CN102257176A - 金刚石涂层工具 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种金刚石涂层工具(10)，在该金刚石涂层工具(10)中基体材料(1)与金刚石层(3)之间的分界处不容易出现剥离。金刚石涂层工具(10)包括：基体(1)；以及金刚石层(3)，其涂敷在所述基体(1)的表面上，其特征在于：基体(1)的表面的算术平均粗糙度(Ra)为0.1μm-10μm(包括端点)而且粗糙度轮廓单元的平均长度(RSm)为1μm-100μm(包括端点)，并且金刚石层(3)具有从与所述基体(1)邻接的部分沿晶体生长方向延伸的多个腔(2)。

Description

金刚石涂层工具

技术领域

本发明涉及金刚石涂层工具，更具体地说，涉及基体材料具有以金刚石层涂敷的表面的金刚石涂层工具。

背景技术

长期以来，已经开发了具有如下结构的金刚石涂层工具：将例如硬质合金等材料用作基体材料，并且该基体材料的表面涂敷有多晶金刚石层。

金刚石涂层工具的基体材料具有以金刚石层涂敷的表面，该金刚石涂层工具由于具有刚性表面，因此能够处理难于切削的材料，例如被认为难于用工具处理的纤维增强塑料(FRP)等。

在将金刚石涂层工具应用到上述难于切削的材料时，工具的使用寿命的决定因素之一是基体材料与金刚石层之间的附着力。也就是说，金刚石涂层工具具有如下的问题：在切削过程中容易在基体材料与金刚石层之间的分界处随机地发生剥离，这导致在发生剥离之后切削工具所处理的切削材料的等级降低并导致切削工具的使用寿命不稳定。

通常会努力增大基体材料与金刚石层之间的附着力。例如，日本已公开专利No.04-263075(在下文中称为“专利文献1”)提出如下的金刚石涂层工具：使用表面上形成有细微凹凸部的基体材料，并且在基体材料上形成有金刚石层。

如专利文献1所示，通过在表面具有凹凸部的基体材料上形成金刚石层，使基体材料与金刚石层之间产生锚定效应(anchor effect)。这种锚定效应能够增大基体材料与金刚石层之间的附着力。这种金刚石涂层工具阻止基体材料与金刚石层之间在切削初期阶段发生剥离。

然而，当切削处理持续较长时间时，专利文献1的金刚石涂层工具在基体材料与金刚石层之间的分界处会发生高频率的剥离，基体材料与金刚石层之间的剥离问题没有得到完全解决。此外，日本已公开专利No.2002-079406(在下文中称为“专利文献2”)与专利文献1一样也公开了在基体材料的表面上形成凹凸部的技术。然而，该技术在延长金刚石涂层工具的使用寿命方面没有显示出任何值得注意的改进。

同时，基体材料与金刚石层之间的剥离被认为是由基体材料的热膨胀系数与金刚石层的热膨胀系数之间的差异所引起的。也就是说，假定当金刚石涂层工具由于切削过程中的热量而达到高温时，会在金刚石层与基体材料的分界处附近的金刚石层上施加压缩或拉伸残余应力，从而导致基体材料与金刚石层之间发生剥离。

由于这个原因，日本已公开专利No.11-058106(在下文中称为“专利文献3”)采用了如下的方法：缓和金刚石涂层工具达到高温时在金刚石层中产生的残余应力，以实现增大金刚石层与基体材料之间附着力。具体地说，通过控制基体材料的热膨胀系数和材料、金刚石层的厚度等，来增大金刚石层与基体材料之间的附着力。

<专利文献>

专利文献1：日本已公开专利No.04-263075

专利文献2：日本已公开专利No.2002-079406

专利文献3：日本已公开专利No.11-058106

发明内容

<本发明要解决的问题>

通过专利文献3中公开的技术，使基体材料与金刚石层之间的附着力趋向于增大。然而，专利文献3的技术极大地限制了基体材料的材料、金刚石层的厚度等。这经常导致设计不顾及制造成本，从而该技术难以获得实际应用。

近年来，被切削材料呈现出日益变得难于切削的趋势，并且处理切削工具的技术也得到迅速的发展。因此，对金刚石涂层工具的质量要求也日益提高。

关于金刚石涂层工具，如上所述，已经提出了许多用于增强基体材料与金刚石层之间的附着力的技术。然而，仍然不能说附着力是足够的，并且希望进一步增强附着力。

鉴于上述情形而做出本发明，并且本发明旨在提供这样的一种金刚石涂层工具：该金刚石涂层工具不但在切削初期，而且在切削处理持续较长时间时都能阻止基体材料与金刚石层之间的分界处发生剥离。

<解决问题的手段>

本发明的金刚石涂层工具包括：基体材料；以及金刚石层，其涂敷在所述基体材料的表面上，其特征在于，所述基体材料的表面的算术平均粗糙度Ra不小于0.1μm且不大于10μm而且粗糙度轮廓单元的平均长度RSm不小于1μm且不大于100μm，并且所述金刚石层具有从与所述基体材料邻接的部分沿晶体生长方向延伸的多个腔。

优选地，所述算术平均粗糙度Ra不小于0.4μm且不大于4μm，并且所述粗糙度轮廓单元的平均长度RSm不小于2μm且不大于20μm。

优选地，在包括所述基体材料和所述金刚石层在内的平面内截取所述金刚石涂层工具所得的任意一个截面中，所述腔的数目相对于所述基体材料的长度为：不小于1×10³/cm且不大于1×10⁶/cm。

优选地，所述腔相对于所述晶体生长方向的宽度不小于5nm且不大于200nm，并且所述腔在所述晶体生长方向上的长度不小于10nm且不大于1μm。优选地，所述金刚石层由多晶金刚石制成。优选地，所述金刚石层利用化学气相沉积处理来形成。

上述本发明金刚石涂层工具能够适用于切削难于切削的材料。

<本发明的技术效果>

利用上述构造，即使用本发明的所述金刚石涂层工具连续地执行切削，也能增大阻止基体材料与金刚石层之间剥离的抵抗力并且能改善工具的使用寿命。

附图说明

图1为本发明的金刚石涂层工具在基体材料与金刚石层之间的分界处附近的示意性截面图。

图2示出用于本发明金刚石涂层工具的基体材料在示出算术平均粗糙度Ra的情况下的截面曲线图。

图3示出用于本发明金刚石涂层工具的基体材料在示出轮廓曲线单元Xs的长度的情况下的截面曲线图。

图4为在透射电子显微镜观察中拍摄到的本发明的金刚石涂层工具的截面的拍摄图像。

具体实施方式

下面将更详细地描述本发明。

<金刚石涂层工具>

图1为本发明金刚石涂层工具在基体材料与金刚石层之间的分界处附近的示意性截面图。如图1所示，本发明的金刚石涂层工具10包括基体材料1和形成在基体材料1上的金刚石层3。具有这种构造的本发明金刚石涂层工具10可以很好地用作，例如，钻头、端铣刀、用于铣削或车床车削的刀刃可替换式切削刀片、金工锯、齿轮刀具、铰刀、丝锥或者用于对曲轴进行销铣削的刀片、用于切割玻璃基板的切割件、光纤切割器。

从上文能看出，本发明的金刚石涂层工具能够用于多种应用，并且特别地，该金刚石涂层工具可适用于对难以用常规切削工具进行处理的难于切削的材料进行处理。也就是说，由于与常规切削工具的表面相比本发明的金刚石涂层工具的表面具有增强的硬度，所以该金刚石涂层工具能够极其有效地用于处理难于切削的材料。

<基体材料>

任何常规上已知的基体材料(已知为用于进行这种切削处理的基体材料)都能用作本发明的金刚石涂层工具10的基体材料1，而不受任何特殊限制。这种基体材料的实例可以包括：硬质合金(例如，WC基硬质合金，包括除WC以外还含有Co并可能还具有例如Ti、Ta或Nb的碳氮化物等添加剂的那些WC基硬质合金)、金属陶瓷(主要由TiC、TiN、TiCN等构成的那些金属陶瓷)、高速钢、工具钢、陶瓷(例如，碳化钛、碳化硅、氮化硅、氮化铝、氧化铝及其混合物)、立方氮化硼烧结体、金刚石烧结体等。

当将硬质合金用作基体材料时，即使这种硬质合金的结构包括游离碳以及被称为η相的异常相，仍能显示出本发明的效果。

应该注意的是，本发明中所使用的基体材料1也可以具有改进的表面。例如，在硬质合金的情况下，可以在硬质合金的表面上形成脱β层(β-free layer)，在金属陶瓷的情况下，可以形成表面硬化层。即使采用这种改进的表面，仍能显示出本发明的效果。

本发明的特征在于，使用表面成形有凹凸部的基体材料1。这种凹凸部形状具有凹凸部在高度方向上的幅度的平均值以及凹凸部在横向上的幅度的平均值，上述平均值均被定义为预定值。具体地说，凹凸部在高度方向上的幅度的平均值定义为算术平均粗糙度Ra，要求Ra不小于0.1μm且不大于10μm。此外，凹凸部在横向上的幅度的平均值定义为粗糙度轮廓单元的平均长度RSm，要求RSm不小于1μm且不大于100μm。

这里，以下面所描述的图2为例，算术平均粗糙度Ra是指粗糙度轮廓(y＝Z(x))关于基准线(y＝0)的y轴变量的平均值。另一方面，以下面所描述的图3为例，指定粗糙度轮廓y＝Z(x)从正值变为负值的点为基准点，粗糙度轮廓单元的平均长度RSm是指从一个基准点到另一个相邻基准点的长度的平均值。应该注意的是，稍后将结合图2和图3详细描述Ra和RSm。

使得基体材料的表面粗糙度Ra和RSm落入预定数值范围内从而便于在形成金刚石层(稍后描述)时，使金刚石的早期生长核锚定到基体材料中，从而增大基体材料与金刚石层之间的附着力。

此外，如图1所示，能够通过利用化学气相沉积(CVD)处理将金刚石层涂敷到如上所述的具有特定凹凸状态的基体材料上，在金刚石层3中形成有从与所述基体材料1邻接的部分沿晶体生长方向延伸的多个腔2。于是，这些腔2显示出如下作用：缓和由于基体材料1与金刚石层3的热膨胀系数之间的差异而在金刚石层3中产生的残余应力。

腔2对残余应力所施加的缓和效应与上述锚定效应相结合，能够显著地增加基体材料1与金刚石层3之间的附着力。上述各效果的增效效应(synergistic effect)为本发明提供即使连续执行切削操作，也能阻止在基体材料与金刚石层之间的分界处发生剥离现象的效果。应该注意的是，稍后将描述腔2的细节。

这里，优选地，上述Ra不小于0.4μm且不大于4μm，并且RSm不小于2μm且不大于20μm。更优选地，Ra不小于1.3μm且不大于2.6μm，并且RSm不小于3μm且不大于6μm。通过使基体材料具有这样的表面粗糙度，除了能实现上述增大基体材料与金刚石层之间的附着力的效果之外，还能够获得在沉积金刚石层之后工具的光滑表面。此外，能够增大金刚石层在基体材料上的附着力，因此，能够同时实现使被切削的材料的处理等级得到改善并使工具的使用寿命延长。

用于形成上述凹凸状态的方法的实例包括：化学蚀刻处理、喷砂处理、电化学蚀刻处理以及这些处理的组合等。

这里，将用具体的实例示出以上指出的各种蚀刻处理。化学蚀刻处理的实例包括：将基体材料浸入硫酸和乙酸的混合酸中，以使基体材料的部分表面溶解。优选地，用于化学蚀刻处理的混合酸的硫酸浓度不小于10质量％(质量百分比)且不大于98质量％而且乙酸浓度不小于10质量％且不大于70质量％。此外，优选地，基体材料浸入混合酸中的持续时间不少于30秒且不多于60分钟。

喷砂处理的实例包括：喷射氧化铝颗粒和碳化硅颗粒的处理。优选地，用于喷砂处理的颗粒的平均粒度(颗粒直径)不小于5μm且不大于80μm。优选地，颗粒在基体材料上的喷注压强不小于0.1MPa且不大于0.4MPa。电化学蚀刻处理的实例包括以电化学的方式电解包含在基体材料的组分中的Co。

<算术平均粗糙度>

在本发明中，所谓的算术平均粗糙度Ra是指示在基体材料的表面上形成的凹凸部在高度方向上的长度的参数。较大的Ra值表示凹凸部更加参差不齐。下面将利用图2来描述通过计算来确定算术平均粗糙度Ra的方法。图2示出用于本发明的基体材料的示例性截面曲线图。如图2所示，基体材料在基准长度L上的粗糙度轮廓的函数表达为y＝Z(x)。这里，粗糙度轮廓(y＝Z(x))的基准线(y＝0所示的线)定义为对于由基准线与粗糙度轮廓所封闭的部分的面积，位于基准线下方的部分的面积总和等于位于基准线上方的部分的面积总和。也就是说，在图2中，将位于基准线下方的粗糙度轮廓向上折叠到基准线的上方，虚线表示被折叠部分的轮廓。基准线(y＝0)定义为使粗糙度轮廓的由虚线所封闭的斜纹阴影部分的面积总和等于粗糙度轮廓的由实线所封闭的斜纹阴影部分的面积总和。在数学上，基准线定义为满足下面的表达式(1)。

${\&Integral;}_0^{L}Z\left(x\right)\mathrm{dx}=0\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\left(1\right)$

在本发明中，算术平均粗糙度Ra通过参考以如上方式定义的基准线计算粗糙度轮廓的绝对值关于基准长度L的积分(即，在0＜x＜L的范围内对函数y＝Z(x)进行积分)并且将所得到的值除以L来确定。也就是说，通过计算下面的表达式(2)来确定算术平均粗糙度Ra。

$\mathrm{Ra}=\frac{1}{L}{\&Integral;}_0^L\left|Z\left(x\right)\right|\mathrm{dx}\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\left(2\right)$

利用图2来概念性地描述算术平均粗糙度Ra，算术平均粗糙度Ra对应于通过相对于基准长度L对粗糙度轮廓的由虚线所封闭的斜纹阴影部分的面积总和以及由实线所封闭的斜纹阴影部分的面积总和求平均而得出的高度。

<粗糙度轮廓单元的平均长度>

在本发明中，粗糙度轮廓单元的平均长度RSm是如下的参数，其表示形成在基体材料的表面上的凹凸状态的横向长度(节距(pitch))。RSm值越大表示凹凸部的节距越少。在本发明中，粗糙度轮廓单元的平均长度RSm使用了在JIS B0601：2001中所说明的方法。下面，基于图3描述通过计算来确定粗糙度轮廓单元的平均长度RSm的方法。图3示出用于本发明的基体材料的截面曲线图。在图3中，当粗糙度轮廓(y＝Z(x))由正值变为负值的点(在下文中称为“基准点”)到另一个相邻基准点的长度被定义为轮廓曲线单元的长度Xs时，在基准长度L的范围内，能够得到m个轮廓曲线单元的长度(图3中的Xs1，Xs2，Xs3…Xsi…Xsm)。这m个轮廓曲线单元的长度的平均值就是粗糙度轮廓单元的平均长度RSm。也就是说，通过计算下面的表达式(3)来确定粗糙度轮廓单元的平均长度RSm。

$\mathrm{RSm}=\frac{1}{m}\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\&Sigma;}}}\mathrm{Xsi}\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\left(3\right)$

应该注意的是，如从图3中清楚地看出的，这m个轮廓曲线单元的长度Xs1，Xs2，Xs3…Xsi…Xsm的总和对应于基准长度L。因此，表达式(3)中的粗糙度轮廓单元的平均长度RSm也可以简单地表达为L/m。

<测量表面粗糙度的方法>

关于表面粗糙度的上述参数(Ra和RSm)，可以在基体材料上形成金刚石层之前测量基体材料的表面，或者可以在形成金刚石层之后直接地或间接地测量基体材料的表面。然而，优选的是，在基体材料上形成金刚石层之前测量基体材料的表面粗糙度，这是由于这样做能够在不对金刚石层造成任何损坏的情况下测量基体材料的表面粗糙度。

这里，针对测量基体材料的表面粗糙度的方法，可以利用能够进行与ISO标准或JIS标准一致的参数分析的装置。在市场上可买到例如触针式测量装置和光学(激光、干涉等)测量装置，尤其是激光显微镜，由于激光显微镜具有高空间分辨率且易于执行数值分析，所以适用于测量本发明基体材料的表面粗糙度。本说明书中的Ra和RSm是通过使用激光波长为408nm、水平空间分辨率为120nm以及竖直分辨率为10nm的激光显微镜进行测量而获得的值。

此外，作为在基体材料上形成金刚石层之后测量基体材料的表面粗糙度的方法，除了使用以任何方式去除金刚石层之后再用上述方式进行测量的方法之外，还可以使用如下的方法：一起切割基体材料与金刚石层，然后，沿垂直于截面的方向，观察表面上的凹凸部并且将观察到的凹凸部量化。

即使当使用上述测量装置对基体材料的表面粗糙度(Ra和RSm)进行测量而提供在该表面内变化的测量值时，如果至少一个点处于本发明所限定的数值范围之内，则就会显示本发明的效果。这里，优选的是基体材料的表面粗糙度在基准长度L设定为不小于10μm时满足以上所指出的数值范围。

<金刚石层>

在本发明中，优选地，形成在基体材料上的金刚石层是由多晶金刚石制成的薄膜。这里，多晶金刚石是指大约10nm至几微米量级的牢固地结合在一起的金刚石微粒。更优选的是，这种金刚石层用沉积处理来形成，这增加了结晶度。此外，就在形成金刚石层时形成自基体材料沿晶体生长方向延伸的多个腔来看，需要使用CVD处理。

应该注意的是，在本发明中，术语“晶体生长方向”是指如下的矢量方向：指定基体材料的表面上的特定点为基点，沿该矢量方向获得从该基点到金刚石层的表面的最短距离。

作为适用于形成金刚石层的CVD处理，可以使用任何常规上已知的CVD处理，而不受特殊的限制。这种CVD处理的实例可以包括：微波等离子体CVD处理、热丝CVD处理、等离子体射流CVD处理等。特别地，优选的是使用热丝CVD处理。

此外，尽管优选的是本发明的金刚石层形成为涂覆基体材料的整个表面，但也可以使基体材料具有没有被金刚石层涂敷的部分，并且金刚石层可以在基体材料上方的任何部分处具有不同的组成。此外，在本说明书中，仅描述在基体材料上形成金刚石层的情况，然而，可以在基体材料与金刚石层之间形成单独一层或多层与金刚石层不同的层。

应该注意的是，金刚石层可以包括例如硼、氮、硅等杂质原子，并且可以包括除这些元素之外的附带杂质(incidental impurity)。

<金刚石层中的腔>

本发明的金刚石涂层工具的特征在于：当在基体材料上形成金刚石层时，在金刚石层中形成自基体材料沿晶体生长方向延伸的多个腔。因为金刚石层具有多个腔，所以这些腔缓和由于基体材料与金刚石层的热膨胀系数之间的差异而在金刚石层中产生的残余应力。这样能够有效地阻止基体材料与金刚石层之间的剥离。

上述这些腔能够用扫描电子显微镜(SEM)来确认。当用SEM观察这些腔时，与基体材料一起切割包括金刚石层在内的金刚石涂层工具，并使用在市场上可买到的用于制备截面样品的装置来执行剖切以制备用于SEM观察的样品。然后，通过用SEM以放大的视野观察基体材料与金刚石层之间的分界处附近的样品，确定是否存在腔并且确定腔的形状。

应该注意的是，可以用透射电子显微镜(TEM)来观察是否存在腔以及腔的形状。当用TEM观察腔时，用聚焦离子束蚀刻装置来制造包括基体材料和金刚石层的薄切片，并且用TEM来观察该薄切片。

在本发明中，优选地，在截取金刚石涂层工具所得的任意一个截面中，在截面中腔的数目相对于基体材料的长度为不小于1×10³/cm且不大于1×10⁶/cm。通过在金刚石层中以这种比率设置腔，能够增大腔对上述弹性应力的缓和效应。

这里的术语“基体材料的长度”是指在截取金刚石涂层工具所得的截面中基体材料与金刚石层之间的分界处呈现的长度。

此外，优选地，腔的尺寸为：相对于晶体生长方向的宽度不小于5nm且不大于200nm，并且在晶体生长方向上的长度不小于10nm且不大于1μm。如果上述腔的宽度小于5nm或高度小于10nm，则腔的尺寸不足以获得足够的缓和效应来缓和在金刚石层中产生的残余应力。此外，如果腔的宽度大于200nm或长度大于1μm，则腔就太大，以致金刚石层趋向于从腔开始破裂。在本发明中，不一定需要所有的腔落入上述尺寸的数值范围内，而只需要在截取金刚石层和基体材料所得的截面中出现的腔包括落入上述数值范围内的一个腔或多个腔即可。

这里，术语“相对于晶体生长方向的宽度”是指在与晶体生长方向正交的方向上的长度。

此外，能够通过以上述SEM或TEM观察截取金刚石涂层工具所得的任意一个截面，来确定金刚石层中的腔的尺寸(宽度和长度)。

根据本发明的发明人的研究，发现在金刚石层中形成的腔的数目和尺寸深受基体材料的表面上的凹凸状态(即，Ra和RSm的数值)的影响。然而，这不是仅有的发现，同时发现在形成金刚石层时的气体压强和气体组成以及基体材料的表面温度等也具有影响力。因此，能够通过调节基体材料的表面上的凹凸状态并控制形成金刚石层时的各种条件，而以希望尺寸形成希望数目的腔。

例如，当使用热丝CVD装置形成金刚石层时，优选的是热丝CVD装置中的气体压强不小于1.3×10²Pa且不大于2.6×10⁴Pa。这允许以希望尺寸形成希望数目的腔。此外，关于要引入的气体的组成，例如，优选的是使用如下的混合气体等：CH₄气体相对于H₂气体的浓度不小于0.3体积％(体积百分比)且不大于20体积％。此外，优选地，在形成金刚石层时，基体材料的表面温度不低于600℃且不高于1100℃。

<实例>

下面将以实例来更详细地描述本发明，本发明不限于这些实例。

应该注意的是，尽管在下文中是通过热丝CVD处理来形成金刚石层的，但也可以通过例如微波等离子体CVD处理、等离子体射流CVD处理等常规上已知的CVD处理来形成金刚石层。

<实例1-14和比较例1-9>

在制造金刚石涂层工具的实例和比较例中，将由JIS K10硬质合金(WC-5％Co)制成并具有SNMN120412工具形状的基体材料用作金刚石涂层工具的基体材料。

然后，通过将上述基体材料的表面浸入98质量％的硫酸与60质量％的乙酸的混合酸中达20分钟，来蚀刻基体材料的表面。然后，执行如下喷砂处理：以0.3MPa的喷注压强将具有各种粒度(平均粒度在5μm至50μm之间的颗粒)的介质喷射在基体材料上。使用光学激光显微镜(产品名称：LEXT OLS3500(Olympus Corporation制造))测量用于实例和比较例的喷砂处理后基体材料的表面粗糙度参数Ra和RSm。结果如下面的表1所示。

接下来，在基体材料的表面上执行纳米尺寸金刚石粉末的引晶处理。然后，将已接受上述引晶处理的基体材料置于公知的热丝CVD装置中。在实例和比较例(除实例14和比较例5之外)中，接着将CH₄/H₂为1％的气体引入热丝CVD装置中，将其内部压强设置为4.0×10³Pa，并且通过包括安装在热丝CVD装置中的冷却机构在内的温度调节装置将基体材料的上述表面置于900℃温度下并将热丝的温度设置于2050℃。然后，通过在上述金刚石生长条件下以10小时生长，在基体材料上形成金刚石层。这样，制造出实例和比较例(除实例14和比较例5之外)的金刚石涂层工具。以这种方式制造的金刚石涂层工具的金刚石层的拉曼光谱检验表明，金刚石层的结构全部是多晶金刚石。

图4是在透射电子显微镜观察中拍摄到的截取实例1中所制成的金刚石涂层工具的任意一个平面所得的截面的拍摄图像。从图4中清楚地看出，可以理解到，通过在特定的制造条件下，在表面粗糙度参数(Ra和RSm)落入预定数值范围内的基体材料1上形成金刚石层3，来形成具有自基体材料沿晶体生长方向延伸的多个腔2的金刚石层3。

基于图4的截面的拍摄图像，通过计算来确定腔2的数目相对于基体材料1的长度的结果。其结果是：在金刚石涂层工具的截面的任意一个平面内，基体材料1的长度为3μm，并且在基体材料1的这段长度上存在三个腔2。因此，通过计算而确定腔2的数目相对于基体材料1的长度为3/3μm＝1.0×10⁴/cm。

此外，通过计算来确定在图4的截面的拍摄图像中所存在的这些腔的特定腔的尺寸。腔的尺寸为，相对于晶体生长方向的宽度为20nm，并且在晶体生长方向上的长度为500nm。

关于实例2-13以及比较例1-4和6-9的金刚石涂层工具，也以与上述实例1中的方式相同的方式通过计算来确定腔的数目和尺寸。其结果如下面的表1所示。

表1

应该注意的是，实例1-13以及比较例1-4和6-9使用了表面粗糙度彼此不同的基体材料，因此，即使以相同的方式制造金刚石层，在金刚石层中形成的腔的数目和尺寸也是彼此不同的。

同时，在实例14和比较例5中，在与上述实例的条件不同的条件下沉积金刚石层。具体地说，在实例14中，如表1所示，气体压强和气体组成与上述实例的制造条件不同，以调节在金刚石层中形成的腔的数目和尺寸。在比较例5中，在调节气体压强和气体组成的同时形成金刚石层，以便在金刚石层中不形成腔。

以这种方法制成的各实例的金刚石涂层工具是这样的金刚石涂层工具：包括基体材料和涂敷在基体材料的表面上的金刚石层，基体材料的表面的算术平均粗糙度Ra不小于0.1μm且不大于10μm，粗糙度轮廓单元的平均长度RSm不小于1μm且不大于100μm，并且金刚石层具有从基体材料沿晶体生长方向延伸的多个腔。

<金刚石涂层工具的附着力的评估>

通过使以上制成的实例1-14和比较例1-9的金刚石涂层工具经过湿式间歇切削，来分别对附着力进行评估。切削条件如下面的表2所示。将设有六个凹槽的以A1-16％Si为原材料的圆棒用作被切削材料。在400m/分钟的切削速率、0.5nm的切削深度和0.12mm/转的进给速率的条件下进行切削。为评估这些切削条件下的附着力，以规则的时间间隔停止切削，来观察刀刃的状态，并将金刚石层剥离之前的持续时间作为评估指标。

表2

作为上述附着力评估的结果，获得如下面的表3所示的实例和比较例的金刚石层剥离之前的持续时间。金刚石层剥离之前的持续时间越长，表示基体材料与金刚石层之间的附着力越高。

表3

从表3中清楚地看出，显然与比较例1-9的金刚石涂层工具相比，根据本发明的实例1-14的金刚石涂层工具的附着力增大。从而证明了金刚石涂层工具的使用寿命得到了改善。

尽管以上描述了本发明的实施例和实例，但也能从最初起预期到将上述实施例和实例的构造适当地结合起来。

应该理解的是，本文所公开的实施例和实例就各方面而言是示例性的，而不是限制性的。其意图是通过权利要求书而不是通过以上的描述来限定本发明的范围，并且本发明的范围包括就含义和范围而言与权利要求书等同的所有变型。

<附图标记说明>

1——基体材料，

2——腔，

3——金刚石层，

10——金刚石涂层工具。

Claims (6)

1.一种金刚石涂层工具(10)，包括：

基体材料(1)；以及

金刚石层(3)，其涂敷在所述基体材料(1)的表面上，

所述基体材料(1)的表面的算术平均粗糙度Ra不小于0.1μm且不大于10μm而且粗糙度轮廓单元的平均长度RSm不小于1μm且不大于100μm，并且

所述金刚石层(3)具有从与所述基体材料(1)邻接的部分沿晶体生长方向延伸的多个腔(2)。

2.根据权利要求1所述的金刚石涂层工具(10)，其中，

所述算术平均粗糙度Ra不小于0.4μm且不大于4μm，并且

所述粗糙度轮廓单元的平均长度RSm不小于2μm且不大于20μm。

3.根据权利要求1所述的金刚石涂层工具(10)，其中，

在包括所述基体材料(1)和所述金刚石层(3)在内的平面内截取所述金刚石涂层工具(10)所得的任意一个截面中，所述腔(2)的数目相对于所述基体材料(1)的长度为：不小于1×10³/cm且不大于1×10⁶/cm。

4.根据权利要求1所述的金刚石涂层工具(10)，其中，

所述腔(2)相对于所述晶体生长方向的宽度不小于5nm且不大于200nm，并且所述腔(2)在所述晶体生长方向上的长度不小于10nm且不大于1μm。

5.根据权利要求1所述的金刚石涂层工具(10)，其中，

所述金刚石层(3)由多晶金刚石制成。

6.根据权利要求1所述的金刚石涂层工具(10)，其中，

所述金刚石层(3)利用化学气相沉积处理来形成。

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