基于大气激光化学气相沉积的硬质合金上金刚石沉积中甲烷浓度与沉积温度的相互作用

摘要： 在大气压下对硬质合金进行激光诱导等离子体化学气相沉积（CVD）金刚石涂层时（无需真空腔室），必须理解沉积温度与甲烷浓度之间的相互作用，以调节涂层厚度、沉积时长及中等尺寸金刚石晶粒。本研究假设：由于沉积温度升高会提升刻蚀与沉积速率，可采用更广范围的甲烷浓度来沉积微晶金刚石涂层。实验在K10硬质合金基体上进行CVD金刚石涂层沉积，工艺温度与甲烷浓度分别控制在650-1100°C和0.15%-5.0%范围内。通过扫描电镜、三维激光共聚焦显微镜、能谱X射线分析、显微拉曼光谱及冷冻断裂显微分析对涂层进行表征。结果表明：提高工艺温度可在更广的甲烷浓度范围内实现微晶金刚石涂层沉积。尽管甲烷浓度持续增加，涂层厚度仍会随工艺温度达到饱和。当沉积温度升至1100°C时，钴扩散会阻碍沉积过程，此时涂层厚度随沉积温度升高而持续增加直至该临界点。