1 基体材料及其前处理

1. 基体材料
   KUNIO SHIBUKI指出，WC-Co中WC颗粒尺寸对于金刚石形核有一定的影响。金刚石易于在WC颗粒边界处沉积，WC颗粒越细、尺寸越小，金刚石的形核密度越大，金刚石膜的粘附越好。32如当WC颗粒尺寸约为1µm时，金刚石膜的形核密度为9×10⁶cm^-2，而当WC颗粒尺寸约为0.5µm时，金刚石膜的形核密度为5×10⁷cm^-2。
   
   图1 去碳硬质合金基体上沉积的金刚石膜
2. 表面去Co处理
   在硬质合金基体上化学气相沉积金刚石膜时，由于Co不利于金刚石膜的沉积而必须表面去Co。KUNIO SHIBUKI指出，Co从WC-Co基体表面移走而在表面产生的孔洞大小对金刚石膜的粘附强度有一定影响。当孔洞尺寸和金刚石颗粒尺寸几乎相同时，金刚石膜的粘附强度最好，在切削Al-10%Si合金时，金刚石膜硬质合金刀片的后刀面磨损极小。
   用硝酸溶液(HNO₃:H₂O=1:1)浸蚀基体10min后，可以使基体表面含Co量下降0.2%^[9]。M.A.Taher对WC-6%Co和WC-22%Co基体先用1500目金刚砂纸研磨，然后在硝酸溶液(HNO₃:H₂O=1:3)中化学刻蚀10min以去除基体表面的Co，然后再对基体进行超声波处理(金刚石颗粒尺寸小于0.1µm处理3min)^[10]。其能量散射谱(EDS)测试结果表明表面含Co量小于1%。对于表面含Co量小于1%的基体，Co对金刚石的形核及生长已经没有影响，此时金刚石的形核密度约为10⁸cm^-2。文中还指出要使金刚石膜获得较高的粘附强度，基体表面的粗糙度应处在一定的范围中(Ra=0.06～0.25µm)。
   IO.SAITO指出，用2.5%CO-H₂等离子体选择性刻蚀掉WC-Co表面的Co，在Co浓度为10%时制备的金刚石膜有最好的性质，其粘附强度为1.7kgfmm^-2，维氏硬度为8500kgfmm^-2。M.MURAKAWA等人用Ar离子溅射刻蚀WC-Co表面的Co，使含Co量降至0.8%，这是因为Ar离子对Co和WC的溅射速率相差很多，其溅射速率之比约是5:1。
   李成明等人对硬质合金基体采用准分子激光辐照预处理的方法，利用Co和WC熔点上的巨大差异(WC熔点为2800℃，Co熔点为1495℃)，利用高能激光束产生的选择性蒸发作用去除YG6硬质合金表面层的Co，同时利用激光表面改性作用使硬质合金表面粗糙化，从而对金刚石膜产生钉扎效应，而达到进一步增强金刚石膜与基体间的结合强度。
3. 表面去C处理
   对于热压烧结的WC基体，先用2%O₂-H₂等离子体去碳，随后再用金刚石颗粒对表面进行粗化，最后用MWPCVD法沉积金刚石膜，如图1所示。2%O₂-H₂等离子体刻蚀WC基体表面，使WC去C为W，W在金刚石沉积时又完全碳化，生成极细的WC颗粒(尺寸约为10～100nm)。其中WC的去碳和W的碳化过程对于金刚石膜粘附强度的提高起着重要作用，这是由于金刚石膜与极细的WC颗粒间的接触面积增加的缘故。从图1中可以看出，基体的细WC颗粒侵入到金刚石膜中。由于侵入WC颗粒的楔形效应，从而提高了金刚石膜的粘附。

2 CVD金刚石膜的工艺条件

1. 气源种类和气体浓度
   M.A.Taher等人研究了CH₄浓度变化时(1%，3%，5%，7%，9%)金刚石膜的沉积。结果表明，沉积的金刚石膜晶粒尺寸和CH₄浓度间有一定的关系，当CH₄浓度为0.5%～1%时，金刚石晶粒尺寸为5～11µm;当CH₄浓度为1%～4%时，金刚石晶粒尺寸为11～60µm。CH₄浓度为3%时沉积的金刚石膜硬质合金刀片的机械性能最佳。
   IO.SAITO等人研究了CO浓度对金刚石膜沉积的影响指出，在CO浓度为10%时制备的金刚石膜有最好的性质，其粘附强度为1.7kgfmm^-2，维氏硬度为8500kgfmm^-2。而在CO浓度为5%时制备的金刚石膜粘附强度为0.5kgfmm^-2，维氏硬度为10000kgfmm^-2;CO浓度为50%时制备的金刚石膜的粘附强度为2.5kgfmm^-2，维氏硬度为4000kgfmm^-2。
   M.MURAKAWA等人指出，用HFCVD法，以乙醇为碳源，对硬质合金基体无需进行特殊的前处理，就可在富Co的WC合金上获得质量良好的金刚石膜层。而且，以此金刚石膜刀具用于剪切厚2.5mm的铝板时，在冲孔5×10⁴后，在刀尖尖头上未发现金刚石膜上有磨粒粘附和被剪切材料碎片粘附的现象。
2. 沉积温度
   KUNIO SHIBUKI等人指出，金刚石膜的粘附强度随沉积温度的增大而增大，结果见下表。在切削Al-10%Si合金时，金刚石膜硬质合金刀片的后刀面磨损极小。

3 施加过渡层

4 展望