專利名稱：化學氣相沉積金剛石聚晶金剛石復合型金剛石制品的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種工具材料結構，特別是涉及一種化學氣相沉積金剛石聚晶金剛石復合型金剛石制品。
背景技術：
化學氣相沉積金剛石是采用化學氣相沉積(簡稱CVD)的方法制備出來的一種全晶質多晶純金剛石材料(簡稱CVDD)，它可以呈膜狀附著于基底表面，故又常稱金剛石膜，亦可以是脫離基底的純金剛石厚片?；瘜W氣相沉積金剛石的物理性能和天然金剛石大致相同或非常接近，化學性質則完全相同。
由于化學氣相沉積金剛石的制備成本較低，可以大面積化和曲面化，而且其厚度可按需要從不足一微米直至數毫米，故有著比顆粒狀金剛石更為廣泛的用途。如1>利用其高硬度和耐磨性，可以作為工具的超硬涂層，從而使工具的壽命提高十幾到幾十倍。也可以用厚的化學氣相沉積金剛石片，經過激光切割后代替天然金剛石，加工制做成各種焊接型金剛石工具，如高精度砂輪修整刀、拉絲模及各種超硬材料加工和非鐵金屬加工用的刀具等。由于化學氣相沉積金剛石不含任何金屬或非金屬添加劑，其多晶結構又使其在各個方向都具有幾乎相同的極高硬度，沒有解理面，因此其機械性能兼具單晶金剛石和聚晶金剛石(簡稱PCD)的優(yōu)點，而又在一定程度上克服了它們的不足。實踐表明，焊接型化學氣相沉積金剛石工具的使用壽命可大大超過單晶金剛石和聚晶金剛石工具，加工精度則可和單晶金剛石工具近似，明顯優(yōu)越于聚晶金剛石工具。因此，美國、日本等發(fā)達國家已將CVD金剛石作為汽車發(fā)動機制造業(yè)中最理想的工具材料。
2>利用其高導熱性、高絕緣電阻以及與眾多半導體材料較好匹配的低熱膨脹系數特性，可制作微波管、激光二極管、列陣器件及大功率集成電路等高功率密度電路元件的散熱器件----熱沉。金剛石熱沉的應用將導致微電子和光電子工業(yè)發(fā)展的一次飛躍。
化學氣相沉積金剛石比普通的聚晶金剛石具有高得多的硬度和耐磨性，用于機械加工工具可實現更高的加工精度、光潔度及使用壽命。目前將化學氣相沉積金剛石應用于刀具有兩種做法a.涂層法。即在硬質合金刀具、模具或鉆具的基體上直接涂覆一薄層化學氣相沉積金剛石。這種方法被大量研究，但收效甚微。主要原因在于化學氣相沉積金剛石層的附著力太差，容易從硬質合金基體上脫落，而且化學氣相沉積金剛石層的厚度也受到了很大的限制，一般必須薄于50μm，否則極易脫落。目前全世界只有很少的幾個公司的涂層產品可以得到應用，而且價格偏高，因此一直得不到大量的推廣應用。
b.焊接型化學氣相沉積金剛石厚膜工具。該種做法是將厚度0.3-0.6mm的化學氣相沉積金剛石片焊接在硬質合金基體(簡稱WC)上做成CVDD-WC復合片，然后再把CVDD-WC復合片焊接在刀具基體上制做成切削刀具。但由于化學氣相沉積金剛石與硬質合金的熱膨脹系數相差較大，焊接后冷卻時因收縮量差別較大，容易造成化學氣相沉積金剛石內部嚴重的應力損傷，導致化學氣相沉積金剛石層脫落或出現裂紋，在使用中也容易崩刃，因此其應用推廣也受到了很大的限制。該種產品從20世紀90年代初期開始進入市場，到現在近10年過去了，在國內外仍然只是有小批量使用，而且產品穩(wěn)定性較差。

發(fā)明內容
本實用新型的目的在于改進現有技術之缺點，提供一種化學氣相沉積金剛石聚晶金剛石復合型金剛石制品。
為實現上述目的，本實用新型采取以下設計方案如果將化學氣相沉積金剛石直接附著于聚晶金剛石的表面，則由于二者熱膨脹系數比較接近、其基本結構又都是金剛石，則可以從根本上解決附著力問題及冷縮量不同造成的化學氣相沉積金剛石內應力損傷問題，化學氣相沉積金剛石層的厚度也可以不再受到限制，質量也更容易保證。
本實用新型可有三種結構1、聚晶金剛石表面附著厚度在0.01mm以上(厚度不限)的化學氣相沉積金剛石層，化學氣相沉積金剛石層與聚晶金剛石層間結合緊密，構成CVDD-PCD復合體。
2、硬質合金基體上附著CVDD-PCD復合體制做成CVDD-PCD-WC(Co)三層復合體。
3.聚晶金剛石復合片(聚晶金剛石層與硬質合金層結合構成的雙層復合材料)的聚晶金剛石表面附著出厚度在0.01mm以上的化學氣相沉積金剛石層，化學氣相沉積金剛石層與聚晶金剛石層間結合緊密，聚晶金剛石與硬質合金層間結合緊密，構成CVDD-PCD三層復合體。
結構1和結構2所述的附著為在聚晶金剛石表面生長化學氣相沉積金剛石層。
本實用新型的優(yōu)點1.化學氣相沉積金剛石的生長溫度一般在600℃-1100℃，采用普通基體生長化學氣相沉積金剛石，在生長結束后降溫時由于二者熱膨脹系數相差較多，容易導致化學氣相沉積金剛石內部大量的應力損傷。而采用聚晶金剛石作為基體生長化學氣相沉積金剛石，則因冷熱變形所造成的內部應力損傷基本可忽略不計，因此更容易保證化學氣相沉積金剛石的質量；2.做成CVDD-PCD-WC(Co)三層復合體，則由于聚晶金剛石層比化學氣相沉積金剛石具有更好的抗沖擊性，其熱膨脹系數也界于化學氣相沉積金剛石和硬質合金之間，故可以起到很好的過渡及緩沖作用，從而克服化學氣相沉積金剛石的抗沖擊性差的弱點，更好地發(fā)揮化學氣相沉積金剛石的優(yōu)越特性。
3.CVDD-PCD復合材料比單純的化學氣相沉積金剛石具有更好的可加工性。由于作為化學氣相沉積金剛石基底或過渡層的聚晶金剛石層的耐磨性遠遠低于化學氣相沉積金剛石層，因此可在聚晶金剛石面進行厚度控制等加工，從而大大降低加工成本。
因此，采用CVDD-PCD復合材料，既可以充分發(fā)揮化學氣相沉積金剛石的高耐磨、高光潔度特性，又可以克服目前化學氣相沉積金剛石應用中所遇到的諸如抗沖擊性差、附著力差、可加工性差等很多不足，從而可以實現化學氣相沉積金剛石的大規(guī)模應用，如切削工具、拉絲模具、修整工具、耐磨部件、石油或地質鉆探等。
4.化學氣相沉積金剛石具有很高的熱導率，可用于傳熱散熱器件，如高功率密度集成電路的散熱基體、激光二極管列陣熱沉等。CVDD-PCD復合材料具有相同的特性，但其生長和加工成本則遠遠低于同樣厚度的純化學氣相沉積金剛石。因此，可以在一定范圍內代替純化學氣相沉積金剛石用于傳熱散熱器件。
5.CVDD-PCD復合材料亦可用于珠寶首飾的制作。


圖1為本實用新型結構示意圖圖2為本實用新型示意圖圖3為本實用新型示意圖具體實施方式
實施例1如圖1所示，本實用新型由聚晶金剛石2表面附著厚度不小于0.01mm的化學氣相沉積金剛石層1，化學氣相沉積金剛石層1與聚晶金剛石2層間結合緊密，構成CVDD-PCD復合體，所述的附著為在聚晶金剛石2表面生長化學氣相沉積金剛石層1。
實施例2如圖2所示，硬質合金基體4上附著CVDD-PCD復合體3，制做成CVDD-PCD-WC(Co)三層復合體，所述的附著為焊接。
實施例3如圖3所示，聚晶金剛石復合片5由聚晶金剛石7與硬質合金襯底組成，聚晶金剛石7的表面附著厚度不小于0.01mm的化學氣相沉積金剛石層1，化學氣相沉積金剛石層1與聚晶金剛石7層間結合緊密，聚晶金剛石與硬質合金襯底間結合緊密，構成CVDD-PCD復合片三層復合體，所述的附著為在聚晶金剛石7表面生長出化學氣相沉積金剛石層1。
權利要求1.由化學氣相沉積金剛石和聚晶金剛石組成的一種化學氣相沉積金剛石聚晶金剛石復合型金剛石制品，其特征在于聚晶金剛石表面附著化學氣相沉積金剛石層。
2.根據權利要求1所述的一種化學氣相沉積金剛石聚晶金剛石復合型金剛石制品，其特征在于硬質合金基體上附著所述的聚晶金剛石表面附著化學氣相沉積金剛石層。
3.根據權利要求1所述的一種化學氣相沉積金剛石聚晶金剛石復合型金剛石制品，其特征在于所述的聚晶金剛石有硬質合金襯底。
4.根據權利要求1或2所述的一種化學氣相沉積金剛石聚晶金剛石復合型金剛石制品，其特征在于所述的化學氣相沉積金剛石層厚度不小于0.01mm。
5.根據權利要求3所述的一種化學氣相沉積金剛石聚晶金剛石復合型金剛石制品，其特征在于所述的化學氣相沉積金剛石層厚度不小于0.01mm。
6.根據權利要求1所述的一種化學氣相沉積金剛石聚晶金剛石復合型金剛石制品，其特征在于所述的附著為生長。
7.根據權利要求2所述的一種化學氣相沉積金剛石聚晶金剛石復合型金剛石制品，其特征在于所述的硬質合金基體上附著為焊接。
專利摘要本實用新型公開了一種化學氣相沉積金剛石聚晶金剛石復合型金剛石制品。本實用新型可有三種結構1.聚晶金剛石表面附著出厚度在0.01mm以上(厚度不限)的CVD金剛石層，構成CVDD－PCD復合體。2.CVDD－PCD復合體焊接于硬質合金基體上制做成CVDD－PCD－WC(Co)三層復合體。3.聚晶金剛石復合片的聚晶金剛石表面附著出厚度在0.01mm以上的化學氣相沉積金剛石層，構成CVDD－PCD復合片三層復合體。化學氣相沉積金剛石直接涂層于聚晶金剛石的表面，則由于二者熱膨脹系數比較接近、其基本結構又都是金剛石，則可以從根本上解決附著力問題，化學氣相沉積金剛石層的厚度也可以不再受到限制。
文檔編號C23C16/27GK2579910SQ0228931
公開日2003年10月15日 申請日期2002年11月27日 優(yōu)先權日2002年11月27日
發(fā)明者陳繼峰 申請人:陳繼峰