CN1079515A - 金刚石表面离子束改性 - Google Patents

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Abstract

当今人造(或自然)金刚石不能实现物尽其用的 主要问题是由于它和金属(或合金)的浸润性差，粘结 力小，容易脱落。本发明采用气体或(和)金属离子注 入(轰击)与金属真空镀敷相结合的方法，进行静态或 动态离子束混合或束增强沉积，以达到提高金刚石与 其它物质的粘结力，提高金刚石本身的抗压强度和自 锐性，进而成倍地提高金刚石工具使用寿命的目的。
用途——金刚石工具制品。

Description

本发明所属技术领域：注入冶金学与表面镀敷。
有关离子束材料改性技术简况：本发明人从1970年起从事离子注入设备及材料改性工艺研究，80年后进行注入混合束增强沉积（辅助镀膜）试验，并一直在跟踪国内外有关离子或材料改性的最新技术工艺文献摘要。在此期间，日本等国许多外宾到东北工学院参观拍照由本人构思设计研制的国内首创的“DWY-84A型离子注入与离子束混合两用机”，同时本人对金刚石改性发生兴趣，并逐步完善了改性工艺;但迄今为止尚未从国内外公开发表的文献中见到有关金刚石表面离子束混合或离子束增强沉积（辅助蒸发镀膜）之类的报导。最近，通过Dialog系统检索WDIL世界专利索引和中国专利数据库（检索策略为IC＝C23C-014/18，＊Diamond及C23C-014/18＊金刚石），仅发现一篇日本专利JP62139865，其摘要与本专利申请内容相似。但是，日本专利是1987年申请的，仅涉及到离子混合而未能提及离子束辅助镀膜或增强沉积（Ion Beam Assisted Deposition）之类最新学术命题。所以日本专利也未能包括本发明的全部内容。
本发明的目的：为了使自然界最硬的物质-金刚石物尽其用，从根本上改善其与金属（或合金）的结合力，提高其抗压强度和自锐性，从而大大地提高金刚石工具制品的使用寿命和工作效率。
本发明的内容：本发明采用离子注入、离子束混合或离子束增强沉积（辅助镀膜）等高技术，利用机械（或电磁）扫描和搅拌得到均匀改性，再加上等离子体渗透退火，消除辐照损伤。
离子注入和离子束混合采用较高的能量（nfkev），离子束增强沉积（辅助镀膜）可以采用较低的能量（nf至几千ev），剂量约为1016ions/cm2，（动态）镀膜的沉积速率不必太高，以0.1
Figure 921038879_IMG2
/S～10
Figure 921038879_IMG3
/S为宜。
采用反冲注入或静态离子束混合时，金属膜的总厚度应＜5000 ，采用离子束辅助镀膜（增强沉积）工艺，可以适当提高镀膜的厚度（几μm）见说明书附图。
等离子体处理可以在上述工艺完成后，直接用H2、N2等气体进行辉光放电。
本发明的优越性：①离子注入呈非平衡的高斯分布，在近表面形成无明显分界面的活性层，离子束混合或离子束增强沉积，在表面界面附近形成具有中间相或碳（氮）化物的混合过渡层和表面金属化膜，使改性金刚石与金属（或合金）的结合力无以伦比，而常规技术的金刚石镀膜层都容易剥落;②改性金刚石比未改性时的抗压强度通常能提高1～3kgf，甚至更多;③由于载能离子的溅射蚀剂和抛光作用，使金刚石的自锐性得到提高，因而可以提高金刚石工具的磨削效率;④离子种类、能量、剂量和原子沉积速率等参数可控，效率高，无污染。
实现本发明的最好方式：在机械扫描和搅拌的前提下，先在金刚石表面进行低能离子束（几百至几千ev）溅射清洗预处理，然后用较能量的活性离子（如N2 +）注入，剂量约为1016ions/cm2，接着用氮离子对容易形成碳（氮）化物的金属（如Ti，Cr等）进行动态混合;再次用惰性气体离子（如Ar+）对与金刚石浸润性较好的合金（如Cu-Sn-Ti）进行离子束增强沉积;最后用氢等离子体对离子束改性金刚石进行渗透退火，消除其辐照损伤。

Claims (4)

1、一种离子束表面改性金刚石，其特征是：在近表面存在着类高斯分布且具有某种电活性的混合过渡层；最外表是准金属(合金)化膜。
2、根据权利要求1所述的改性金刚石，其特征是：混合过渡层为真空镀膜物质通过载能离子的反冲注入、碰撞级联或增强扩散等过程形成的碳化物、氮化物或氢化物等化合物与某种金属（或合金）组成的增强沉积混合物。
3、根据权利要求1所述的改性金刚石，其特征是：最外表准金属（合金）化膜是由某种惰性气体离子夯实了的致密膜。
4、根据权利要求1所述的改性金刚石，其特征是：它与其它物质的浸润性特别好，粘结力特别强;其自锐性和抗压强度都比未改性时好得多;其制品的耐用度（寿命）比相应未改性的制品将成倍地提高。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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GB2306510A (en) * 1995-11-02 1997-05-07 Univ Surrey modification of metal surfaces
CN108682608A (zh) * 2018-05-18 2018-10-19 太原理工大学 太赫兹频段真空器件用金刚石单晶输能窗片及其制备方法

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