1 引言
　　化學(xué)氣相沉積(CVD)金剛石工藝的發(fā)展為金剛石刀具的開發(fā)應(yīng)用提供了新的途徑。CVD金剛石刀具主要分為兩大類，即金剛石薄膜涂層刀具和金剛石厚膜焊接刀具。由于金剛石薄膜與刀具襯底材料間的附著力較小，從而限制了金剛石薄膜涂層刀具的應(yīng)用。金剛石厚膜焊接刀具由于較好解決了膜與刀體間的粘接力問題，且厚膜刀具刃磨方便，可獲得良好的表面粗糙度和極小的刃口半徑，因而具有廣闊的應(yīng)用前景。
　　2 高質(zhì)量金剛石厚膜的制備
　　金剛石厚膜的質(zhì)量直接影響刀具的切削性能，因此制備高質(zhì)量的金剛石厚膜是厚膜刀具應(yīng)用的關(guān)鍵。為此，本文對(duì)沉積參數(shù)對(duì)金剛石厚膜質(zhì)量的影響進(jìn)行了試
　　1) 試驗(yàn)方法及條件
　　采用乙炔—氧氣燃燒火焰(燃焰法)沉積金剛石厚膜，試驗(yàn)裝置見圖1。乙炔、氧氣的流量由轉(zhuǎn)子流量計(jì)控制。測(cè)溫?zé)犭娕贾糜诨砻嫦?mm處。基片材料采用鎢片。為增加金剛石的成核密度，用粒度5µm的金剛石微粉與煤油的混合物研磨基片表面。沉積前用丙酮及酒精清洗基片表面。試驗(yàn)條件：氧氣流量Q=2～3l/min；氧氣—乙炔流量配比Rf=0.9～1.0；火焰錐頂?shù)交嚯xD=1～1.5mm；測(cè)量溫度T=600～950℃。
　　2) 沉積溫度對(duì)厚膜質(zhì)量的影響
　　沉積溫度對(duì)金剛石晶粒生長(zhǎng)行為的影響見圖2。當(dāng)溫度為600～750℃時(shí)，金剛石厚膜的生長(zhǎng)表面主要由呈(1 1 1)面的晶粒組成，晶粒大小均勻，沿厚膜生長(zhǎng)方向呈柱狀生長(zhǎng)，晶粒之間結(jié)合緊密，厚膜組織致密。當(dāng)溫度為800～950℃時(shí)，金剛石膜在生長(zhǎng)初期形成厚度約20～30µm的致密連續(xù)膜。隨后個(gè)別晶粒生長(zhǎng)速度加快，抑制周圍晶粒的生長(zhǎng)，過快生長(zhǎng)的晶粒表面呈(1 0 0)面，且平行于基片表面，晶粒之間縫隙較大，不能形成致密的連續(xù)膜。
　　3) 氧氣—乙炔流量配比Rf對(duì)厚膜質(zhì)量的影響
　　圖3所示為在不同Rf條件下金剛石厚膜生長(zhǎng)表面的SEM照片。當(dāng)Rf=1.0時(shí)，反應(yīng)氣體中H、O、OH的濃度較大，增強(qiáng)了對(duì)非金剛石碳的刻蝕，提高了金剛石膜的純度，晶粒表面主要呈(1 1 1)面，晶粒間結(jié)合緊密；當(dāng)Rf=0.95時(shí)，金剛石沿各晶向生長(zhǎng)速度相差較大，晶粒呈不規(guī)則形狀，二次成核密度增加；當(dāng)Rf=0.90時(shí)，金剛石厚膜由菜花狀聚晶金剛石粒組成，金剛石膜中非金剛石碳成份增加，膜的純度下降。
　　3 金剛石厚膜焊接刀具制造技術(shù)
　　金剛石厚膜焊接刀具的制造一般包括厚膜的切割(形成制造刀具需要的形狀和尺寸)，厚膜與刀體的焊接及刀具切削刃的刃磨和拋光。
　　1) 金剛石厚膜的激光切割
　　由于金剛石厚膜硬度高、耐磨性好、不導(dǎo)電，所以常規(guī)的機(jī)械加工、線切割、超聲波加工等方法不適合金剛石厚膜的切割加工。通常采用激光切割方法進(jìn)行切割加工。
　　本文采用LJ-200型連續(xù)激光機(jī)對(duì)厚度為0.35mm的金剛石厚膜進(jìn)行切割加工。當(dāng)激光功率為150W，切割速度為3mm/s時(shí)，可一次切透厚膜，切口表面平整，切縫寬度為0.35mm，厚膜沒有出現(xiàn)裂紋等缺陷。圖4為金剛石厚膜斷口的SEM照片。
　　2) 金剛石厚膜的焊接與刃磨
　　金剛石與一般金屬及其合金之間具有很高的界面能，致使金剛石不能被一般低熔點(diǎn)合金所浸潤(rùn)，可焊性差。本文采用向金剛石膜與刀體材料之間添加Ti和Ag-Cu合金，通過釬焊與擴(kuò)散焊相結(jié)合的方法，借助填充材料的熔化和向基體擴(kuò)散使金剛石膜與刀體之間形成牢固的連接。焊接條件：真空度B=2.5×10-3Pa，加熱溫度t=880℃，升、降溫速度v=30℃/min，保溫時(shí)間T=30min，壓力p=10HPa。 借助能譜儀(EDS)及電子探針(EPMA)對(duì)接頭區(qū)垂直于界面方向的截面(見圖5)進(jìn)行了定點(diǎn)成份能譜分析和線掃描。表1為界面區(qū)能譜分析成份分布的結(jié)果(其中的G、D、E、F各點(diǎn)見圖5)。
　　由表可知，Ti、Cu、Ag元素都具有明顯的濃度梯度，其中靠近金剛石處Ti元素有較高的濃度分布。圖6為連接區(qū)成份分布的線掃描照片。由圖可見，C、Ti兩種元素在界面處的濃度梯度均呈緩慢的過渡趨勢(shì)，說明兩者之間存在著明顯的跨界面擴(kuò)散現(xiàn)象，其擴(kuò)散深度約為4µm，且Ti元素在金剛石界面處的濃度明顯提高，這一結(jié)果與EDS分析結(jié)果一致。由此可認(rèn)為C和Ti元素之間完全可能形成碳化物(TiC)，TiC的存在使兩者之間達(dá)到了冶金連接。
　　本文采用銅基金剛石砂輪粗磨、鑄鐵盤和金剛石微粉精研的方法刃磨厚膜刀具。初步研究結(jié)果表明，金剛石膜的磨損主要由機(jī)械磨料磨損和晶粒脫落兩種形式構(gòu)成，磨損機(jī)理尚待進(jìn)一步研究。
　　本試驗(yàn)利用該工藝制作的厚膜刀具切削YL-12。干切削1小時(shí)后，厚膜未脫落，可充分滿足切削加工要求。刀具角度及切削參數(shù)見表2。
　　4 結(jié)論
　　1) 當(dāng)沉積溫度為600～750℃，Rf=0.95～1.0時(shí)，利用燃焰法可沉積出致密的高質(zhì)量金剛石厚膜。
　　2) 利用激光切割金剛石厚膜，切割效率高，切縫窄，厚膜沒有出現(xiàn)裂紋等缺陷。
　　3) 采用Ti及Ag-Cu合金做中間層，利用真空釬焊和擴(kuò)散焊工藝，可獲得較高的焊接強(qiáng)度，可滿足切削刀具的要求。
　　4) 金剛石厚膜的磨損形式以磨料磨損及晶粒脫落為主