CN111910168A - 一种cvd金刚石厚膜-陶瓷复合片钎焊刀具及其制备方法 - Google Patents

一种cvd金刚石厚膜-陶瓷复合片钎焊刀具及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种CVD金刚石厚膜‑陶瓷复合片钎焊刀具及其制备方法，步骤如下：S1、将氮化硅陶瓷基体表面喷砂粗化后超声波植晶，得到预处理过的氮化硅陶瓷基体；S2、采用微波化学气相沉积法沉积金刚石厚膜得到CVD金刚石厚膜‑陶瓷复合片；S3、将复合片上的CVD金刚石厚膜进行机械抛光；S4、将机械抛光后的复合片激光切割成所需形状；S5、将激光切割后的复合片，真空钎焊至硬质合金刀体上，然后通过刃磨制成CVD金刚石厚膜‑陶瓷复合片钎焊刀具。本方法有效简化CVD金刚石厚膜钎焊刀具的制备工序，降低成本，同时优化金刚石厚膜的晶粒尺度，抑制膜基界面的孔洞产生，陶瓷基底作为支撑可保证金刚石厚膜在抛光过程中不易断裂。

Description

一种CVD金刚石厚膜-陶瓷复合片钎焊刀具及其制备方法
技术领域
本发明涉及金刚石刀具的制备技术领域，具体地，涉及一种CVD金刚石厚膜-陶瓷复合片钎焊刀具及其制备方法，尤其是，一种利用微波化学气相沉积(Microwave PlasmaChemical Vapor Deposition，简称MPCVD)制备CVD金刚石厚膜-陶瓷复合片钎焊刀具的方法。
背景技术
随着工件材料轻型化、高强度化的发展趋势，对材料切削加工中所用的刀具提出了更加严苛的要求。目前，常用的金刚石刀具包括CVD金刚石薄膜涂层刀具和聚晶金刚石(PCD)刀具两大类。CVD金刚石薄膜涂层刀具通常使用热丝化学气相沉积(HFCVD)技术，将厚度约10μm的金刚石膜沉积在硬质合金刀具表面，由于硬质合金中的钴元素会由于生长过程中的高温而析出，造成膜基界面的金刚石石墨化，最终破坏涂层结合力差，容易在使用过程中出现涂层脱落；由于硬质合金基底与金刚石涂层热膨胀系数相差较大，生长过程很容易在膜基界面形成较大的残余应力，也会影响膜基结合强度；另外由于金刚石涂层会使得刀具刃口变钝，造成切削力增大，加速涂层的磨损，影响加工质量。PCD刀具在加工过程中展现了较金刚石涂层刀具更好的稳定性，以及更好的锋利度，但是由于PCD材料采用金刚石微粉和黏结剂烧结而成，硬度较低的黏结剂成分会在加工过程中优先磨损，最终引发金刚石颗粒的脱落，刃口逐渐钝化。
由于CVD金刚石膜为纯金刚石构成，不含任何黏结剂成分，所以采用CVD金刚石自支撑膜制作钎焊刀具曾被认为可以替代PCD刀具。但是由于沉积金刚石自支撑膜通常需要数十小时的沉积时间，而且生长出的金刚石膜表面粗糙度很大，后续抛光处理困难。自支撑膜通常使用MPCVD或直流喷射等离子体CVD技术，在单晶硅基体上沉积，生长完成后采用强酸(硝酸和氢氟酸混合溶液)容易将硅基底腐蚀掉，留下自支撑的金刚石膜。这种工艺由于硅片不可重复使用，增加了自支撑金刚石膜的制备成本，而且金刚石膜自支撑化之后通常很脆，抛光过程中很容易造成破碎，抛光难度很大、效率很低。腐蚀硅基底时产生的废气和废液很容易对环境造成污染，并且可能对工人的健康有所损害。虽然金刚石自支撑膜钎焊刀具的切削性能比薄膜涂层刀具和PCD刀具更好，但是由于制备过程复杂，成本较高，一直未得到大范围的推广应用。
经过对现有技术的检索发现，中国专利号CN204221021记载了“一种CVD金刚石厚膜刀具”，该文献公布了一种使用CVD金刚石厚膜制备的3C刀具，可用于加工铝合金手机壳边框，该实用新型主要关注于刀型的开发，并未对金刚石膜的沉积技术进行详细的优化和说明。中国专利申请号CN104561925A记载了一种“一种自支撑金刚石膜的制备方法”，该文献公布了一种无需刻蚀硅基底的自支撑金刚石膜的制备方法，通过在硅基片表面和侧面沉积10-20μm的钛涂层和2-4μm的钼涂层，在双层金属涂层上利用CVD技术沉积金刚石涂层，最后利用草酸溶液去除钛涂层，使得金刚石层与硅基底分开，实现自支撑化。虽然该方法实现了基底的重复利用，但是增加的金属层沉积步骤也造成了成本的上升，不适合用于工业应用推广。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种CVD金刚石厚膜-陶瓷复合片钎焊刀具及其制备方法。取缔传统的金刚石厚膜自支撑化过程，该方法能够有效简化CVD金刚石厚膜钎焊刀具的制备工序，降低成本，同时优化金刚石厚膜的晶粒尺度，抑制膜基界面的孔洞产生，陶瓷基底作为支撑可以保证金刚石厚膜在抛光过程中不易断裂。
本发明的目的是通过以下方案实现的：
本发明的第一方面提供一种CVD金刚石厚膜-陶瓷复合片钎焊刀具的制备方法，包括如下步骤：
S1、喷砂和植晶：将氮化硅陶瓷基体表面先通过喷砂粗化，然后进行超声波植晶，得到预处理过的氮化硅陶瓷基体；
S11、使用喷砂机对氮化硅陶瓷基片表面进行喷砂粗化，增加形核点位，降低形核势能，氮化硅陶瓷基片直径50mm，厚度1mm，无压烧结制成；喷砂选择粒径为100μm的SiC砂；喷砂压力为：0.1MPa；喷砂时间为：10s；
S12、将喷砂过的氮化硅基片浸入由粒径为5μm的金刚石微粉和分析纯甲醇配置成的悬浊液中，将装有溶液和基片的容器放入超声波槽中，进行超声植晶30min，然后用去离子水和分析纯丙酮依次各进行超声清洗10min。
S2、沉积金刚石厚膜：采用微波化学气相沉积法，在预处理过的氮化硅陶瓷基体的表面沉积金刚石厚膜得到CVD金刚石厚膜-陶瓷复合片；所述的微波化学气相沉积采用6kW，圆柱腔MPCVD设备；
S3、机械抛光：将CVD金刚石厚膜-陶瓷复合片上的CVD金刚石厚膜进行机械抛光；
S4、激光切割：将机械抛光后的CVD金刚石厚膜-陶瓷复合片激光切割成所需形状；
S5、真空钎焊和刃磨：将激光切割后的CVD金刚石厚膜-陶瓷复合片，真空钎焊至硬质合金刀体上，然后通过刃磨制成CVD金刚石厚膜-陶瓷复合片钎焊刀具。
进一步地，步骤S2中，所述金刚石厚膜的沉积参数为微波功率3-3.5kW，反应压力14-20kPa，氢气流量300-400sccm，甲烷流量40-50sccm，氮气0-1.2sccm，基体温度850-900℃，沉积速率3-5.4μm/h，沉积时间24-40h。
进一步地，步骤S2中，所述金刚石厚膜的厚度为100-150μm。
进一步地，步骤S2中，所述金刚石厚膜为微米晶粒金刚石厚膜或纳米晶粒金刚石厚膜或微米/纳米晶粒复合金刚石厚膜。
进一步地，所述微米/纳米晶粒复合金刚石厚膜中，纳米晶粒金刚石膜层作为复合金刚石厚膜的起始层，微米晶粒金刚石膜层作为结束层，纳米晶粒金刚石膜层和微米晶粒金刚石膜层交替生长。
进一步地，步骤S1中，所述喷砂采用粒径为100-180μm SiC砂，喷砂压力为0.1-0.2MPa，喷砂时间为10-20s。
进一步地，步骤S1中，所述超声波植晶的方法为：将表面喷砂粗化后的氮化硅陶瓷基体浸入金刚石微粉悬浊液中，超声波震荡植晶20-30min，然后用去离子水和丙酮依次进行超声清洗，所述金刚石微粉悬浊液由粒径为1-5μm的金刚石微粉和甲醇配制而成。
进一步地，步骤S3中，所述机械抛光的方法为：使用铸铁抛光盘，15μm金刚石微粉作为磨料，抛光后表面粗糙度低于50nm。
进一步地，步骤S5中，所述真空钎焊选用的焊料为银、铜、铟和钛组成的焊料。
本发明的第二方面提供一种CVD金刚石厚膜-陶瓷复合片钎焊刀具，采用上述所述的CVD金刚石厚膜-陶瓷复合片钎焊刀具的制备方法制备而成。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明方法制备的CVD金刚石厚膜-陶瓷复合片钎焊刀具，金刚石厚膜与基体界面不再受到加工过程中的赫兹应力影响，克服了金刚石薄膜涂层刀具中经常发生的涂层脱落问题。
2、本发明方法制备的CVD金刚石厚膜-陶瓷复合片钎焊刀具，由于刃口经过后续的休整，相比于涂层刀具具有更好的锋利性，有效减小切削力，提高加工表面光洁度。
3、本发明方法制备的CVD金刚石厚膜-陶瓷复合片钎焊刀具，在金刚石膜层制备过程中利用CVD技术进行沉积，膜层为纯金刚石结构，不含有任何黏结剂成分，相比于传统的烧结PCD材料，本发明制备的刀具克服了PCD刀具加工过程中黏结剂优先磨损的问题。
4、本发明方法制备的CVD金刚石厚膜-陶瓷复合片钎焊刀具，采用氮化硅陶瓷基底作为衬底，无需刻蚀基底，直接进行后续的抛光、切割、钎焊以及刃磨等工序，相比于传统的使用自支撑金刚石膜作为刀尖材料，本发明工序更加简单，成本更低。
5、本发明方法制备的CVD金刚石厚膜-陶瓷复合片钎焊刀具，选择氮化硅作为金刚石膜层生长的基底材料，一方面由于氮化硅材料热膨胀系数较低，适用于较高基体温度下的金刚石膜以快速的速度沉积；另一方面，氮化硅陶瓷本身具有很好的硬度和耐磨性，可以一定程度上承受切削过程中材料带来的后刀面上(刀刃下方)的磨损。
6、本发明方法制备的CVD金刚石厚膜-陶瓷复合片钎焊刀具，使用金刚石厚膜-氮化硅复合片代替传统的自支撑金刚石膜作为刀尖材料，可以有效改善厚度较小的自支撑金刚石膜在制备过程中容易出现裂纹或破碎这一难点。底部有支撑的厚膜具有更好的断裂韧性，因此可以适当地提高抛光过程中施加的载荷，有效提升抛光效率。
7、本发明方法制备的CVD金刚石厚膜-陶瓷复合片钎焊刀具，喷砂加超声波植晶的预处理方式可以促进金刚石厚膜的均匀性，防止单个晶核过度生长，抑制膜基界面的孔洞缺陷。
8、本发明方法制备的CVD金刚石厚膜-陶瓷复合片钎焊刀具，CVD膜中的晶粒之间靠共价键连接，相比于采用黏结剂来链接晶粒的PCD材料，具有更强的晶粒间结合力，耐磨性能更加优越。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为CVD金刚石厚膜-陶瓷复合片钎焊刀具的制备过程示意图；
图2a为CVD金刚石厚膜的显微表面形貌，使用扫描电镜拍摄，放大倍数2000倍；
图2b为CVD金刚石厚膜的显微截面形貌，使用扫描电镜拍摄，放大倍数1000倍；
图3为CVD金刚石厚膜-陶瓷复合片钎焊刀具的刃口形貌，使用基恩士显微镜拍摄，放大倍数200倍。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
如图1所示，本发明提供一种CVD金刚石厚膜-陶瓷复合片钎焊刀具的制备方法，包括如下步骤：
S1、喷砂和植晶：将氮化硅陶瓷基体1表面先通过喷砂粗化，增加金刚石形核点位，降低形核势能；然后进行超声波震荡植晶，将5μm金刚石微粉均匀地植入基体表面，得到预处理过的氮化硅陶瓷基体；
S2、沉积金刚石厚膜：采用微波化学气相沉积法，在预处理过的氮化硅陶瓷基体的表面沉积金刚石厚膜2得到CVD金刚石厚膜-陶瓷复合片；该步骤中，采用MPCVD设备，通过调节沉积过程参数来调控金刚石厚膜的晶粒尺寸；
S3、机械抛光：将CVD金刚石厚膜-陶瓷复合片上的CVD金刚石厚膜，采用抛光盘3进行机械抛光；
S4、激光切割：采用激光切割机4，将机械抛光后的CVD金刚石厚膜-陶瓷复合片切割成所需形状；
S5、真空钎焊和刃磨：将激光切割后的CVD金刚石厚膜-陶瓷复合片，真空钎焊至硬质合金刀体5上，然后采用刃磨机床休整刃口，制成CVD金刚石厚膜-陶瓷复合片钎焊刀具。
本发明方法以氮化硅作为金刚石厚膜的生长基底，然后不进行金刚石膜层自支撑化，以复合片的形式整体进行抛光和钎焊，省去了传统金刚石厚膜的自支撑化过程，因此无需刻蚀。
接下来将结合具体实施例对本发明做进一步详细描述。
实施例1
该实施例制备方法中，得到的CVD金刚石厚膜-陶瓷复合片钎焊刀具，具有微米晶粒金刚石厚膜，具体包括如下步骤：
S1、喷砂和植晶：首先将Φ50mm×1mm的氮化硅基片在喷砂机中喷砂10s，选用180μmSiC砂，喷嘴压力0.1MPa。将50ct粒径为5μm的金刚石微粉倒入500ml分析纯甲醇溶液中，搅拌均匀，制成微粉悬浊液。将喷砂粗化过的氮化硅基片浸入装有悬浊液的容器内，并将整个容器放入超声波槽中震荡30min，使金刚石微粉均匀地植入基片表面。甲醇的分散性较好，能够有效防止金刚石微粉在基体表面形成团簇。将基片依次浸入去离子水和分析纯丙酮中，超声波清洗10min，氮气吹干。
S2、沉积金刚石厚膜：将预处理过的氮化硅基片平放在MPCVD工作台上，将设备本底真空抽至1×10-2Pa，通入氢气和甲烷作为反应气体，调节微波功率3.5kW，反应气压20kPa，氢气流量400sccm，甲烷流量40sccm，基体温度850-900℃，平均生长速率约5.4μm/h，生长时间24h，得到具有微米晶粒的金刚石厚膜的膜层总厚度约为130μm，图2a为金刚石厚膜的表面形貌，图2b为金刚石厚膜的截面形貌。
S3、机械抛光：对金刚石厚膜进行机械抛光，选用自动加载型金相研磨机，铸铁盘作为抛光盘，抛光过程中使用自动滴料器将由15μm金刚石微粉和甘油制成的悬浊液滴至抛光盘表面，甘油可以增强磨料在铸铁盘上的附着力，防止磨料被旋转的铸铁盘快速甩离。
S4、激光切割：使用激光切割机将抛光后的复合片切割成所需形状。
S5、真空钎焊和刃磨：利用真空焊接技术将切割后的复合片钎焊在硬质合金刀体上制成CVD金刚石厚膜-陶瓷复合片钎焊刀具，焊料成分为银、铜、铟、钛，最后使用刃磨机床对刃口进行休整。
本实施例所制备的CVD金刚石厚膜-陶瓷复合片钎焊刀具可以替代PCD刀具，用于加工各种有色金属和复合材料。
实施例2
该实施例制备方法中，得到的CVD金刚石厚膜-陶瓷复合片钎焊刀具，具有纳米晶粒金刚石厚膜，具体包括如下步骤：
S1、喷砂和植晶：首先将Φ50mm×1mm的氮化硅基片在喷砂机中喷砂10s，选用180μmSiC砂，喷嘴压力0.1MPa。将50ct粒径为5μm的金刚石微粉倒入500ml分析纯甲醇溶液中，搅拌均匀，制成微粉悬浊液。将喷砂粗化过的氮化硅基片浸入装有悬浊液的容器内，并将整个容器放入超声波槽中震荡30min，使金刚石微粉均匀地植入基片表面。甲醇的分散性较好，能够有效防止金刚石微粉在基体表面形成团簇。将基片依次浸入去离子水和丙酮中，超声波清洗10min，氮气吹干。
S2、沉积金刚石厚膜：将预处理过的氮化硅基片平放在MPCVD工作台上，将设备本底真空抽至1×10-2Pa，选用氢气、甲烷和氮气作为反应气体，调节微波功率3.0kW，反应气压14kPa，氢气流量300sccm，甲烷流量50sccm，氮气流量1.2sccm，基体温度850～900℃，平均生长速率约3μm/h，生长时间40h，得到的具有纳米晶粒的金刚石厚膜的膜层总厚度约为120μm。采用氮气掺杂和提高甲烷浓度来实现高气压、高功率密度生长条件下的金刚石晶粒纳米化技术，可以实现纳米金刚石膜的快速生长。
S3、机械抛光：对金刚石厚膜进行机械抛光，选用自动加载型金相研磨机，铸铁盘作为抛光盘，抛光过程中使用自动滴料器将由15μm金刚石微粉和甘油制成的悬浊液滴至抛光盘表面，甘油可以增强磨料在铸铁盘上的附着力，防止磨料被旋转的铸铁盘快速甩离。
S4、激光切割：使用激光切割机将抛光后的复合片切割成所需形状。
S5、真空钎焊和刃磨：利用真空焊接技术将切割后的复合片钎焊在硬质合金刀体上制成CVD金刚石厚膜-陶瓷复合片钎焊刀具，焊料成分为银、铜、铟、钛，最后使用刃磨机床对刃口进行休整。
本实施例所制备的刀具可用于制作加工有色金属及其合金、石墨模具等材料所用的车刀片或成型铣刀，加工工件表面质量较高。
实施例3
该实施例制备方法中，得到的CVD金刚石厚膜-陶瓷复合片钎焊刀具，具有微米/纳米晶粒复合金刚石厚膜，具体包括如下步骤：
S1、喷砂和植晶：首先将Φ50mm×1mm的氮化硅基片在喷砂机中喷砂10s，选用180μmSiC砂，喷嘴压力0.1MPa。将50ct粒径为5μm的金刚石微粉倒入500ml分析纯甲醇溶液中，搅拌均匀，制成微粉悬浊液。将喷砂粗化过的氮化硅基片浸入装有悬浊液的容器内，并将整个容器放入超声波槽中震荡30min，使金刚石微粉均匀地植入基片表面。甲醇的分散性较好，能够有效防止金刚石微粉在基体表面形成团簇。将基片依次浸入去离子水和丙酮中，超声波清洗10min，氮气吹干。
S2、沉积金刚石厚膜：将预处理过的氮化硅基片平放在MPCVD工作台上，将设备本底真空抽至1×10-2Pa，选用氢气、甲烷和氮气作为反应气体。纳米晶粒金刚石膜层作为金刚石厚膜的起始层，可以抑制膜基之间的孔洞的形成；微米金刚石膜作为结束层，可以实现更高的刃口耐磨性能。纳米层的沉积工艺参数为：调节微波功率3.0kW，反应气压14kPa，氢气流量300sccm，甲烷流量50sccm，氮气流量1.2sccm，基体温度850～900℃，沉积速率～3μm/h。微米层的沉积工艺参数为：调节微波功率3.5kW，反应气压20kPa，氢气流量400sccm，甲烷流量40sccm，基体温度850-900℃，生长速率～5.4μm/h。纳米膜和微米膜交替生长，每层生长时间为5h，总生长时间为30h，金刚石膜层总厚度126μm。采用微纳复合多层结构的金刚石厚膜可以显著提高刀具的耐冲击性能，纳米层可以阻止裂纹扩展，防止由于沿晶界断裂所造成的金刚石晶粒脱落，适用于加工金属基(碳化硅增强)复合材料，高硅铝合金等冲击性较高的材料。
S3、机械抛光：对金刚石厚膜进行机械抛光，选用自动加载型金相研磨机，铸铁盘作为抛光盘，抛光过程中使用自动滴料器将由15μm金刚石微粉和甘油制成的悬浊液滴至抛光盘表面，甘油可以增强磨料在铸铁盘上的附着力，防止磨料被旋转的铸铁盘快速甩离。
S4、激光切割：使用激光切割机将抛光后的复合片切割成所需形状。
S5、真空钎焊和刃磨：利用真空焊接技术将切割后的复合片钎焊在硬质合金刀体上制成CVD金刚石厚膜-陶瓷复合片钎焊刀具，焊料成分为银、铜、铟、钛，最后使用刃磨机床对刃口进行休整。
实施例4
实施例4是实施例1的应用例。
用于车削高硅铝合金外圆的CVD金刚石厚膜-陶瓷复合片钎焊车刀片的制备方法：采用喷砂和5μm金刚石微粉超声波植晶的方法对陶瓷基底进行预处理，金刚石膜层为微米金刚石厚膜，具体的生长参数为调节微波功率3.5kW，反应气压20kPa，氢气流量400sccm，甲烷流量40sccm，基体温度850～900℃，生长时间24h，平均生长速率约5.4μm/h。
将微米金刚石厚膜抛光至表面粗糙度Ra50nm以下，经激光切割、真空钎焊、刃磨等工序，制成车刀片，刀片型号为CCGW09T304，图3为刀具的后刀面形貌。
在车削高硅铝合金过程中，本实施例制备的CVD金刚石厚膜-陶瓷复合片钎焊车刀片相比于PCD刀具具有更好的耐磨性，寿命更久，且加工工件表面光洁度更高。由于微米金刚石膜的内部为柱状结构，具有较好的自锐性，轻微的刃口晶粒剥落不会过度影响刀具的锋利度，因此可以保证在刀具逐渐磨损过程中依然保持良好的锋利度，加工工件表面光洁度不退化。
实施例5
实施例5是实施例2的应用例。
用于铣削铝合金手机边框的CVD金刚石厚膜-陶瓷复合片钎焊铣刀的制备方法：采用喷砂和金刚石微粉超声波植晶的方法对陶瓷基底进行预处理，金刚石膜层选用晶粒更加细密的纳米金刚石厚膜，具体的生长参数为调节微波功率3.0kW，反应气压14kPa，氢气流量300sccm，甲烷流量50sccm，氮气流量1.2sccm，基体温度850～900℃，生长时间40h，金刚石膜层厚度约为120μm，平均生长速率约3μm/h。
将纳米金刚石膜抛光至表面粗糙度Ra50nm以下，经激光切割、真空钎焊、刃磨等工序，制成双刃铣刀。制备完成后，要求刀具刃口在50倍显微镜观察下，无锯齿，无崩刃方为合格产品。
本实施例采用金刚石厚膜和陶瓷复合片作为刀尖材料，陶瓷基底为较脆的金刚石厚膜提供了良好的支撑，防止在抛光过程中造成金刚石膜的破碎；另一方面氮化硅陶瓷本身具有良好的耐磨性能，也可以抵抗来自刀具和工件接触区下方的磨损。
由于手机外壳对于光洁度要求较高，本实施例采用纳米金刚石膜-陶瓷复合片作为刀尖材料。纳米金刚石较微米金刚石具有更加细密的晶粒，因此可以刃磨出更加锋利的刃口。纳米金刚石与被加工材料之间的摩擦系数较小，可以避免加工过程中产生的热量造成手机外壳材料的变形。
综上所述，本发明提供的微波化学气相沉积金刚石厚膜-陶瓷复合片钎焊刀具的制备方法，针对氮化硅陶瓷基底，采用喷砂和超声波植晶的预处理方法，基于微波化学气相沉积法，使用氢气、甲烷和氮气作为反应气体，生长金刚石厚膜，无需进行自支撑，对金刚石厚膜-陶瓷复合片进行机械抛光；激光切割成所需形状；真空钎焊到硬质合金刀体上；最后经过刃磨制成CVD金刚石厚膜-陶瓷复合片钎焊刀具。相比于传统的CVD金刚石薄膜涂层刀具，本方法制备的CVD金刚石刀具具有更好的锋利度。另外由于切削过程中的赫兹接触应力不会影响到厚膜-陶瓷界面，所以不会出现薄膜涂层刀具中经常发生的涂层脱落失效现象。本发明中的刀具制备技术与传统的PCD刀具相比，由于本方法制备的金刚石厚膜为纯金刚石结构，不含任何黏结剂成分，所以具有更好的硬度和耐磨性，更高的刀具寿命和更好的加工光洁度。本发明制备的金刚石厚膜-陶瓷复合片钎焊刀具在有色金属、碳纤维复合材料、金属基复合材料的高精密切削加工领域，具有广阔的应用前景。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (10)

1.一种CVD金刚石厚膜-陶瓷复合片钎焊刀具的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、喷砂和植晶：将氮化硅陶瓷基体表面先通过喷砂粗化，然后进行超声波植晶，得到预处理过的氮化硅陶瓷基体；
S2、沉积金刚石厚膜：采用微波化学气相沉积法，在预处理过的氮化硅陶瓷基体的表面沉积金刚石厚膜得到CVD金刚石厚膜-陶瓷复合片；
S3、机械抛光：将CVD金刚石厚膜-陶瓷复合片上的CVD金刚石厚膜进行机械抛光；
S4、激光切割：将机械抛光后的CVD金刚石厚膜-陶瓷复合片激光切割成所需形状；
S5、真空钎焊和刃磨：将激光切割后的CVD金刚石厚膜-陶瓷复合片，真空钎焊至硬质合金刀体上，然后通过刃磨制成CVD金刚石厚膜-陶瓷复合片钎焊刀具。
2.根据权利要求1所述的CVD金刚石厚膜-陶瓷复合片钎焊刀具的制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述金刚石厚膜的沉积参数为微波功率3-3.5kW，反应压力14-20kPa，氢气流量300-400sccm，甲烷流量40-50sccm，氮气0-1.2sccm，基体温度850-900℃，沉积速率3-5.4μm/h，沉积时间24-40h。
3.根据权利要求1或2所述的CVD金刚石厚膜-陶瓷复合片钎焊刀具的制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述金刚石厚膜的厚度为100-150μm。
4.根据权利要求1或2所述的CVD金刚石厚膜-陶瓷复合片钎焊刀具的制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述金刚石厚膜为微米晶粒金刚石厚膜或纳米晶粒金刚石厚膜或微米/纳米晶粒复合金刚石厚膜。
5.根据权利要求4所述的CVD金刚石厚膜-陶瓷复合片钎焊刀具的制备方法，其特征在于，所述微米/纳米晶粒复合金刚石厚膜中，纳米晶粒金刚石膜层作为复合金刚石厚膜的起始层，微米晶粒金刚石膜层作为结束层，纳米晶粒金刚石膜层和微米晶粒金刚石膜层交替生长。
6.根据权利要求1所述的CVD金刚石厚膜-陶瓷复合片钎焊刀具的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述喷砂采用粒径为100-180μm SiC砂，喷砂压力为0.1-0.2MPa，喷砂时间为10-20s。
7.根据权利要求1所述的CVD金刚石厚膜-陶瓷复合片钎焊刀具的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述超声波植晶的方法为：将表面喷砂粗化后的氮化硅陶瓷基体浸入金刚石微粉悬浊液中，超声波震荡植晶20-30min，然后用去离子水和丙酮依次进行超声清洗，所述金刚石微粉悬浊液由粒径为1-5μm的金刚石微粉和甲醇配制而成。
8.根据权利要求1所述的CVD金刚石厚膜-陶瓷复合片钎焊刀具的制备方法，其特征在于，步骤S3中，所述机械抛光的方法为：使用铸铁抛光盘，15μm金刚石微粉作为磨料，抛光后表面粗糙度低于50nm。
9.根据权利要求1所述的CVD金刚石厚膜-陶瓷复合片钎焊刀具的制备方法，其特征在于，步骤S5中，所述真空钎焊选用的焊料为银、铜、铟和钛组成的焊料。
10.一种CVD金刚石厚膜-陶瓷复合片钎焊刀具，其特征在于，采用权利要求1至9任一项所述的CVD金刚石厚膜-陶瓷复合片钎焊刀具的制备方法制备而成。
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