CN103397314A

CN103397314A - 一种金刚石涂层刀具的制备方法及该方法所得金刚石涂层刀具在印刷线路板制备中的应用

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Publication number: CN103397314A
Application number: CN2013103558195A
Authority: CN
Inventors: 王涛
Original assignee: Individual
Current assignee: Conprofe Technology Group Co Ltd; Smartguy Intelligent Equipment Co Ltd Guangzhou Branch
Priority date: 2013-08-15
Filing date: 2013-08-15
Publication date: 2013-11-20
Anticipated expiration: 2033-08-15
Also published as: CN103397314B

Abstract

本发明涉及一种金刚石涂层刀具的制备方法及该方法所得刀具在印刷线路板中的应用，金刚石涂层刀具包括依次设置的材质为碳化钨钴硬质合金的刀具本体、中间过渡层和金刚石涂层，所述制备方法包括依次进行的刀具预处理工序、形成中间过渡层的工序和形成金刚石涂层的工序，特别是，形成中间过渡层的工序包括通过溶胶凝胶法刀具本体上形成致密的厚度为 0.5~5 微米的二氧化硅膜的步骤和对二氧化硅膜进行还原获得硅 / 碳化硅过渡层的步骤。本发明方法可以较低的成本制备出使用寿命长的金刚石涂层工具，对于实现金刚石涂层工具的规模化生产和应用具有重要的经济意义和社会价值。

Description

一种金刚石涂层刀具的制备方法及该方法所得金刚石涂层刀具在印刷线路板制备中的应用

技术领域

本发明涉及一种金刚石涂层刀具的制备方法及由该方法制备的金刚石涂层刀具在印刷线路板制备中的应用。

背景技术

金刚石有许多优异的性能，如最高的硬度，最好的耐磨性等。这使得金刚石在很多方面具有广泛的用途。但是金刚石的脆性和稀缺性限制了其在多方面的应用。人们采取了多种方法制造人工金刚石。如高温高压金刚石粉末，聚晶金刚石工艺，电沉积金刚石工艺，烧结金刚石工艺等。这些工艺和方法一定程度上拓展了金刚石的使用领域。随科技的发展，又出现了化学气相沉积金刚石工艺。该工艺在复杂形状材料表面，自支撑金刚石工具方面，金刚石工具的使用效率有了极大的提高和使用成本方面有了极大的降低。当前比较成功的有两方面，金刚石厚膜刀具和金刚石薄膜刀具。其中，金刚石厚膜刀具存在耐冲击性差，刀具形状简单、焊接工艺复杂，使用成本高等问题。金刚石薄膜刀具在这些方面有了极大的改善，但是因为金刚石热膨胀系数低，与其他材料的匹配性较差，仅能在硬质合金等少数材料上有效成膜使用。因为金刚石不能加工铁系元素，所以金刚石刀具使用范围较窄。但金刚石刀具在某些特殊行业，又是必不可少的。如陶瓷材料的加工、高硅铝合金的加工、石墨材料的加工、高精密透镜的加工等。国内与国际上很多公司和研发机构都投入了大量的财力、物力、人力研究金刚石刀具。当前国内还未有商业化金刚石薄膜刀具出售。国际上，德国、日本、英国、美国等国家都有相应的产品出售，但由于技术垄断性，相应的金刚石薄膜钻头价格比较昂贵，每根钻头便宜数百元，贵则数千元。极大的限制了国内高品质，高精度特种材料的加工。

当前国内印刷线路板的产量及产值已经居于世界首位。每年有数亿平米的产能，数百亿美元的产值。钻孔成本占总成本的5%～10%，每年印刷线路板制备用刀具的市场规模有几十亿之多。印刷线路板行业用的微刀具均为硬质合金刀具，所钻切的材料为玻纤树脂复合材料，玻纤的硬度及耐磨性仅次于碳化钨硬质合金。所以印刷线路板的刀具使用寿命很短，单次单钻的寿命仅为两千孔，多次研磨后总寿命也不超过1万孔。这造成了两方面的影响，首先为孔壁光洁性不好，有大量玻纤未切断，造成后续电镀工艺中孔破等不良情况。其次影响工时效率，需要大量的人力物力研磨刀具及更换刀具。据相关资料统计，普通硬质合金成型铣刀，工作寿命仅为30m，并且有毛边等不良情况产生。据市场调研数据显示，现在市场上已经有多种涂层刀具出现，如碳化钛、类金刚石涂层刀具等，但效率提高不大，仅能提高20%～50%，成本等方面则更无优势可言。

国内多篇专利有关于硬质合金刀具上金刚石涂层刀具的报道，但总体上看都不完善，仅仅就部分技术问题进行研发，而不能达到实用化的效果。如南京航空航天大学，左敦稳等人写的《硬质合金表面沉积CVD金刚石膜的梯度预处理工艺》专利CN200810019557.4，仅给出了硬质合金刀具的预处理方法，并未给出相应的具体实用性测试结果。大连理工大学，项礼等人写的《一种在硬质合金上为金刚石涂层制备金刚石-碳化硅-硅化钴复合中间层的方法》专利CN201010205732.6中，比上个专利有所改进，写出了具体的过渡层制备工艺，并详细介绍了金刚石的制备工艺，但同样没给出具体实用性测试效果。北京科技大学，唐伟忠等人写的《一种在硬质合金工具上制备金刚石涂层的方法》CN200410101846.0中，给出了硬质合金工具表面制备硅过渡层及硅参杂金刚石的方法，没给出金刚石相应的实用性数据。上海交通大学，沈彬等人写的《复杂形状CVD金刚石/类金刚石复合涂层刀具制备方法》CN201210124337.4中，给出了具体的硬质合金工具表面制备金刚石/类金刚石刀具方法，并进一步给出了实际的使用效果。实用性的刀具有石墨铣刀、线路板成型刀具、碳纤维铣刀，但整体改进不大，寿命仅提高10倍以下，没有充分体现出金刚石高硬度及高耐磨性的特点。另外关于批量性合格率，产能等方面的工业化数据也未提及。

综上所述，虽然目前国内对于金刚石镀膜刀具的制备已有较多的报道，但均停留在实验室层面，局部技术改进或改善，存在制备成本高、品质稳定性差等不足，提供一种低成本制备出使用寿命长的金刚石涂层刀具对于实现金刚石涂层刀具的规模化生产和应用具有重要的经济意义和社会价值。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供可以较低成本制备出使用寿命长的金刚石涂层刀具的方法。

本发明还涉及所制备的金刚石涂层刀具在印刷线路板制备中的应用。

为解决以上技术问题，本发明采取的一种技术方案是：

一种金刚石涂层刀具的制备方法，金刚石涂层刀具包括依次设置的材质为碳化钨钴硬质合金的刀具本体、中间过渡层和金刚石涂层，所述制备方法包括依次进行的刀具预处理工序、形成中间过渡层的工序和形成金刚石涂层的工序，特别是，所述形成中间过渡层的工序包括通过溶胶凝胶法刀具本体上形成致密的厚度为0.5～5微米的二氧化硅膜的步骤和对二氧化硅膜进行还原获得硅/碳化硅过渡层的步骤。

进一步地，所述的形成致密的二氧化硅膜的步骤实施如下：将水解前驱物、醇类溶剂和水，以及酸在室温下混合，放置100～200min形成溶胶液，采用浸渍的方法，在刀具本体的部分或全部表面上形成溶胶膜，将溶胶膜控制在湿度80%～100%，温度室温～100℃下进行老化，得到所述二氧化硅膜，所述的水解前驱物为硅酸酯类化合物，所述酸为选自盐酸、氢溴酸、氢碘酸、硝酸及硫酸中的一种或多种，酸以使溶胶液的pH为2～5的量被使用。

根据一个具体且优选方面：所述的水解前驱物为正硅酸乙酯或偏硅酸乙酯，所述醇类溶剂为乙醇，水解前驱物与醇类溶剂的体积比为1:2～4。

根据又一具体和优选方面：对所述二氧化硅膜进行还原的方法是：对二氧化硅膜进行真空碳氢等离子体处理，其中：控制气压0.2～10kpa，碳氢体积比例为0.1～5:100，处理时间5～30min。进一步地，真空碳氢等离子体处理的能量源可以采用热丝、火焰、微波、电弧、电炬、微波炬等多种中的任一种。

进一步优选地，所述的形成中间过渡层的工序还包括通过真空法在硅/碳化硅过渡层的表面形成厚度为0.1～4微米的硅膜、铝膜、钛膜、钨膜、钽膜、铜膜、铝硅合金膜、氮化硼膜、氮化钛膜或碳化钛膜，所述真空法包括真空蒸镀法、真空溅射法、真空反应气相沉积法。

真空蒸镀法具体有电子束蒸发、离子束蒸发等。真空溅射的方法，具体有直流磁控溅射、射频磁控溅射等。真空涂层具有可选膜层种类多，膜层结构可控，致密性好，纯度高，附着力良等优点。

真空蒸镀法控制真空度小于10^-2pa条件下，对于铝、硅等材料可以采用钨舟高电流熔融蒸发的方式，对于钨、钽等难熔金属需要采用电子束或离子束的方式加热蒸发。蒸发的控制温度依据待镀材料的沸点而定。

真空磁控溅射的真空度控制在10^-2pa至0.1pa之间，通入氩气做溅射气体。控制溅射频率40～60MHz，溅射功率10～20kw，靶材距离刀具的距离为100～200mm，溅射膜的厚度为0.1～4微米。靶材为6N级高纯靶材，不同过渡层需要对应不同的高纯靶材，若要形成陶瓷膜等，需要通入对应的高纯氮气、高纯甲烷等，做反应溅射，最终形成需求的过渡层。磁控溅射工艺制备过渡层具有工艺成熟，设备成熟，致密性好等诸多优点。

真空化学气相沉积法主要用来制备氮化硼、类金刚石等系列的过渡层。激发等离子的能量源有热丝、微波、电弧、电炬、微波炬等。采用高纯氨气、高纯硼烷、高纯氢气体积比为3:0.5～1.5:30～60，控制真空度为0.1～10³pa，生长时间2～6h，即可形成0.1～4微米的氮化硼过渡层。

进一步地，所述的刀具预处理工序包括依次进行的刀具清洗步骤、刀具表面去钴步骤、刀具表面粗化步骤。

具体且优选地，刀具清洗步骤采用湿化学清洗法或等离子表面清洗法。

湿化学清洗法可实施如下：以焦磷酸钠、十六烷基磺酸钠及部分表面活性剂等水基自配溶液，在60～80℃条件下，超声震荡5～10min，然后120℃吹干，再用无水乙醇或丙酮等有机溶液进一步淋洗。

等离子表面清洗法可以是干等离子表面清洗法或离子束轰击等方法。干等离子表面清洗法可实施如下：将刀具置于真空腔室内，通入高纯氩气，控制气压10^-2-10²pa，采用40MHZ高频脉冲负偏压，偏压大小控制10～100V，处理时间20～30min。

具体且优选地，刀具表面去钴的方法为采用磷酸、氢氟酸、硫酸、盐酸、冰醋酸中的一种或几种，控制总酸含量5wt%～45wt%，室温条件下蚀刻5～30min。

具体且优选地，所述刀具表面的粗化方法是：先采用蚀刻液对刀具表面进行蚀刻，然后采用直径0.5～5微米的金刚石微粉超声震荡10～20min，其中，蚀刻液由铁氰化钾和/或铁氰化钠、氢氧化钾和/或氢氧化钠、水三个组分组成，三个组分的质量比依次为1：0.5～3：5～15，蚀刻在室温下进行，蚀刻时间为2～10min。

本发明采取的又一技术方案是：一种金刚石涂层刀具，该刀具为铣刀类刀具或钻头类刀具，其是由上述的制备方法制备得到。

本发明还特别涉及所述的金刚石涂层刀具在印刷线路板制备中的应用。

根据本发明，形成金刚石涂层的工序可以参照已有的各种工艺来来实施，没有特别限制。例如，金刚石涂层可采用真空等离子体化学气相沉积法，控制气压1～10kpa，碳氢体积比例为0.1～5:100，能量源可以采用热丝、火焰、微波、电弧、电炬、微波炬等,沉积时间为1～10h，沉积厚度为数微米到数十微米。

金刚石的制备方法与工艺很多，综合制备工艺稳定性、批量化生产规模、生产成本可控等因素。优选的金刚石涂层工艺为负偏压辅助热丝等离子化学气相沉积装置。优选的偏压源为脉冲偏压电源，峰值电压为500～1000V，优选的脉冲占空比为1%～2%，优选的碳源为无水乙醇、无水丙酮按体积比0.1～2：1组成，优选的碳氢体积比为0.1～2.5:100；优选的生长气压为5～10kpa；优选的沉积温度为900～1200℃，优选的沉积速度为1～2.5微米/min。金刚石涂层的厚度则取决于客户需求。

由于以上技术方案的实施，本发明与现有技术相比具有如下优点：

形成中间过渡层的工序是制备金刚石涂层刀具非常关键的步骤，中间过渡层的附着力以及其对于钴的屏蔽作用对于金刚石涂层刀具的使用寿命和成品率有着重大影响。本发明创新采取溶胶凝胶法在刀具本体上形成一层致密的二氧化硅膜，然后还原该二氧化硅膜形成硅/碳化硅过渡层，首先，溶胶凝胶法的成本较低、所得涂层均匀致密，可实现批量规模化生产；其次，形成的硅/碳化硅过渡层能够有效地屏蔽钴，大大提高了金刚石涂层刀具的使用寿命和成品率。

本发明方法同样适用于硬质合金表面其他应用类型的金刚石涂层工艺，如耐磨性金刚石涂层轴零件的制备，金刚石涂层拉丝模、金刚石涂层钻井工具、金刚石涂层高纯电子化学品配件、金刚石污水水处理配件、金刚石涂层特种手术刀具、金刚石涂层其他用途的车削刀具等的生产工艺，自支撑金刚石厚膜、金刚石厚膜刀具等也可期望获得理想的效果。

由本发明方法制备的金刚石涂层刀具，特别是铣刀类刀具或钻头类刀具应用于印刷线路板，可望大幅降低印刷线路板的制备成本，保证印刷线路板的质量，提高印刷线路板的生产效率。

附图说明

图1为实施例6的金刚石涂层钻头成品的显微照片。

具体实施方式

本发明与已有的金刚石涂层刀具的制备方法相比，改进主要在于：一、提供了一种新的成本低且可有效提高产品使用寿命和成品率的中间过渡层的制备方法；二、提供了一整套完整的制备工艺路线，以实现金刚石涂层刀具从实验室研究到工业化规模生产的转变。

本发明的金刚石涂层刀具以印刷线路板通用的碳化钨钴硬质合金为基体，施加过渡屏蔽钴层，最后采用真空化学气相沉积技术涂覆数微米至数十微米的金刚石涂层。

制备金刚石涂层刀具的工艺路线按照表面清洗→表面去钴→表面粗化→形成中间过渡层→形成金刚石涂层的流程进行。其中：

（1）表面清洗

表面清洗的方法可以是湿化学清洗法或等离子表面清洗法。表面清洗的目的是去除硬质合金刀具表面非碳化钨钴成分的污物，需要根据刀具的来源及表面污物的特征选择单一或组合方式来清洗。

（2）表面去钴

表面去钴要求去除刀具表面的钴，并做一定深度的钴去除，但应避免过渡蚀刻而造成碳化钨颗粒脱落。

（3）表面粗化

粗化有两种方法，化学法及机械法，在碳化钨陶瓷表面形成微划痕，增加碳化钨与过渡层之间的附着力。

（4）形成中间过渡层

中间过渡层的效果直接决定金刚石的附着力，进而影响金刚石的使用寿命。采取化学法或其与真空法相结合的技术来制备中间过渡层可以实现成本的最低化和效果的最优化。具体地，形成中间过渡层的工序包括首先通过溶胶凝胶法形成二氧化硅膜的步骤和其次将二氧化硅膜还原为硅/碳化硅保护层的步骤。

（5）形成金刚石涂层

金刚石涂层制备采用真空等离子体化学气相沉积法。综合考虑工艺稳定性、批量生产规模、生产成本可控等因素，采取负偏压辅助热丝等离子化学气相沉积装置进行。

以下结合具体的实施例，对本发明做进一步详细的说明，但本发明不限于以下实施例。

实施例1

本例提供一种金刚石涂层刀具的制备方法，其包括如下步骤：

（1）表面清洗：自配清洗液（三聚磷酸钠或十六烷基磺酸钠体系清洗液），在温度75℃下，超声震荡5min，然后120℃吹干，用无水乙醇淋洗。

（2）表面去钴：采用10wt%的硫酸水溶液，室温条件下对刀具本体进行蚀刻，蚀刻时间30min。

（3）表面粗化：采用蚀刻液（由铁氰化钾、氢氧化钾、水按质量比1：1：8组成），室温条件下对刀具本体进行蚀刻，蚀刻时间为5min；之后，将刀具置入分散有直径约3微米的金刚石微粉的无水乙醇中，超声震荡10min。

（4）形成中间过渡层：室温下，将正硅酸乙酯、10wt%盐酸、乙醇按体积比1:2.5:2混合，放置100min，形成溶胶液，采用浸渍的方法，在刀具本体表面形成溶胶膜，将溶胶膜控制在湿度约90%，室温下进行老化，老化时间180小时，得到约2微米厚的致密的二氧化硅膜；然后进行真空碳氢等离子体处理使转化成约0.4微米的Si/SiC过渡层，具体条件是：含碳0.2%（体积比）高纯氢气，气压0.8kpa，功率20kw，时间15min。

（5）形成金刚石涂层：采用负偏压辅助热丝等离子化学气相沉积装置，沉积温度1000℃、沉积速度2微米/h，沉积时间为4h，最后所得金刚石涂层的厚度为8.3微米。

实施例2

（1）表面清洗：自配清洗液（三聚磷酸钠或十六烷基磺酸钠体系清洗液），在温度80℃下，超声震荡6min，然后120℃吹干，用无水乙醇淋洗。

（2）表面去钴：采用14wt%的硫酸水溶液，室温条件下对刀具本体进行蚀刻，蚀刻时间5min。

（3）表面粗化：采用蚀刻液（由铁氰化钾、氢氧化钾、水按质量比1：1：8组成），室温条件下对刀具本体进行蚀刻，蚀刻时间为6mim；之后，将刀具置入分散有直径约3微米的金刚石微粉的无水乙醇中，超声震荡16min。

（4）形成中间过渡层：室温下，将正硅酸乙酯、5wt%硫酸、乙醇按体积比1:2:3混合，放置200min，形成溶胶液，采用浸渍的方法，在刀具表面形成溶胶膜，将溶胶膜控制在湿度约80%，温度50℃下进行老化，老化时间160小时，形成约3微米厚的致密的二氧化硅膜；然后进行真空碳氢等离子体处理使转化成约3.8微米的Si/SiC过渡层，具体条件是：含碳2%（体积比）高纯氢气，气压1.2kpa，功率20kw，时间25min。

（5）形成金刚石涂层：采用负偏压辅助热丝等离子化学气相沉积装置，沉积温度1000℃、沉积速度1.8微米/h，沉积时间为4.5h，最后所得金刚石涂层的厚度为8.1微米。

实施例3

（1）表面清洗：自配清洗液（三聚磷酸钠或十六烷基磺酸钠体系清洗液），在温度60℃下，超声震荡8min，然后120℃吹干，用丙酮淋洗。

（2）表面去钴：采用20wt%的硫酸水溶液，室温条件下对刀具本体进行蚀刻，蚀刻时间25min。

（3）表面粗化：采用蚀刻液（由铁氰化钾、氢氧化钾、水按质量比1：1：8组成），室温条件下对刀具本体进行蚀刻，蚀刻时间为5mim；之后，将刀具置入分散有直径约3微米的金刚石微粉的无水乙醇中，超声震荡15min。

（4）形成中间过渡层：室温下，将正硅酸乙酯、10wt%冰醋酸、乙醇按体积比1:3:4混合，放置150min，形成溶胶液，采用浸渍的方法，在刀具表面形成溶胶膜，将溶胶膜控制在湿度约90%，温度80℃下进行老化，老化时间90小时，形成约0.8微米厚的致密的二氧化硅膜，然后进行真空碳氢等离子体处理使转化成约1.2微米的Si/SiC过渡层，具体条件是：含碳2.3%（体积比）高纯氢气，气压0.5kpa，功率15kw，时间10min。

还原处理后，然后采用磁控溅射法在Si/SiC过渡层上形成厚度约2微米的钛膜，磁控溅射功率为45KW。

（5）形成金刚石涂层：采用负偏压辅助热丝等离子化学气相沉积装置，沉积温度1000℃、沉积速度2.3微米/h，沉积时间为2h，最后所得金刚石涂层的厚度为4.8微米，在形成金刚石涂层后，前步形成的Si/SiC过渡层、钛膜发生反应形成厚度约2.4微米的Si/TiC层。

实施例4

（1）表面清洗：自配清洗液（三聚磷酸钠或十六烷基磺酸钠体系清洗液），在温度75℃下，超声震荡10min，然后120℃吹干，用丙酮淋洗。

（2）表面去钴：采用25wt%的硝酸水溶液，室温条件下对刀具本体进行蚀刻，蚀刻时间6min。

（3）表面粗化：采用蚀刻液（由铁氰化钾、氢氧化钾、水按质量比1：1：8组成），室温条件下对刀具本体进行蚀刻，蚀刻时间为7mim；之后，将刀具置入分散有直径约3微米的金刚石微粉的无水乙醇中，超声震荡14min。

（4）形成中间过渡层：室温下，将正硅酸乙酯、10wt%磷酸、乙醇和水按体积比1:1:2.5混合，放置150min，形成溶胶液，采用浸渍的方法，在刀具表面形成溶胶膜，将溶胶膜控制在湿度约90%，温度80℃下进行老化，老化时间80小时，形成约1.2微米厚的致密的二氧化硅膜；然后进行真空碳氢等离子体处理使转化成约1.1微米的Si/SiC过渡层，具体条件是：含碳0.1%（体积比）高纯氢气，气压7kpa，功率20kw，时间25min。

还原处理后，采用磁控溅射法在Si/SiC过渡层上形成厚度约1微米的铝膜，磁控溅射功率为40KW。

（5）形成金刚石涂层：采用负偏压辅助热丝等离子化学气相沉积装置，沉积温度1000℃、沉积速度1.7微米/min，沉积时间为3h，最后所得金刚石涂层的厚度为5.2微米，在形成金刚石涂层后，前步形成的Si/SiC过渡层、铝膜反应形成厚度约3.0微米的Si/AlC层。

实施例5

（1）表面清洗：采用等离子清洗法，将刀具置于真空腔室内，通入高纯氩气，控制气压约0.1pa，采用40MHZ高频脉冲负偏压，偏压大小控制为100V，处理时间20min。

（2）表面去钴：采用28wt%的硫酸水溶液，室温条件下对刀具本体进行蚀刻，蚀刻时间8min。

（3）表面粗化：采用蚀刻液（由铁氰化钾、氢氧化钾、水按质量比1：1：8组成），室温条件下对刀具本体进行蚀刻，蚀刻时间为9mim；之后，将刀具置入分散有直径约3微米的金刚石微粉的无水乙醇中，超声震荡18min。

（4）形成中间过渡层：室温下，将正硅酸乙酯、10%硫酸冰醋酸混合酸、乙醇和水按体积比1:2.6:2.6混合，放置200min，形成溶胶液，采用浸渍的方法，在刀具表面形成溶胶膜，将溶胶膜控制在湿度约90%，温度90℃下进行老化，老化时间30小时，形成约3.9微米厚的致密的二氧化硅膜；然后进行真空碳氢等离子体处理使转化成约3.2微米的Si/SiC过渡层，具体过程是：含碳0.3%（体积比）高纯氢气，气压0.5kpa，功率40kw，时间30min。

还原处理后，采用磁控溅射法在Si/SiC过渡层上形成厚度约0.5微米的SiN膜，磁控溅射功率为15KW。

（5）形成金刚石涂层：采用负偏压辅助热丝等离子化学气相沉积装置，沉积温度1000℃、沉积速度2.5微米/h，沉积时间为4h，最后所得金刚石涂层的厚度为9.6微米，在形成金刚石涂层后，前步形成的Si/SiC过渡层氮化反应形成厚度约3.5微米的Si/SiN层。

实施例6

（1）表面清洗：采用等离子清洗法，将刀具置于真空腔室内，通入高纯氩气，控制气压约10pa，采用40MHZ高频脉冲负偏压，偏压大小控制为10V，处理时间25min。

（2）表面去钴：采用30wt%的硫酸水溶液，室温条件下对刀具本体进行蚀刻，蚀刻时间5min。

（3）表面粗化：采用蚀刻液（由铁氰化钾、氢氧化钾、水按质量比1：1：8组成），室温条件下对刀具本体进行蚀刻，蚀刻时间为10mim；之后，将刀具置入分散有直径约3微米的金刚石微粉的无水乙醇中，超声震荡12min。

（4）形成中间过渡层：室温下，将正硅酸乙酯、10wt%盐酸冰醋酸混合液、乙醇和水按体积比1:2.6:3.2混合，放置200min，形成溶胶液，采用浸渍的方法，在刀具表面形成溶胶膜，将溶胶膜控制在湿度约90%，温度90℃下进行老化，老化时间25小时，形成约4微米厚的致密的二氧化硅膜；然后进行真空碳氢等离子体处理使转化成约3.1微米的Si/SiC过渡层，具体条件是：含碳0.1%（体积比）高纯氢气，气压0.4kpa，功率40kw，时间30min。

还原处理后，通入含硼烷10%（体积比）的氨气，化学气相反应在Si/SiC上形成厚度约0.6微米的氮化硼膜，微波功率为10KW。

（5）形成金刚石涂层：采用负偏压辅助热丝等离子化学气相沉积装置，沉积温度1100℃、沉积速度1.9微米/h，沉积时间为4h，最后所得金刚石涂层的厚度为7.7微米，在形成金刚石涂层后，前步形成的Si/SiC过渡层、氮化硼膜化学气相沉积反应形成厚度约3.7微米的Si/B/N层。参见图1，其显示了金刚石涂层钻头成品的显微照片。

对比例1

（1）表面清洗：采用等离子清洗法，将刀具置于真空腔室内，通入高纯氩气，控制气压约75pa，采用40MHZ高频脉冲负偏压，偏压大小控制为55V，处理时间30min。

（2）表面去钴：采用16wt%的硫酸水溶液，室温条件下对刀具本体进行蚀刻，蚀刻时间6min。

（3）表面粗化：采用蚀刻液（由铁氰化钾、氢氧化钾、水按质量比1：1：8组成），室温条件下对刀具本体进行蚀刻，蚀刻时间为2mim；之后，将刀具置入分散有直径约3微米的金刚石微粉的无水乙醇中，超声震荡20min。

（4）形成中间过渡层：依次采用磁控溅射法在刀具沉积铝、硅膜。磁控溅射功率为50kw，刀具距离靶材位置为15cm，溅射气体为高纯氩气，真空度为0.025pa，涂层厚度0.6微米；

（5）形成金刚石涂层：采用负偏压辅助热丝等离子化学气相沉积装置，沉积温度950℃、沉积速度1.5微米/h，沉积时间为2h，最后所得金刚石涂层的厚度为3微米，在形成金刚石涂层后，过渡层厚度为0.6微米的Al/SiC层。

金刚石涂层刀具的性能测试

按照实施例1～6以及对比例1的方法分别制作金刚石涂层钻头和金刚石涂层成型铣刀，并分别将它们应用于印刷线路板的钻孔和切割，使用情况分别参见表1和表2。

表1 钻头性能测试数据

表2 成型铣刀测试数据

参见表1和2，按照本发明方法制备的铣刀类刀具或钻头类刀具的使用寿命显著延长，成品率显著提高，将它们应用于印刷线路板，可望大幅降低印刷线路板的制备成本，保证印刷线路板的质量，提高印刷线路板的生产效率。此外，通过比较实施例和对比例可知，采用本发明方法制备的中间过渡层的性能和效果与采用磁控溅射法制备的中间过渡层相当，而本发明制备中间过渡层的方法显然在设备投入和成本上具有显著的优势。

以上对本发明做了详尽的描述，其目的在于让熟悉此领域技术的人士能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明的精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims

1.一种金刚石涂层刀具的制备方法，所述金刚石涂层刀具包括依次设置的材质为碳化钨钴硬质合金的刀具本体、中间过渡层和金刚石涂层，所述的制备方法包括依次进行的刀具预处理工序、形成所述中间过渡层的工序和形成所述金刚石涂层的工序，其特征在于，所述形成中间过渡层的工序包括通过溶胶凝胶法在所述刀具本体上形成致密的厚度为0.5～5微米的二氧化硅膜的步骤和对所述二氧化硅膜进行还原获得硅/碳化硅过渡层的步骤。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述的形成致密的二氧化硅膜的步骤实施如下：将水解前驱物、醇类溶剂和水，以及酸在室温下混合，放置100～200min形成溶胶液，采用浸渍的方法，在刀具本体的部分或全部表面上形成溶胶膜，将溶胶膜控制在湿度80%～100%，温度室温～100℃下进行老化，得到所述二氧化硅膜，所述的水解前驱物为硅酸酯类化合物，所述酸为选自盐酸、氢溴酸、氢碘酸、硝酸及硫酸中的一种或多种，酸以使溶胶液的pH为2～5的量被使用。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述的水解前驱物为正硅酸乙酯或偏硅酸乙酯，所述醇类溶剂为乙醇，所述的水解前驱物与所述醇类溶剂的体积比为1:2～4。

4.根据权利1所述的制备方法，其特征在于：对所述二氧化硅膜进行还原的方法是：对所述二氧化硅膜进行真空碳氢等离子体处理，其中：控制气压0.2～10kpa，碳氢体积比例为0.1～5:100，处理时间5～30min。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述的形成中间过渡层的工序还包括通过真空法在所述硅/碳化硅过渡层的表面形成厚度为0.1～4微米的硅膜、铝膜、钛膜、钨膜、钽膜、铜膜、铝硅合金膜、氮化硼膜、氮化钛膜或碳化钛膜，所述真空法包括真空蒸镀法、真空溅射法、真空反应气相沉积法。

6.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于：所述的刀具预处理工序包括依次进行的刀具清洗步骤、刀具表面去钴步骤、刀具表面粗化步骤,所述的刀具清洗步骤采用湿化学清洗法或等离子表面清洗法。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：所述刀具表面去钴的方法为采用磷酸、氢氟酸、硫酸、盐酸、冰醋酸中的一种或几种，控制总酸含量5wt%～45wt%，室温条件下蚀刻5～30min。

8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：所述刀具表面的粗化方法是：先采用蚀刻液对刀具表面进行蚀刻，然后采用直径0.5～5微米的金刚石微粉超声震荡10～20min，其中，所述蚀刻液由铁氰化钾和/或铁氰化钠、氢氧化钾和/或氢氧化钠、水三个组分组成，所述三个组分的质量比依次为1：0.5～3：5～15，所述蚀刻在室温下进行，蚀刻时间为2～10min。

9.一种金刚石涂层刀具，该刀具为铣刀类刀具或钻头类刀具，其特征在于：所述刀具由权利要求1至8中任一项权利要求所述的制备方法制备得到。

10.权利要求9所述的金刚石涂层刀具在印刷线路板制备中的应用。