选择衬底:通常选用硬质合金拉丝模作为衬底,如 YG6 硬质合金拉丝模,因其具有良好的强度和耐磨性,能为后续的金刚石薄膜生长提供稳定支撑1。

  • 表面除钴:金属钴在 CVD 沉积金刚石过程中有催石墨化的作用,会使涂层结构疏松,附着力下降。一般采用酸腐蚀法除去衬底表层的粘结相金属钴,如将衬底置于稀盐酸溶液中,并滴加少量双氧水作为腐蚀促进剂,以促进和调节腐蚀去钴的进程,有效除去衬底表层的钴,又防止过度腐蚀1。

  • 研磨处理:用金刚石微粉对经过除钴处理的衬底表面进行研磨,除去表层粘结不牢固的碳化钨颗粒,并增加 CVD 沉积金刚石时的成核密度1。

  • 清洗干燥:将研磨后的衬底进行超声洗涤,洗净后干燥,以确保衬底表面干净,无杂质残留,为后续的沉积过程提供良好的表面条件。

热丝 CVD 沉积金刚石薄膜

  • 安装热灯丝:采用单根穿孔直拉钽丝或钨丝作为热灯丝,穿过拉丝模孔后用耐高温弹簧拉直,并使其恰好置于拉丝模的轴心位置,这样可使内孔表面的温度在整个涂覆过程中基本保持均匀。

  • 抽真空与通气:将经过预处理的衬底置于 CVD 反应室中,反应室抽真空后通入反应气体,通常为氢气、丙酮和少量四氯化碳。氢气和丙酮在热灯丝的激励下产生足够浓度的活性氢原子和含碳活性基团,四氯化碳则用于增加薄膜的成核密度以改善涂层表面光洁度。

  • 调整工艺参数:调整反应室压力至 2 - 6Kpa,反应气体总流量控制在 200 - 400 毫升 / 分,丙酮与氢气的体积比为 1 - 3%,四氯化碳与丙酮的比例约为 2%,灯丝温度保持在约 2200℃,并在热丝和拉丝模内孔表面加上 50 - 150 伏的直流偏压,形成 0.6 - 2 安培的直流放电电流,以加速金刚石薄膜的生长。

  • 沉积金刚石薄膜:在上述工艺条件下,经过一定时间的沉积,即可在拉丝模内孔表面得到一层均匀的金刚石涂层。例如,经过 4 小时沉积,可生长出厚度约 10 微米的金刚石涂层。

后处理

  • 冷却与取出:沉积完成后,停止加热和通入气体,让反应室自然冷却至室温,然后取出拉丝模芯。

  • 检测与评估:对制备好的 CVD 多晶金刚石拉丝模芯进行检测,包括测量金刚石涂层的厚度、硬度、附着力等性能指标,以及检查模芯的尺寸精度和表面质量等,确保其满足拉丝模的使用要求。

  • 包装储存:将检测合格的拉丝模芯进行包装,储存于干燥、清洁的环境中,防止其受到损坏或腐蚀

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