CVD金剛石塗層硬質合金刀具預處理技術——等離子蝕刻

等離子體蝕刻（plasma etching）可應用於大部分基材，對於其他一些複雜的幾何結構體還可以通過等離子體清洗、等離子體活化、等離子體鍍膜等處理方法。等離子體蝕刻法運用于CVD金剛石塗層硬質合金刀具時，主要是其可以兼具除鈷Co和脫碳C兩個方面。其原理是利用氫氣（H₂）、氧氣-氫氣（O₂-H₂）、H₂O-H₂、一氧化碳-氫氣（CO-H₂）、氬氣-氫氣（Ar-H₂）等氣體中的H、O、Ar原子或離子以及CO等與硬質合金基體中的碳化鎢（WC）和粘結相鈷（Co）發生反應從而生成易揮發的二氧化碳CO₂、甲烷CH₄（氣態）、Co（CO）₄、Co（OH）₄等化合物或鈷的氫氧化物，使得硬質合金表層形成一定厚度的純鎢層，之後在金剛石沉積的初期該層被再次碳化，產生化學鍵並形成新的碳化鎢WC顆粒。

這樣一來，在金剛石沉積的前期，CVD金剛石塗層與硬質合金刀具基體間形成了碳化鎢WC中間過渡層。其不但可以有效地減少薄膜中所存在的殘餘應力，而且又能在一定程度上阻擋金剛石生長過程中基體深層的鈷向表面重擴散，並且使金剛石晶體嵌入到WC晶界之中，從而使金剛石薄膜和硬質合金基體間的接觸面積得到提高，產生“釘紮效應”，有效地提高了膜層與膜層間，膜層與基體間的附著力。等離子蝕刻是幹法蝕刻中最為常見的一種形式，其原理是暴露在電子區域的氣體形成等離子體，由此產生的電力氣體和釋放高能電子組成的氣體，從而形成了等離子或離子，電力氣體原子通過電場加速時，會釋放足夠的力量與表面驅逐力僅僅粘合材料或蝕刻表面。此外，等離子體蝕刻還可細分為反應性等離子體（RIE）、順流等離子體（Downstream）、直接等離子體（Direct plasma）。

有相關研究人員利用不同的等離子體蝕刻硬質合金基體，都能沉積得到具備較好附著力的金剛石薄膜。但是還有另一種觀點認為，雖然單純的氫等離子體脫碳處理能夠在一定程度上增強金剛石膜層的附著力，但是其也存在一些不可避免的問題。其一是在碳化鎢WC脫碳的同時，鈷Co在真空中蒸發而留下一定數量的孔洞，這就使得硬質合金基體硬度下降，從而影響了刀具的切削加工；而另一方面，這種處理並能完全消除鈷的有害影響。這是由於鈷Co作為粘結相可以很好地潤濕碳化鎢WC基體表面，在金剛石膜生長過程中，硬質合金刀具表層因鈷Co的蒸發而產生孔洞，中心部位的鈷就會通過潤濕表層碳化鎢晶粒的側面，進而擴散到金剛石膜/硬質合金基體介面。

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